CN206876605U - mBq/m3量级的氡浓度测量设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种mBq/m³量级的氡浓度测量设备，其包括：取样容器，用于存放待测气体；富集腔体，其与所述取样容器连通，所述富集腔体的上方设置有法兰开口，法兰开口用于向富集腔体中装填活性炭，外部设置有加热装置，当所述加热装置不工作时，活性炭能吸附所述待测气体内的氡气；当所述加热装置工作时，活性炭将所吸附的氡气进行充分解吸，以富集所述待测气体中的氡气；以及α粒子探测装置，其容纳由所述富集腔体所富集的氡气，并探测该氡气中的²¹⁸Po和²¹⁴Po在衰变过程中产生的α粒子，从而获得所述待测气体的氡浓度。本实用新型通过在富集腔体内放置活性炭并加热来实现对低浓度氡气的高效富集，提高了低浓度氡气的探测效率。

Description

mBq/m3量级的氡浓度测量设备

技术领域

本实用新型属于氡浓度检测领域，具体涉及一种mBq/m³量级的氡浓度测量设备。

背景技术

氡是一种无色无味的惰性气体，自然界中存在的氡以²²²Rn为主，其在空气中的含量约为10Bq/m³，故对mBq/m³量级的氡浓度进行测量时规避空气对该仪器的影响是需要解决的一个技术难题；其次，由于此仪器设备探测的目标事例率极低，故有效压低实验本底、提高信号统计量是需要解决的另一个技术难题。

目前，国内尚无对mBq/m³量级的氡浓度进行探测的先例。世界上应用最为广泛的氡测量设备之一是RAD7，其探测原理为通过对²²²Rn子体²¹⁸Po和²¹⁴Po衰变过程中放出的α粒子进行探测，从而得知腔体内的氡含量。RAD7对高浓度的氡气(10Bq/m³以上)具有很好的探测效率，然而由于RAD7在设计时并未考虑低浓度氡测量设备的使用需求，在设备的取气口、排气口等接口处没有使用低漏率设备，没有考虑设备漏气率方面对测量结果带来的影响，这是RAD7无法进行mBq/m³量级氡浓度测量的一个重要原因；此外，RAD7的探测腔体仅有0.7L，探测腔体体积过小致使其测量事例率极低，故灵敏度不能达到mBq/m³量级。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种mBq/m³量级的氡浓度测量设备，其能够实现对低浓度氡气的高效富集。

为达此目的，本实用新型提供一种mBq/m³量级的氡浓度测量设备，其包括：取样容器，用于存放待测气体；富集腔体，其与所述取样容器连通，所述富集腔体的上方设置有法兰开口，所述法兰开口用于装填活性炭，外部设置有加热装置，当所述加热装置不工作时，活性炭能吸附所述待测气体内的氡气；当所述加热装置工作时，活性炭将所吸附的氡气进行充分解吸，以富集所述待测气体中的氡气；以及α粒子探测装置，其容纳由所述富集腔体所富集的氡气，并探测该氡气中的²¹⁸Po和²¹⁴Po在衰变过程中产生的α粒子，从而获得所述待测气体的氡浓度。

进一步地，所述加热装置将所述富集腔体内部的活性炭加热并稳定在300℃时，所述活性炭将其所吸附的氡气进行充分解吸。

优选地，所述富集腔体两侧的进气口和出气口处还分别焊接有不锈钢烧结网，既可以防止活性炭颗粒随气流逃出腔体之外，还可以显著降低气体的流速截面比，使气体与富集腔体内的活性炭接触更均匀，从而有利于提高活性炭的利用效率及氡气的吸附效率。

进一步地，所述氡浓度测量设备还包括连通所述取样容器、富集腔体及α粒子探测装置以进行气体循环的气体循环系统，所述气体循环系统包括如下部件：循环泵，其设置于所述取样容器与所述富集腔体之间，以实现二者之间的气体循环；质量流量计，其设置于所述取样容器与所述循环泵之间，用于精确控制待测气体的流量和速度；以及设置于多条气体管路上的多个阀门，其中，所述气体循环系统通过控制上述各部件的开启或关闭而形成两条封闭的循环气路，在所述两条封闭的循环气路中分别实现对循环至所述富集腔体处的待测气体中的氡气进行吸附和充分解吸。

优选地，所述氡浓度测量设备还包括干燥塔，所述干燥塔设置于所述取样容器与所述质量流量计之间，用于降低所述取样容器内存放的待测气体的湿度。

优选地，所述α粒子探测装置包括：探测腔体，其中心设置有Si-PIN半导体探测器，用于对²¹⁸Po和²¹⁴Po在衰变过程中产生的α粒子进行探测；及传感器腔体，其内部包括温度传感器和湿度传感器，用于感测所述α粒子的温度和湿度。

