CN117872454A - 一种具有校准腔室的氚监测仪校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有校准腔室的氚监测仪校准装置及方法，涉及氚监测仪校准技术领域，该装置包括空气瓶和氚气瓶，其内分别为干燥空气和活度浓度已知的标准氚气，空气瓶和氚气瓶分别与气体循环回路的两条支路连接；循环回路上依次设置有真空泵和循环泵；标准玻璃容器和校准腔室分别以支路形式与气体循环回路连接；校准腔室内放置待校准的氚监测仪。该方法使玻璃容器内的氚气经扩散充满整个循环回路，通过测定循环回路中各部分容积计算标准腔室内氚气活度浓度约定值；将待校准氚监测仪的读数与约定值对比，得到校准结果。本发明提供的装置及方法适合在现场和实验室进行校准实验，具备量值传递的能力，可解决国内氚监测仪设备无法溯源的问题。

Description

一种具有校准腔室的氚监测仪校准装置及方法

技术领域

本发明涉及辐射监测技术领域，具体涉及一种具有校准腔室的氚监测仪校准装置及方法。

背景技术

氚是氢的一种同位素，能够衰变放出β射线，在特殊的场合，以气体的形式混入空气中，无色无味，工作人员无法察觉。氚主要存在于核反应堆运行、乏燃料后处理等领域。因而，近年来为调查涉氚场所人员辐射剂量水平，以及对氚释放造成的环境放射性影响进行评价，针对工作场所中氚的辐射监测和防护已日益受到关注。辐射防护用空气中氚监测仪是一种用于监测工作场所及环境中空气含氚浓度的仪器，避免人员在高氚环境中吸入过量氚气而遭受放射性危害，是一种特殊的安防类检测设备，广泛应用于核电站、核材料及氚同位素生产以及核聚变研究等领域。该类仪器对于保护相关场合中人员安全具有重要作用，故开展定期校准或校准，保证其量值准确是非常必要的。

当前在核反应堆运行、乏燃料后处理、军工武器生产等领域存在大量的氚监测仪，这些氚监测仪除出厂时进行一定的测试后，再未进行校准，已无法对放射性工作场所氚的浓度进行准确判断，已危害到从业人员的身体健康，危害核设施的正常运行；目前国内建立有氚活度浓度计量标准的单位较少，难以满足设备校准的需求，直接导致氚监测仪的量值溯源问题成为现场亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有校准腔室的氚监测仪校准装置及方法，可实现车载式和实验室模式，适合在现场和实验室分别进行校准实验；该校准装置具备量值传递的能力，可解决国内氚监测仪设备无法溯源的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有校准腔室的氚监测仪校准装置，其特征在于，所述装置包括空气瓶、氚气瓶、气体循环回路、标准玻璃容器和校准腔室，其中：

所述空气瓶内为干燥空气，所述氚气瓶内为活度浓度已知的标准氚气，所述空气瓶和氚气瓶分别与所述气体循环回路的两条支路连接；

所述气体循环回路上依次设置有真空泵、循环泵以及第三阀门和第四阀门，所述真空泵用于抽取所述气体循环回路内部的气体，使其内部具备满足需要的真空度；所述循环泵用于为所述气体循环回路内的气体提供循环动力；

所述标准玻璃容器和所述校准腔室分别以支路形式与所述气体循环回路连接；所述校准腔室内放置待校准的氚监测仪。

进一步，如上所述的具有校准腔室的氚监测仪校准装置，在所述空气瓶和所述气体循环回路之间设置有第一阀门，在所述氚气瓶和所述气体循环回路之间设置有第二阀门。

进一步，如上所述的具有校准腔室的氚监测仪校准装置，所述空气瓶、氚气瓶所在支路与所述气体循环回路的交汇点均位于所述第三阀门和所述第四阀门之间。

进一步，如上所述的具有校准腔室的氚监测仪校准装置，所述标准玻璃容器前端设置有容器进气管和容器出气管，所述标准玻璃容器通过所述容器进气管和所述容器出气管与所述气体循环回路实现连接；所述容器进气管和所述容器出气管上分别设置有第五阀门和第六阀门。

