CN219016026U - 一种Po-210气溶胶防护涂层性能的试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于Po‑210气溶胶防护涂层性能验证的试验系统即试验方法，试验系统包括混合装置、载气装置以及并列设置的气溶胶发生装置和Po‑210核素释放装置，载气装置与所述气溶胶发生装置的进气端和混合装置的进气端均连通，气溶胶发生装置和Po‑210核素释放装置均与所述混合装置连通，所述混合装置连通有防护涂层验证装置，所述防护涂层验证装置的出气端与所述混合装置通过真空泵连通，实现所述连通的管道上均设置有阀门，所述试验系统为密封系统；试验系统和试验方法均能很好的模拟防护涂层的实际服役环境，能安全高效的完成Po‑210气溶胶吸附防护涂层性能验证试验。

Description

一种Po-210气溶胶防护涂层性能的试验系统

技术领域

本实用新型涉及核技术领域，具体涉及一种用于Po-210气溶胶防护涂层性能验证的试验系统和试验方法。

背景技术

铅铋快堆由于采用铅铋合金作为冷却剂，具有较高的固有安全性，同时在再生燃料循环、放射性废物后处理、反应堆系统简化、缩短换料周期等方面都有其独特的优势，因而受到了国际上的重点关注。但由于铅铋堆自身的特点，铅铋会活化产生的易挥发放射性核素Po-210。

Po-210是一种极毒放射性核素，极易形成Po-210气溶胶，其半衰期为138.4天，属极毒组核素，若进入生物体内，会破坏人体组织器官细胞结构、损伤DNA导致细胞死亡。当铅铋反应堆发生放射性核素释放事故包括双层容器破口事故、一回路覆盖气体系统泄漏事故和热交换器二次侧出口管道破口等事故时，泄露出的Po-210气溶胶会对工作人员和环境可能产生严重影响。为有效保证各设备、系统不被放射性沾污，需开发专用于Po-210气溶胶吸附的防护涂层，为有效验证防护涂层性能，要求设计一种用于Po-210气溶胶吸附防护涂层性能验证的试验系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于Po-210气溶胶防护涂层性能验证的试验系统，为具有极毒放射性的Po-210挥发形成气溶胶而研究的防护涂层性能在实际投入使用前的有效性能验证，以确保在实际应用中能够有效防护。

第一方面，本实用新型公开了一种用于Po-210气溶胶防护涂层性能验证的试验系统，包括混合装置、载气装置以及并列设置的气溶胶发生装置和Po-210核素释放装置，载气装置与所述气溶胶发生装置的进气端和混合装置的进气端均连通，气溶胶发生装置和Po-210核素释放装置均与所述混合装置连通，所述混合装置连通有防护涂层验证装置，所述防护涂层验证装置的出气端与所述混合装置通过真空泵连通，实现所述连通的管道上均设置有阀门，所述试验系统为密封系统。

在采用上述技术方案的情况下，载气装置不仅能够制造粉尘气溶胶，而且还能够将粉尘气溶胶和挥发的Po-210核素混合后形成的气溶胶载至防护涂层验证装置内，以实现防护涂层性能的有效验证。该试验系统能够有效验证防护涂层的防护性能，为防护涂层的实际应用奠定了数据支撑基础。通过在实现各设备之间连通的管道上设置阀门，使得上述试验系统实现不同的功能，例如：防护涂层性能验证和试验系统清洗等功能。

作为一种可能的实现方式，所述试验系统还包括废气处理装置，所述废气处理装置均与所述防护涂层验证装置和/或所述混合装置连通，所述废气处理装置的进气端和出气端均设置有所述阀门。通过设置废气处理装置和控制各阀门的开或关，可以处理试验结束后Po-210气溶胶，以避免对试验环境和操作人员造成不必要的伤害。

作为一种可能的实现方式，所述试验系统还包括密封屏蔽试验箱体，所述Po-210核素释放装置、所述混合装置、所述防护涂层验证装置以及废气处理装置均设置于所述密封屏蔽试验箱体内。进一步降低Po-210气溶胶对操作人员造成不必要伤害的风险。