优选地，所述探测腔体的容积为30L。

优选地，所述探测腔体采用304不锈钢制作，且所述探测腔体的表面进行电化学抛光处理以降低表面粗糙度。

优选地，所述探测腔体的表面粗糙度不高于0.8μm。

优选地，所述取样容器的两端设置有密封的法兰，所述气体循环系统中各出气口与进气口处均采用真空连接径向密封接头，以降低所述氡浓度测量设备的漏气率。

本实用新型中的mBq/m³量级的氡浓度测量设备充分利用活性炭对氡气常温吸附、高温解吸的特性，通过在富集腔体内放置活性炭并加热来实现对低浓度氡气的高效富集，提高了低浓度氡气的探测效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种mBq/m³量级的氡浓度测量设备的结构示意图。

图2为图1中所示的氡浓度测量设备中富集腔体的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1并通过具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述，应当理解，此处所描述的内容仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1是本实用新型实施例的一种mBq/m³量级的氡浓度测量设备的结构示意图。如图1所示，mBq/m³量级的氡浓度测量设备100包括取样容器10、富集腔体20及α粒子探测装置30。

取样容器10用于存放待测气体，其设置为薄壁圆柱的容器，且两端设置有密封的法兰，以降低漏气率，最大程度地避免空气对实验结果产生影响。

富集腔体20与取样容器10连通，富集腔体20的上方设置有法兰开口20A，如图2所示，法兰开口20A用于向富集腔体20内装填活性炭，富集腔体20的外部设置有加热装置。由于活性炭在常温下对氡气有着极强的吸附能力，而高温下又可以将氡气充分解吸。利用活性炭的这一特性，富集腔体20富集待测气体中的氡气包括两个步骤：当加热装置不工作时，活性炭将吸附待测气体内的氡气；当加热装置工作时，活性炭将所吸附的氡气进行充分解吸。

另外，富集腔体20两侧的进气口I和出气口O处分别焊接有不锈钢烧结网(图中未示出)，不锈钢烧结网的孔径可以为10微米，既可以防止活性炭颗粒随气流逃出腔体之外，还可以显著降低气体的流速截面比，使气体与富集腔体20内的活性炭接触更均匀，从而有利于提高活性炭的利用效率及氡气的吸附效率。

进一步地，加热装置可以包括缠绕于富集腔体20外壁的加热带21及与加热带连接的温控仪22，加热带21可以为不锈钢贴片。需要说明的是，加热装置还可以为其它形式的加热器，并不局限于本实施例。优选地，加热装置将富集腔体20内部的活性炭加热并稳定在300℃，有利于将其所吸附的氡气进行充分解吸。

α粒子探测装置30容纳由富集腔体20所富集的氡气，并探测该氡气中的²¹⁸Po和²¹⁴Po在衰变过程中产生的α粒子，从而获得待测气体的氡浓度。

具体来说，α粒子探测装置30包括：探测腔体31，其中心设置有Si-PIN半导体探测器，用于探测其所容纳的氡气中的²¹⁸Po和²¹⁴Po在衰变过程中产生的α粒子；及传感器腔体32，由于α粒子的收集与温度、湿度有很大的关联性，故传感器腔体32内部可以包括温度传感器和湿度传感器，分别用于感测α粒子的温度和湿度。

探测腔体31容积可以优选设置为30L，相比于RAD7的0.7L，可以大幅提高信号事例率，从而使探测灵敏度达到中mBq/m³量级。需要说明的是，本实施例并不限制探测腔体31的容积大小，其可以根据实际使用场合选择合适的容积。

另外，探测腔体31采用304不锈钢制作，且对探测腔体41的表面进行抛光处理以降低表面粗糙度，该表面粗糙度以不高于0.8μm为宜。抛光处理的方式可以为化学的、物理的等，此处不做限制。这样可以将实验本底控制在1cph(counts per hour)以下，即每小时最多1个计数，有效减小腔体表面的氡析出对氡浓度测量设备100带来的本底影响。

进一步地，本实施例中mBq/m³量级的氡浓度测量设备100还包括连通取样容器10、富集腔体20及α粒子探测装置30以进行气体循环的气体循环系统40。

气体循环系统40包括如下部件：循环泵41，其设置于取样容器10与富集腔体20之间，以实现二者之间的气体循环；质量流量计42，其设置于取样容器10与循环泵41之间，用于精确控制待测气体的流量和速度；以及设置于多条气体管路上的多个阀门43A、43B、43C、43D，如图1所示。其中，气体循环系统40通过控制上述各部件的开启或关闭而形成两条封闭的循环气路，在该两条封闭的循环气路中分别实现对循环至富集腔体20处的待测气体中的氡气进行吸附和充分解吸。

