CN114216952A - 一种空气中氚含量的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气中氚含量的测量方法，首先，将待测空气持续输入并将气态氚全部转化成液态含氚化合物，获得气液混合物；然后，将气液混合物通过气水分离单元，将分离获得的液体持续输送至吸附单元；之后停止待测空气的输入；将吸附单元中的富集物转化成富集气体，将富集气体输入循环测量管路通过电离室测量气体的放射性电流；最后计算获得的空气中氚含量。本发明可以在有限的设备可用气体容积条件下，通过待测空气的持续输入，将空气中的氚持续的富集起来，即便空气中的氚含量极其微量，也可以获得超过电离室的检测下限的量，从而提高了设备的检测下限。同时，本发明的测量方法不需要提供特定的气源，操作方便，可用于现场测量。
Description
技术领域
本发明涉及空气中放射性物质含量的测量技术领域，尤其涉及一种空气中氚含量的测量方法。
背景技术
氚是氢的放射性同位素，对空气中氚含量测量，能够用于科学评价人员受氚辐射的剂量，及时发现氚泄露安全隐患。现有的空气中氚含量测量方法主要包括电离室法与正比计数器法。其中电离室测量空气中氚含量采用流气式，被测气体持续流过电离室，氚发射的β射线在电离室内电离形成电流信号，该方法测量下限通常在105Bq/m3。正比计数器法是将电离室工作在正比放大区，能够显著提高测量下限，但需用特定气体载带待测气体进入电离室，操作复杂，不适用现场测量。
CN 108982643 A公开了一种闭式循环的氚在线监测系统，其中，包括待测气体进气及测量回路，吹扫气体进气及测量回路组成，待测气体进气及测量回路与吹扫气体进气及测量回路通过气水分离器连接，所述气水分离器的主气路在待测气体进气及测量回路内，气水分离器的吹扫气路在吹扫气体进气及测量回路内。
该现有技术的监测系统，待测气体进入系统稳定之后就关闭了，仅凭进入系统内的气体进行循环检测，这样势必要求电离室的灵敏度非常高，要提高测量下限，则整个系统容纳气体的容积要非常大，否则没有足够多的氚进入系统，无论怎样循环，系统中的氚含量如果仍然十分稀少，则再灵敏的监测系统也无法获得足够的氚浓度探测精度。
发明内容
本申请要解决的技术问题是提供一种空气中氚含量的测量方法，以减少或避免前面所提到的问题。
为解决上述技术问题，本申请提出了一种空气中氚含量的测量方法，包括如下步骤：
将待测空气持续输入催化氧化单元并测量待测空气的流量值Q，通过催化氧化单元将其中的气态氚全部转化成液态含氚化合物，获得气液混合物；
将经过催化氧化单元转化之后的气液混合物通过气水分离单元，将气液混合物中的气体排出，将分离获得的液体持续输送至吸附单元获得富集物；
随着待测空气的持续输入，吸附单元中增加的富集物的量超过电离室的测量下限值之后，停止待测空气的输入；
将吸附单元中的富集物通过解析单元转化成富集气体，将富集气体输入循环测量管路，通过循环测量管路中的电离室测量气体的放射性电流I；
最后获得的空气中氚含量A如下：
其中，A为空气中的氚含量，单位为Bq/m3；I为电离室测量的放射性电流，单位为安培；W为β射线在空气中的平均电离能，为33.75eV；
为氚释放β射线的平均能量，为5750eV；e为电子电量，取值为1.602E-19库伦；Q为待测空气的流量值，单位为m3；μ为电离室的效率系数，由电离室上的测量刻度获得。
优选地，所述催化氧化单元中采用的催化剂为Pd基催化剂和/或Pt基催化剂。
优选地，所述气水分离单元为管状结构，内部同轴线设置有管状气水选择性透过膜，气液混合物中的气体从管状气水选择性透过膜的中部排出，气液混合物中的液体透过管状气水选择性透过膜的管壁，然后输送至吸附单元。
优选地，所述管状气水选择性透过膜由全氟磺酸质子交换膜制成，例如美国杜邦公司的Nafion膜。
优选地，所述吸附单元采用干燥剂获得富集物，所述干燥剂为硅胶或分子筛。
优选地，所述吸附单元采用冷凝的方式获得富集物。
优选地，所述解析单元通过其温度控制装置对吸附单元进行加热，将吸附单元中的富集物转化成富集气体。
优选地，所述解析单元通过其温度控制装置对吸附单元进行降温，使吸附单元对分离获得的液体进行冷凝富集。