作为一种可能的实现方式，所述试验系统还包括Po-210气溶胶监测装置，用于检测Po-210气溶胶在经过防护涂层吸附前后的Po-210浓度以及试验过程中混合装置内Po-210浓度的变化情况，以确定防护涂层是否有效吸附，进而判定防护涂层是否能够用于实际防护。

作为一种可能的实现方式，所述气溶胶发生装置和所述混合装置之间还设置有缓冲装置。有利于得到的粉尘气溶胶能够稳定输出，使得Po-210气溶胶中Po-210浓度稳定，便于防护涂层的吸附过程顺利进行，排除其它因素对防护涂层吸附的干扰。

作为一种可能的实现方式，所述防护涂层验证装置包括至少两个串联连通的吸附机构。通过多级连续吸附，可验证防护涂层在不同Po-210浓度，特别是低浓度下对Po-210吸附能力，进而判定防护涂层是否能够用于实际防护。

第二方面，本实用新型基于上述同样的问题提供一种用于Po-210气溶胶防护涂层性能验证的试验方法，包括：

将稀释气体和标准粉尘混合形成气溶胶；

将铅铋共晶合金加热至500～800℃且停留为10～15min，释放Po-210核素；

将所述气溶胶和所述Po-210核素混合形成Po-210气溶胶；

将涂覆有防护涂层的器件置于所述Po-210气溶胶氛围中。

采用上述技术方案的情况下，不仅能够获得有效浓度的Po-210气溶胶，而且还能够有效检测防护涂层的性能，进而判定防护涂层是否能够用于实际防护。上述试验方法简单且操作简单易行，值得推广使用。

作为一种可能的实现方式，所述标准粉尘的粒径为0.01～2μm。有利于气溶胶稳定，利于后续吸附。

作为一种可能的实现方式，所述稀释气体为惰性气体，惰性气体的纯度大于99.9％。

作为一种可能的实现方式于，所述器件为耐腐蚀金属片，所述耐腐蚀金属片的截面积为25cm²～40cm²。有利于Po-210气溶胶中Po-210能够被有效吸收，即使得Po-210气溶胶吸收前后Po-210的浓度差异较大，便于防护涂层吸附作用的有效性评价。

综上，本实用新型的有益效果为：试验系统和试验方法均能很好的模拟防护涂层的实际服役环境，能安全高效的完成Po-210气溶胶吸附防护涂层性能验证试验。

附图说明

图1为本实用新型实施例中用于Po-210气溶胶防护涂层性能验证的试验系统的示意图；

其中：1-气溶胶发生装置，2-混合装置，3-防护涂层验证装置，4-废气处理装置，5-Po-210气溶胶监测装置，6-密封屏蔽试验箱体，7-真空泵，8-缓冲装置，9-Po-210核素释放装置，10-载气装置。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

由于铅铋共晶合金在服役的过程中容易挥发产生具有极毒且有放射性的核素Po-210，对操作人员具有潜在的极大危险。因此采用具有捕捉和吸附功能的防护涂层将Po-210固化即可大幅度降低对操作人员的危害危险。但是针对核素Po-210具有如此大的危害，因此防护涂层在实际应用前需要对其有效性能进行验证，故而需要设计一种对防护涂层的有效性能进行测试的试验系统和/或试验方法。

如图1所示，为本实用新型实施例公开的用于Po-210气溶胶防护涂层性能验证的试验系统。如图1所示，所述试验系统包括混合装置2、载气装置10以及并列设置的气溶胶发生装置1和Po-210核素释放装置9，载气装置10与所述气溶胶发生装置1的进气端和混合装置2的进气端均连通，气溶胶发生装置1和Po-210核素释放装置9均与所述混合装置2连通，所述混合装置2连通有防护涂层验证装置3，所述防护涂层验证装置3的出气端与所述混合装置2通过真空泵连通，实现所述连通的管道上均设置有阀门，所述试验系统为密封系统。