具体来说，当开启循环泵41和质量流量计42，同时打开阀门43B、阀门43C，并关闭阀门43A、阀门43D时，取样容器10与富集腔体20之间可以形成一条封闭的循环气路，此时富集腔体20外部的加热装置不工作，富集腔体20内部的活性炭将对循环至富集腔体20处的待测气体中的氡气进行吸附；当关闭质量流量计42，同时打开阀门43A、阀门43B以及阀门43D，并关闭阀门43C时，富集腔体20与α粒子探测装置30之间可以形成另一条封闭的循环气路，此时富集腔体20外部的加热装置加热并稳定在300℃，富集腔体20内部的活性炭在高温下将解吸其所吸附的氡气，并将氡气转移至探测腔体31之中，以进行后续的探测工作。

另外，由于氡的湿度对测量结果影响很大，故本实施例中的氡浓度测量设备100还包括干燥塔50，干燥塔50设置于取样容器10与气体循环系统20之间，用于降低取样容器10内存放的待测气体的湿度。

上述气体循环系统40中各进气口与出气口处均采用真空连接径向密封(VacuumCoupling Radius Seal,VCR)接头，其为面密封式接头，密封效果较好。采用这种VCR接头与前述取样容器10的密封法兰相结合的方式，可以将氡浓度测量设备整个系统的漏气率降低到10^-5mL/s以下，能够有效地规避空气对实验结果产生的影响。

本实用新型实施例中mBq/m³量级的氡浓度测量设备100通过在富集腔体20内放置活性炭并加热来实现对低浓度氡气的高效富集，提高了低浓度氡气的探测效率。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种mBq/m³量级的氡浓度测量设备(100)，其特征在于，所述氡浓度测量设备(100)包括：

取样容器(10)，用于存放待测气体；

富集腔体(20)，其与所述取样容器(10)连通，所述富集腔体(20)的上方设置有法兰开口(20A)，所述法兰开口(20A)用于向所述富集腔体(20)中装填活性炭，所述富集腔体(20)外部设置有加热装置，当所述加热装置不工作时，活性炭能吸附所述待测气体内的氡气；当所述加热装置工作时，活性炭将所吸附的氡气进行充分解吸，以富集所述待测气体中的氡气；以及

α粒子探测装置，其容纳由所述富集腔体(20)所富集的氡气，并探测该氡气中的²¹⁸Po和²¹⁴Po在衰变过程中产生的α粒子，从而获得所述待测气体的氡浓度。

2.根据权利要求1所述的氡浓度测量设备(100)，其特征在于，所述加热装置将所述富集腔体内部的活性炭加热并稳定在300℃时，所述活性炭将其所吸附的氡气进行充分解吸。

3.根据权利要求1所述的氡浓度测量设备(100)，其特征在于，所述富集腔体(20)两侧的进气口和出气口处还分别焊接有不锈钢烧结网。

4.根据权利要求1所述的氡浓度测量设备(100)，其特征在于，所述氡浓度测量设备(100)还包括连通所述取样容器(10)、富集腔体(20)及α粒子探测装置(30)以进行气体循环的气体循环系统(40)，所述气体循环系统(40)包括以下部件：

循环泵(41)，其设置于所述取样容器(10)与所述富集腔体(20)之间，以实现二者之间的气体循环；

质量流量计(42)，其设置于所述取样容器(10)与所述循环泵(41)之间，用于精确控制待测气体的流量和速度；以及

设置于多条气体管路上的多个阀门(43A,43B,43C,43D)，

其中，所述气体循环系统(40)通过控制上述各部件的开启或关闭而形成两条封闭的循环气路，在所述两条封闭的循环气路中分别实现对循环至所述富集腔体(20)处的待测气体中的氡气进行吸附和充分解吸。

5.根据权利要求4所述的氡浓度测量设备(100)，其特征在于，所述氡浓度测量设备(100)还包括干燥塔(50)，所述干燥塔(50)设置于所述取样容器(10)与所述质量流量计(42)之间，用于降低所述取样容器(10)内存放的待测气体的湿度。

6.根据权利要求1至5任一项所述的氡浓度测量设备(100)，其特征在于，所述α粒子探测装置(30)包括：

探测腔体(31)，其中心设置有Si-PIN半导体探测器，用于探测其所容纳的氡气中的²¹⁸Po和²¹⁴Po在衰变过程中产生的α粒子；及

传感器腔体(32)，其内部包括温度传感器和湿度传感器，用于感测所述α粒子的温度和湿度。

7.根据权利要求6所述的氡浓度测量设备(100)，其特征在于，所述探测腔体(31)的容积为30L。

8.根据权利要求6所述的氡浓度测量设备(100)，其特征在于，所述探测腔体(31)采用304不锈钢制作，且所述探测腔体(31)的表面进行抛光处理以降低其表面粗糙度。

9.根据权利要求8所述的氡浓度测量设备(100)，其特征在于，所述探测腔体(31)的表面粗糙度不高于0.8μm。

10.根据权利要求4所述的氡浓度测量设备(100)，其特征在于，所述取样容器(10)的两端设置有密封的法兰，所述气体循环系统(40)中各进气口与出气口处均采用真空连接径向密封接头，以降低所述氡浓度测量设备的漏气率。