进一步，如上所述的具有校准腔室的氚监测仪校准装置，在所述气体循环回路的一条支路上设置有真空压力计，用于监测所述气体循环回路的压力；在所述真空压力计和所述气体循环回路之间设置有第七阀门。

进一步，如上所述的具有校准腔室的氚监测仪校准装置，所述校准腔室的一侧设置有腔室进气管和腔室出气管，所述校准腔室通过所述腔室进气管和所述腔室出气管与所述气体循环回路实现连接；所述腔室进气管和所述腔室出气管上分别设置有第八阀门和第九阀门。

进一步，如上所述的具有校准腔室的氚监测仪校准装置，所述校准腔室上设置有温湿度计，用于监测所述气体循环回路的温度和湿度。

进一步，如上所述的具有校准腔室的氚监测仪校准装置，所述校准腔室为316不锈钢材质，表面镀有TiC膜，经化学热处理生成防氚渗透的含CH₄阻挡层。

使用如上所述的具有校准腔室的氚监测仪校准装置进行氚监测仪校准的方法，包括以下步骤：

S1、将氚气瓶内活度浓度已知的一定量的氚气引入到标准玻璃容器内，得到当次校准测量的氚气总活度，并记录此时的压力和温度；

S2、使标准玻璃容器内的氚气经过扩散充满整个循环回路，通过测定循环回路中各部分的容积计算出实验条件下的标准腔室内氚气活度浓度约定值；

S3、记录标准腔室内待校准氚监测仪的显示读数，与步骤S2计算得到的标准腔室内氚气活度浓度约定值进行对比，从而得到校准结果。

进一步，如上所述的氚监测仪校准的方法，步骤S2具体为：

S21、使标准玻璃容器内的氚气经过扩散充满整个循环回路，通过测定循环回路中各部分的容积计算出稀释因子DF，计算公式为：

式(1)中，V_s为标准玻璃容器的容积；V_i为循环回路中除去标准玻璃容器和被校准仪器之外所有的容积之和；V_t为被校准仪器的容积；

S22、根据所述稀释因子DF计算出循环回路内的氚气活度浓度值，所述循环回路内的氚气活度浓度值经温度、气压修正和半衰期修正后，即可得到实验条件下的标准腔室内氚气活度浓度约定值A_mon，计算公式为：

式(2)中，A_mon为氚气活度浓度约定值，Bq·m^-3；λ为氚的衰变修正因子，无量纲；A_std为标准氚气源在标准状态下(273.15K，101.325kPa)的初始活度浓度，Bq·m^-3；P_HT为循环回路内的压强，kPa；T_HT为循环回路内的温度，K；DF为稀释因子，无量纲。

与现有技术相比，本发明提供的具有校准腔室的氚监测仪校准装置及方法，具有以下有益效果：

本发明通过在气体循环回路上设置标准玻璃容器和校准腔室，将待校准的氚监测仪放置于密封的校准腔室内，通过标准玻璃容器、气体循环回路以及标准腔室等的体积计算出稀释因子，根据稀释因子计算出循环回路内的氚气活度浓度值，再经温度气压修正和半衰期修正后，即可得到实验条件下的标准腔室内氚气活度浓度约定值；最后得到氚监测仪探测器的显示结果和约定值之间的关系。该校准装置可实现车载式和实验室模式，适合在现场和实验室分别进行校准实验。该校准装置具备量值传递的能力，解决了国内氚监测仪设备无法溯源的问题。

附图说明

图1为本发明实施方式中提供的一种具有校准腔室的氚监测仪校准装置的结构示意图；

图2为本发明实施方式中提供的一种氚监测仪校准方法流程图；

图中：1-空气瓶、2-氚气瓶、3-气体循环回路、4-真空泵、5-循环泵、6-标准玻璃容器、7-真空压力计、8-校准腔室、9-温湿度计、31-第一阀门、32-第二阀门、33-第三阀门、34-第四阀门、35-第五阀门、36-第六阀门、37-第七阀门、38-第八阀门、39-第九阀门。