载气装置10不仅提供对气溶胶发生装置1产生的标准粉体进行稀释形成气溶胶的稀释气体，而且为气溶胶发生装置1和Po-210核素释放装置9形成的Po-210气溶胶提供输送载体和在真空泵配合的情况下，使得Po-210气溶胶能够顺利到达防护涂层验证装置3，实现防护涂层性能的验证。在实际应用中，载气可跟随未含有Po-210的气溶胶进入混合装置2中与挥发的Po-210核素混合，然后在真空泵开启的情况下将Po-210气溶胶顺利输送至防护涂层验证装置3中。

图1中，V1-V12均为阀门，具体可以为全封闭型电磁阀。为了便于描述防护涂层性能验证时气溶胶的走向，以下各阀门均以其代号体现。具体路径为：载气装置10提供载气对气溶胶发生装置1产生的标准粉体进行稀释，稀释后的气溶胶和载气装置10提供的载气一同→V3→混合装置2→V5→V6→防护涂层验证装置3→真空泵→V4→混合装置2。

由于Po-210具有极毒放射性，不能直接排放，因此使用完成后的Po-210气溶胶需要返回混合装置2。

当试验系统结束试验后，那么需要对Po-210气溶胶进行处理，因此如图1所示，上述试验系统还设置有废气处理装置4，用于处理废弃的Po-210气溶胶。废气处理装置4与所述防护涂层验证装置3和/或所述混合装置2连通，优选，废气处理装置4与所述防护涂层验证装置3和所述混合装置2连通，确保试验系统中的Po-210被完全除去。

在实际应用中，废气处理装置4可以包括吸附罐，吸附罐内填充有对Po-210具有有效吸附的吸附材料，例如：椰壳活性炭，但不仅限于此。

在试验系统完成试验后，需对试验系统进行清洗，以彻底去除试验系统中残留的Po-210。清洗过程分为三部分，三个部分依次进行。如图1所示，第一部分对混合装置2进行清洗，清洗路径为：载气→V3→混合装置2→V5→V10→防护涂层验证装置3→特排，其余阀门关闭。第二部分对真空泵进行清洗，清洗路径为：载气→V1→真空泵→V11→防护涂层验证装置3→特排，其余阀门关闭。第三部分对防护涂层验证装置3进行清洗，清洗路径为：载气→V2→V6→防护涂层验证装置3→V12→V11→废气处理装置4→特排，其余阀门关闭。清洗过程的时间根据各装置的体积和Po-210气溶胶中Po-210的浓度进行设定。

在一种可能的实施方式中，如图1所示，上述防护涂层验证装置3包括至少一个吸附机构。当吸附机构的数量大于或等于2时，多个吸附机构之间串联设置，以实现对不同浓度的Po-210气溶胶进行防护涂层有效性的验证和降低返回混合装置2的Po-210气溶胶中Po-210的浓度，避免进入吸附机构的Po-210气溶胶中Po-210浓度过高，超出吸附机构的最大处理负荷。

在一种可能的实施方式中，上述吸附机构包括密封罐，所述密封罐内设置有试验元件，试验元件包括试验载体，试验载体上涂覆有吸附涂料，形成防护涂层。在实际应用中，试验载体可以为本领域常用的载体，例如：不锈钢片，但不仅限于次。在实际应用中，吸附涂料主要涂覆于试验载体上面积最大的面(面积一般为25cm²～40cm²)上，以实现Po-210气溶胶和防护涂层的有效接触。

在实际应用中，上述试验元件采用本领域常规的固定方式固定于密封罐内，例如：悬挂于密封罐内、搁置于载物台上等，但不仅限于此。

在实际应用中，载气可以为本领域常用的惰性气体，惰性气体的纯度一般大于99.9％，例如：氮气、氦气等，但不仅限于此。

为了进一步增加试验系统在试验过程中的安全性，如图1所示，上述试验系统还包括密封屏蔽试验箱体，将所述Po-210核素释放装置9、所述混合装置2、所述防护涂层验证装置3以及废气处理装置4均设置于所述密封屏蔽试验箱体内。密封屏蔽试验箱体可以由本领域常用的具有屏蔽放射性的材料制成。