本发明可以在有限的设备可用气体容积条件下，通过待测空气的持续输入，将空气中的氚持续的富集起来，即便空气中的氚含量极其微量，也可以通过持续的富集在吸附单元中获得超过电离室的检测下限的量，从而提高了设备的检测下限。同时，本发明的测量方法不需要提供特定的气源，操作方便，可用于现场空气中氚含量的测量。
附图说明
以下附图仅旨在于对本申请做示意性说明和解释，并不限定本申请的范围。
其中，图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的空气中氚含量的测量方法的流程结构示意图。
具体实施方式
为了对本申请的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本申请的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。
基于现有技术的问题，本发明提出了一种空气中氚含量的测量方法，以解决现有技术中流气式电离室方法测量下限偏高，以及正比计数器方法测量操作复杂的问题。
如图1所示，本发明的空气中氚含量的测量方法，包括如下步骤：
首先，将待测空气10持续输入催化氧化单元1，并通过流量计11测量待测空气的流量值Q，通过催化氧化单元1将其中的气态氚全部转化成液态含氚化合物，获得气液混合物。空气环境中氚的化学形态多为氚化氢和氚化水，催化氧化单元1可用于将待测空气10中的氚化氢、氚气等成分转化为氚化水。
在一个具体实施例中，催化氧化单元1中采用的催化剂可以为Pd基催化剂和/或Pt基催化剂。
然后，将经过催化氧化单元1转化之后的气液混合物通过气水分离单元2，将气液混合物中的气体排出，将分离获得的液体持续输送至吸附单元3获得富集物。
在一个具体实施例中，气水分离单元2可以为管状结构，内部同轴线设置有管状气水选择性透过膜21，气液混合物中的气体从管状气水选择性透过膜21的中部排出，气液混合物中的液体透过管状气水选择性透过膜21的管壁，然后输送至吸附单元3。所述管状气水选择性透过膜21可以由全氟磺酸质子交换膜制成，例如美国杜邦公司的Nafion膜等，用于实现氚化水的高透过率，而阻止其它干扰放射性气体的透过。
随着待测空气的持续输入，吸附单元3中增加的富集物的量超过电离室5的测量下限值之后，就可以停止待测空气的输入了，例如通过关闭待测空气的输送管道停止输送待测空气。停止待测空气的输入的时机可以根据经验设定，通常与吸附单元3的容纳富集物的能力相关，吸附单元3的容量越大，可用于测量的富集物越多，电离室5可以测量得到的放射性电流值也越大，越有可能测量得到含量微小的氚放射性物质，最终的测量下限值就会越小。
在一个具体实施例中，吸附单元3可以采用干燥剂获得富集物，例如可以采用装有干燥剂的容器采集富集物。所述干燥剂可以为硅胶或分子筛。在另一个具体实施例中，吸附单元3可以采用冷凝的方式获得富集物。
之后，将吸附单元3中的富集物通过解析单元4转化成富集气体，将富集气体输入循环测量管路31，通过循环测量管路31中的电离室5测量气体的放射性电流I。
在一个具体实施例中，解析单元4可以通过其温度控制装置41对吸附单元3进行加热，例如加热到100℃以上使液体汽化，以将吸附单元3中的富集物转化成富集气体。为了避免富集气体倒流，在开启解析单元4之前，应当将向吸附单元3输送液体的管道中的阀门32关闭，同时开启循环测量管路31中的循环泵51开启，以降低电离室5测量得到的放射性电流的值的波动性。
在另一个具体实施例中，还可以利用解析单元4的温度控制装置41对吸附单元3进行降温，使吸附单元3对分离获得的液体进行冷凝富集。亦即，解析单元4中的温度控制装置41不但可以在将富集物转化成富集气体的时候发挥作用，还可以在吸附单元3吸附液体获得富集物的时候发挥作用，具备双重功能。
最后获得的空气中氚含量A如下：
其中，A为空气中的氚含量，单位为Bq/m3；I为电离室测量的放射性电流，单位为安培；W为β射线在空气中的平均电离能，为33.75eV；