具体实施方式

下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图1示出了本发明实施方式中提供的一种具有校准腔室的氚监测仪校准装置的结构示意图，该校准装置主要包括空气瓶1、氚气瓶2、气体循环回路3、标准玻璃容器6、校准腔室8以及多个用于控制所在支路通断的阀门，其中：

空气瓶1内为干燥空气，氚气瓶2内为活度浓度已知的标准氚气。空气瓶1和氚气瓶2分别与气体循环回路3的两条支路连接，在空气瓶1和气体循环回路3之间设置有第一阀门31，在氚气瓶2和气体循环回路3之间设置有第二阀门32。

气体循环回路3上依次设置有真空泵4、循环泵5以及第三阀门33和第四阀门34，空气瓶1、氚气瓶2所在支路与气体循环回路3的交汇点位于第三阀门33和第四阀门34之间，其中第三阀门33和第四阀门34为回路紧急停止阀门，用于防止第一阀门31和第二阀门32故障，无法形成回路的隔绝作用。真空泵4用于抽取气体循环回路3内部的气体，使其内部具备满足需要的真空度；循环泵5用于为气体循环回路3内部的气体提供循环动力。

标准玻璃容器6前端设置有容器进气管和容器出气管，标准玻璃容器6通过容器进气管和容器出气管与气体循环回路3实现连接，容器进气管和容器出气管上分别设置有第五阀门35和第六阀门36。

真空压力计7设置在气体循环回路3的一条支路上，在真空压力计7和气体循环回路3之间设置有第七阀门37。真空压力计7用于监测气体循环回路3的压力。

校准腔室8的一侧设置有腔室进气管和腔室出气管，校准腔室8通过腔室进气管和腔室出气管与气体循环回路3实现连接；腔室进气管和腔室出气管上分别设置有第八阀门38和第九阀门39。校准腔室8内用于放置待校准的氚监测仪。校准腔室8为316不锈钢材质，表面镀有TiC膜，后经化学热处理可生成防氚渗透的含CH₄阻挡层。

校准腔室8内设置有温湿度计9，用于监测气体循环回路3的温度和湿度。

整个校准装置可建设在实验室，也可建设在可移动车辆上，以便于前往现场进行仪表的校准。

该校准装置的工作原理为：让处于校准腔室内的待测氚监测仪的探测器(电离室)中充满混合均匀的已知活度浓度的氚气，从而得到探测器的显示结果和约定值之间的关系。

基于上述校准装置和工作原理，本发明提供了一种氚监测仪的校准方法，参考图2所示的流程图，该方法包括以下步骤：

S1、将氚气瓶内活度浓度已知的一定量的氚气引入到标准玻璃容器内，得到当次校准测量的氚气总活度。

S2、使标准玻璃容器内的氚气经过扩散充满整个循环回路，通过测定循环回路中各部分的容积计算出实验条件下的标准腔室内氚气活度浓度约定值。

该校准装置的输出量为循环回路内的氚气活度浓度值，该量值的确定对于校准至关重要。标准玻璃容器内的氚气经过扩散充满整个循环回路后，标准玻璃容器内的氚气被稀释，通过标准玻璃容器、气体循环回路以及标准腔室等各部分的体积可计算得到稀释因子DF；通过稀释因子DF可计算出循环回路内的氚气活度浓度值；循环回路内的氚气活度浓度值经温度气压修正和半衰期修正后，即可得到实验条件下的标准腔室内氚气活度浓度约定值A_mon。

稀释因子DF的计算公式为：

式(1)中，V_s为标准玻璃容器的容积；V_i为循环回路中除去标准玻璃容器和被校准仪器之外所有的容积之和，包括校准腔室、循环泵、监测仪的连接软管和转换接头等容积；V_t为被校准仪器的容积。