为了直观反映试验系统对Po-210气溶胶的吸附效果，如图1所示，上述试验系统还包括Po-210气溶胶监测装置5，用于检测Po-210气溶胶在经过防护涂层吸附前后的Po-210浓度以及试验过程中混合装置2内Po-210浓度的变化情况，以确定防护涂层是否有效吸附，进而判定防护涂层是否能够用于实际防护。

在实际应用中，混合装置2可以为本领域常用的混合设备，例如：玻璃罩，但仅限于此。根据Po-210核素释放装置9的具体结构，如图1所示，Po-210核素释放装置9可以置于混合装置2内，以降低Po-210发生泄露的风险。

在一种可能的实施方式中，如图1所示，上述载气装置10包括载气瓶，载气瓶内填充有载气。在实际应用中，载气的压力为一般为0.1～0.5Mpa。

在一种可能的实施方式中，如图1所示，上述气溶胶发生装置1包括气溶胶发生器，气溶胶发生器稳定均匀的发生出标准粉尘，通过稀释气体(载气)对其进行稀释和混匀，主要是模拟空气气溶胶。在实际应用中，气溶胶发生器可以选择本领域中常用的现有设备，此处不详细阐述。在实际应用中，为了得到有效浓度的气溶胶，气溶胶发生器发生浓度≥10⁷个/毫升，发生颗粒的粒径范围一般为0.01～2μm。

为了使得进入混合装置2的气溶胶的流量稳定，如图1所示，在气溶胶发生器的出口端连通缓冲装置。在实际应用中，缓冲装置可以为缓冲罐。

在一种可能的实施方式中，Po-210核素释放装置9主要是对铅铋共晶合金持续加热一段时间，使得其释放Po-210核素。Po-210核素释放装置9为本领域常用的现有设备，此处不详细阐述。在实际应用中，为了平衡加热时间和Po-210核素释放速率，一般情况下，上述Po-210核素释放装置9在使用过程中的加热温度为500～800℃，加热时间一般为10～15min。

以下举例具体说明

如图1所示，上述试验系统包括玻璃罩、载气瓶以及并列设置的气溶胶发生器和Po-210核素释放装置9，载气瓶与气溶胶发生器的进气端和玻璃罩的进气端均连通，气溶胶发生器的出气端连通有缓冲罐。

缓冲罐和Po-210核素释放装置9均与玻璃罩连通，玻璃罩连通有防护涂层验证装置3，防护涂层验证装置3包括两个串联连通的吸附机构，分别标识为吸附机构1和吸附机构2，防护涂层验证装置3的出气端与玻璃罩通过真空泵连通。

防护涂层验证装置3的出气端连通有带有吸附材料的处理罐(废弃处理装置)，处理罐和玻璃罩连通。Po-210核素释放装置9、玻璃罩、防护涂层验证装置3以及处理罐均设置于密封屏蔽试验箱体内。Po-210气溶胶监测装置与玻璃罩和废气处理装置4的进气端连通，上述各设备连通的管路上均设置有全封闭型电磁阀，以实现连通和及时切断。

缓冲罐的体积为20L，玻璃罩的体积为15L，密封屏蔽试验箱体的密封性大于1×10-5，载气瓶内的载气压力为0.25Mpa，Po-210核素释放装置9包括加热装置和铅铋共晶合金，标准粉尘的颗粒粒径为0.01～2μm；Po-210核素释放装置9置于玻璃罩内，载气为纯度为99.9％的氮气。

(1)制备Po-210气溶胶

1.首先启动真空泵，其次将载气瓶和气溶胶发生器之间的阀门打开连通，最后启动气溶胶发生器产生浓度为10⁷个/毫升的标准粉尘，载气对标准粉尘进行稀释形成气溶胶并暂存至缓冲罐内。

2.启动Po-210核素释放装置9且加热至650℃，加热10min，产生Po-210。

3.启动载气，将气溶胶带入玻璃罩内和Po-210混合形成Po-210气溶胶。

(2)防护涂层性能验证

在真空泵的作用下，Po-210气溶胶依次进入两个吸附机构内与悬挂涂有防护涂层的不锈钢挂片接触，验证路径具体为：载气→V3→玻璃罩→V5→V6→气溶胶监测装置→吸附机构1→V9→吸附机构2→真空泵→V4→玻璃罩。试验完成后对防护涂层性能进行检测。根据试验前后Po-210气溶胶中Po-210浓度变化来判定防护涂层的吸附性能。