为氚释放β射线的平均能量，为5750eV；e为电子电量，取值为1.602E-19库伦；Q为待测空气的流量值，单位为m3；μ为电离室的效率系数，由电离室上的测量刻度获得。电离室可以采用任何一种现有市场上销售的产品，其测量原理和操作方法均为现有技术，本领域技术人员可以查阅现有文献和厂家说明书获得，在此不再一一赘述。
本发明测量方法，可以在有限的设备可用气体容积条件下，通过待测空气的持续输入，将空气中的氚持续的富集起来，即便空气中的氚含量极其微量，也可以通过持续的富集在吸附单元中获得超过电离室的检测下限的量，从而提高了设备的检测下限。同时，本发明的测量方法不需要提供特定的气源，操作方便，可用于现场空气中氚含量的测量。
本领域技术人员应当理解，虽然本申请是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本申请的保护范围。
以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，并非用以限定本申请的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本申请的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本申请保护的范围。
Claims (8)
1.一种空气中氚含量的测量方法，包括如下步骤：
将待测空气持续输入催化氧化单元并测量待测空气的流量值Q，通过催化氧化单元将其中的气态氚全部转化成液态含氚化合物，获得气液混合物；
将经过催化氧化单元转化之后的气液混合物通过气水分离单元，将气液混合物中的气体排出，将分离获得的液体持续输送至吸附单元获得富集物；
随着待测空气的持续输入，吸附单元中增加的富集物的量超过电离室的测量下限值之后，停止待测空气的输入；
将吸附单元中的富集物通过解析单元转化成富集气体，将富集气体输入循环测量管路，通过循环测量管路中的电离室测量气体的放射性电流I；
最后计算获得的空气中氚含量A如下：
其中，A为空气中的氚含量，单位为Bq/m3；I为电离室测量的放射性电流，单位为安培；W为β射线在空气中的平均电离能，为33.75eV；
为氚释放β射线的平均能量，为5750eV；e为电子电量，取值为1.602E-19库伦；Q为待测空气的流量值，单位为m3；μ为电离室的效率系数，由电离室上的测量刻度获得。
2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述催化氧化单元中采用的催化剂为Pd基催化剂和/或Pt基催化剂。
3.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述气水分离单元为管状结构，内部同轴线设置有管状气水选择性透过膜，气液混合物中的气体从管状气水选择性透过膜的中部排出，气液混合物中的液体透过管状气水选择性透过膜的管壁，然后输送至吸附单元。
4.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述管状气水选择性透过膜由全氟磺酸质子交换膜制成，例如美国杜邦公司的Nafion膜。
5.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，吸附单元采用干燥剂获得富集物，所述干燥剂为硅胶或分子筛。
6.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，吸附单元采用冷凝的方式获得富集物。
7.如权利要求1或6所述的测量方法，其特征在于，所述解析单元通过其温度控制装置对吸附单元进行加热，将吸附单元中的富集物转化成富集气体。
8.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述解析单元通过其温度控制装置对吸附单元进行降温，使吸附单元对分离获得的液体进行冷凝富集。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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