实验条件下标准腔室内氚气活度浓度约定值A_mon的计算公式为：

式(2)中，A_mob为氚气活度浓度约定值，Bq·m^-3；λ为氚的衰变修正因子，无量纲；A_std为标准氚气源在标准状态下(273.15K，101.325kPa)的初始活度浓度，Bq·m^-3；P_HT为循环回路内的压强，kPa；T_HT为循环回路内的温度，K；DF为稀释因子，无量纲。

可通过调节标准玻璃容器的体积来调节标准腔室内氚气的活度浓度值。

S3、记录标准腔室内待校准氚监测仪的显示读数，与步骤S2计算得到的标准腔室内氚气活度浓度约定值进行对比，从而得到校准结果。

实施例

使用上述校准装置进行氚监测仪校准的具体流程如下：

步骤1、将待校准的氚监测仪放置于密封的校准腔室8内，关闭第二阀门32，打开其他所有阀门，通入干燥空气，使整个校准装置充满干燥空气，关闭第一阀门31，读取氚监测仪的本底计数；

步骤2、开启第二阀门32、第三阀门33、第四阀门34、第五阀门35、第六阀门36、第七阀门37，关闭其它所有阀门，使之形成一个密闭空间；

步骤3、开启真空泵，使所述密闭空间的压力下降至5×10^-2mbar后，关闭真空泵；

步骤4、开启氚气瓶，释放一定量的氚气，使所述密闭空间的压力略小于外界环境的大气压力，待所述密闭空间内的压力稳定后，记录此时的压力值和校准腔室8内的温度值；

步骤5、关闭第六阀门36、第五阀门35、第二阀门32，使已知压力和温度的氚气保持在标准玻璃容器6内；卸下干燥空气瓶1，在此处与废气排放系统相连，开启第一阀门31，使装置内的剩余氚气排出管路后转入废气排放系统；

步骤6、关闭第一阀门31、第二阀门32，其它阀门全部处于打开状态，使装置中形成一条可使氚气流动的循环回路(无流动方向的区分，例如从第六阀门36→第七阀门37→第八阀门38→第九阀门39→第三阀门33→第四阀门34→第五阀门35)，记录此时循环回路的压力值和校准腔室8的温度值。

步骤7、计算完整循环回路的体积，得到稀释因子；再根据步骤6中的压力值、温度值和稀释因子计算得到标准的氚活度浓度值。

步骤8、通过校准腔室的观察窗口观察待校准氚监测仪的读数，直到读数趋于稳定，记录测量数据；

步骤9、将测量数据与计算得到的标准腔室内氚气的活度浓度值进行对比，得到校准结果。

步骤10、校准完成后，关闭循环泵5，开启第一阀门31，利用步骤5中废气排放系统将循环回路内的氚气排放。

本发明提供的具有校准腔室的氚监测仪校准装置及校准方法，在气体循环回路上设置标准玻璃容器和校准腔室，将待校准的氚监测仪放置于密封的校准腔室内，通过标准玻璃容器、气体循环回路以及标准腔室等的体积计算出稀释因子，根据稀释因子计算出循环回路内的氚气活度浓度值，再经温度气压修正和半衰期修正后，即可得到实验条件下的标准腔室内氚气活度浓度约定值；最后得到氚监测仪探测器的显示结果和约定值之间的关系。该校准装置可实现车载式和实验室模式，适合在现场和实验室分别进行校准实验。该校准装置具备量值传递的能力，解决了国内氚监测仪设备无法溯源的问题。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种具有校准腔室的氚监测仪校准装置，其特征在于，所述装置包括空气瓶(1)、氚气瓶(2)、气体循环回路(3)、标准玻璃容器(6)和校准腔室(8)，其中：

所述空气瓶(1)内为干燥空气，所述氚气瓶(2)内为活度浓度已知的标准氚气，所述空气瓶(1)和氚气瓶(2)分别与所述气体循环回路(3)的两条支路连接；

所述气体循环回路(3)上依次设置有真空泵(4)、循环泵(5)以及第三阀门(33)和第四阀门(34)，所述真空泵(4)用于抽取所述气体循环回路(3)内部的气体，使其内部具备满足需要的真空度；所述循环泵(5)用于为所述气体循环回路(3)内的气体提供循环动力；