(3)Po-210气溶胶废气处理

验证试验完成后，打开阀门V2、V3、V5、V6、V9、V10、V11和V12，关闭V1、V4、V7和V8，真空泵不停止，即继续向试验系统通入氮气，氮气将各设备内的Po-210气溶胶输送至Po-210气溶胶带有吸附材料的处理罐以将Po-210气溶胶中Po-210吸附以实现固定。废气处理路径分两路分别是：1)载气→V2→V6→V9→V12→V11→特排；2)载气→V3→V5→V10→特排。

(4)试验系统的清洗

当废气处理完成后，通过氮气对各设备(包括玻璃罩、管路、吸附机构等)、和阀门进行清洗。清洗部分依次分三个阶段进行。具体如下：第一部分对玻璃罩清洗，路径为：氮气→V3→玻璃罩→V5→V10→处理罐→特排。第二部分对气泵部分回路清洗，路径为：氮气→V1→真空泵→V11→处理罐→特排；第三部分对吸附机构部分回路清洗，路径为：氮气→V2→V6→气溶胶监测装置→吸附机构1→V9缓冲装置→吸附机构2→V12→V11→处理罐→特排。上述各路径中涉及的阀门均为开启状态，未涉及的阀门为关闭状态。

本示例中，清洗过程持续的时间为40min。

基于上述试验系统，本实用新型实施例还提供一种用于Po-210气溶胶防护涂层性能验证的试验方法，包括以下步骤：

S1.将来自载气装置10的稀释气体(即载气)和来自气溶胶发生装置1的标准粉尘混合形成气溶胶；

S2.将Po-210核素释放装置9加热至500～800℃且停留为10～15min，释放Po-210核素；

S3.将所述气溶胶和所述Po-210核素在混合装置2内混合形成Po-210气溶胶；

S4.将所述Po-210气溶胶通入防护涂层验证装置3，以实现防护涂层性能试验。

在实际应用中，上述标准粉尘的粒径一般为0.01～2μm。

在实际应用中，所述稀释气体可以为惰性气体，如氮气，氩气等。惰性气体的纯度大于99.9％。

在实际应用中，所述器件为耐腐蚀金属片，所述耐腐蚀金属片的截面积(即最大的面的面积)为25cm²～40cm²。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于Po-210气溶胶防护涂层性能验证的试验系统，其特征在于，包括混合装置、载气装置以及并列设置的气溶胶发生装置和Po-210核素释放装置，载气装置与所述气溶胶发生装置的进气端和混合装置的进气端均连通，气溶胶发生装置和Po-210核素释放装置均与所述混合装置连通，所述混合装置连通有防护涂层验证装置，所述防护涂层验证装置的出气端与所述混合装置通过真空泵连通，实现所述连通的管道上均设置有阀门，所述试验系统为密封系统。

2.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述试验系统还包括废气处理装置，所述废气处理装置均与所述防护涂层验证装置和/或所述混合装置连通，所述废气处理装置的进气端和出气端均设置有所述阀门。

3.根据权利要求2所述的试验系统，其特征在于，所述试验系统还包括密封屏蔽试验箱体，所述Po-210核素释放装置、所述混合装置、所述防护涂层验证装置以及废气处理装置均设置于所述密封屏蔽试验箱体内。

4.根据权利要求3所述的试验系统，其特征在于，所述试验系统还包括Po-210气溶胶监测装置，所述Po-210气溶胶监测装置用于测量进入废弃处理装置前Po-210气溶胶中Po-210浓度和在试验过程中混合装置内Po-210气溶胶中Po-210浓度。

5.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述气溶胶发生装置和所述混合装置之间还设置有缓冲装置。

6.根据权利要求1-5任一项所述的试验系统，其特征在于，所述防护涂层验证装置包括至少两个串联连通的吸附机构。

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