所述标准玻璃容器(6)和所述校准腔室(8)分别以支路形式与所述气体循环回路(3)连接；所述校准腔室(8)内放置待校准的氚监测仪。

2.根据权利要求1所述的具有校准腔室的氚监测仪校准装置，其特征在于，在所述空气瓶(1)和所述气体循环回路(3)之间设置有第一阀门(31)，在所述氚气瓶(2)和所述气体循环回路(3)之间设置有第二阀门(32)。

3.根据权利要求2所述的具有校准腔室的氚监测仪校准装置，其特征在于，所述空气瓶(1)、氚气瓶(2)所在支路与所述气体循环回路(3)的交汇点均位于所述第三阀门(33)和所述第四阀门(34)之间。

4.根据权利要求3所述的具有校准腔室的氚监测仪校准装置，其特征在于，所述标准玻璃容器(6)前端设置有容器进气管和容器出气管，所述标准玻璃容器(6)通过所述容器进气管和所述容器出气管与所述气体循环回路(3)实现连接；所述容器进气管和所述容器出气管上分别设置有第五阀门(35)和第六阀门(36)。

5.权利要求4所述的具有校准腔室的氚监测仪校准装置，其特征在于，在所述气体循环回路(3)的一条支路上设置有真空压力计(7)，用于监测所述气体循环回路(3)的压力；在所述真空压力计(7)和所述气体循环回路(3)之间设置有第七阀门(37)。

6.根据权利要求5所述的具有校准腔室的氚监测仪校准装置，其特征在于，所述校准腔室(8)的一侧设置有腔室进气管和腔室出气管，所述校准腔室(8)通过所述腔室进气管和所述腔室出气管与所述气体循环回路(3)实现连接；所述腔室进气管和所述腔室出气管上分别设置有第八阀门(38)和第九阀门(39)。

7.权利要求6所述的具有校准腔室的氚监测仪校准装置，其特征在于，所述校准腔室(8)上设置有温湿度计(9)，用于监测所述气体循环回路(3)的温度和湿度。

8.根据权利要求1-7任一项所述的具有校准腔室的氚监测仪校准装置，其特征在于，所述校准腔室(8)为316不锈钢材质，表面镀有TiC膜，经化学热处理生成防氚渗透的含CH₄阻挡层。

9.使用权利要求1-8任一项所述的具有校准腔室的氚监测仪校准装置进行氚监测仪校准的方法，包括以下步骤：

S1、将氚气瓶内活度浓度已知的一定量的氚气引入到标准玻璃容器内，得到当次校准测量的氚气总活度，并记录此时的压力和温度；

S2、使标准玻璃容器内的氚气经过扩散充满整个循环回路，通过测定循环回路中各部分的容积计算出实验条件下的标准腔室内氚气活度浓度约定值；

S3、记录标准腔室内待校准氚监测仪的显示读数，与步骤S2计算得到的标准腔室内氚气活度浓度约定值进行对比，从而得到校准结果。

10.根据权利要求9所述的氚监测仪校准的方法，其特征在于，步骤S2具体为：

S21、使标准玻璃容器内的氚气经过扩散充满整个循环回路，通过测定循环回路中各部分的容积计算出稀释因子DF，计算公式为：

式(1)中，V_s为标准玻璃容器的容积；V_i为循环回路中除去标准玻璃容器和被校准仪器之外所有的容积之和；V_t为被校准仪器的容积；

S22、根据所述稀释因子DF计算出循环回路内的氚气活度浓度值，所述循环回路内的氚气活度浓度值经温度、气压修正和半衰期修正后，即可得到实验条件下的标准腔室内氚气活度浓度约定值A_mon，计算公式为：

式(2)中，A_mon为氚气活度浓度约定值，Bq·m^-3；λ为氚的衰变修正因子，无量纲；A_std为标准氚气源在标准状态下(273.15K，101.325kPa)的初始活度浓度，Bq·m^-3；P_HT为循环回路内的压强，kPa；T_HT为循环回路内的温度，K；DF为稀释因子，无量纲。