RU201743U1

RU201743U1 - Радиометр газов спектрометрический

Info

Publication number: RU201743U1
Application number: RU2020127586U
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Кузьменко; Александр Вячеславович Минченко; Евгений Андреевич Овчинников
Original assignee: Лаврик Юрий Михайлович
Priority date: 2020-08-19
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2020-12-30

Abstract

Полезная модельпредназначена для измерения объемной активности отдельных радионуклидов инертных радиоактивных газов и суммарной объемной активности инертных радиоактивных газов в удаляемом воздухе через вентиляционную трубу на объектах, использующих атомную энергию.Техническим результатом является повышение надежности и простоты устройства при сохранении высоких возможностей по диапазону измерений.Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен спектрометрический радиометр газов, содержащий пробоотборную чувствительную камеру в виде сосуда Маринелли, имеющей блок детектирования, и воздуховод для отвода пробы воздуха, отличающийся тем, что радиометр содержит дополнительную грубую (менее чувствительную) камеру, расположенную внутри сосуда Маринелли, и представляющую собой U-образную трубку, огибающую блок детектирования.Предпочтительно, грубая камера выполнена в виде проточной трубки U-образной формы объемом 0,033 л.Предпочтительно, внутреннее пространство сосуда Маринелли дополнительно содержит экраны из пластин меди и кадмия.Предпочтительно, блок детектирования состоит из сцинтиблока, узла включения фотоэлектронного умножителя (далее - ФЭУ), причем сцинтиблок состоит из неорганического кристалла NaI(Tl) и ФЭУ, и выполнен с возможностью регистрации гамма-излучения, а узел включения ФЭУ состоит из резистивного делителя и предназначен для распределения напряжения на электродах ФЭУ.

Description

Полезная модель предназначена для измерения объемной активности отдельных радионуклидов инертных радиоактивных газов и суммарной объемной активности инертных радиоактивных газов в удаляемом воздухе через вентиляционную трубу на объектах, использующих атомную энергию.

Оценка количественного и качественного состава инертных радиоактивных газов в выбросах является важной задачей как для оценки доз облучения населения, так и обеспечения безопасной эксплуатации ядерной реакторной установки. Опубликованные исследования по оценке дозовых нагрузок на население за счет выбросов различных инертных газов демонстрируют необходимость контроля данного компонента [Екидин А.А., Жуковский М.В., Васянович М.Е. Идентификация основных дозообразующих радионуклидов в выбросах АЭС // Атомная энергия, Т. 120, №2, 2016. стр. 106-108.]. Вновь введенные требования по контролю и нормированию газо-аэрозольных выбросов требуют определения объемной активности каждого радионуклида из состава инертных газов [Распоряжение Правительства РФ от 08.08015 г. №1316-р «Об утверждении перечня загрязняющих веществ, в отношении которых применяются меры государственного регулирования в области охраны окружающей среды». Москва, 2015 г., Руководство по безопасности при использовании атомной энергии. «Рекомендуемые методы расчета параметров, необходимых для разработки и установления нормативов предельно допустимых выбросов радиоактивных веществ в атмосферный воздух» (РБ-106-15). Утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору №458 от 11.11.2015 г., Москва, 2015.]. В настоящее время на всех объектах, эксплуатирующих ядерные реакторные установки, существует непрерывный контроль суммарного показателя активности инертных радиоактивных газов [Радиационная обстановка на территории России и сопредельных государств в 2015 г. Обнинск, НПО «Тайфун», 2016. с. 344].

Известен способ измерения объемной активности инертных радиоактивных газов техногенного происхождения (RU 2714085, опубликовано: 11.02.2020), характеризующийся тем, что он основан на создании избыточного давления исследуемого воздуха с помощью компрессора в сосуде Маринелли объемом 3 дм³ с вкладышем толщиной 5 мм из капролона в измерительной части прибора и последующем измерении исследуемого воздуха на стационарной гамма-спектрометрической установке.

Наличие избыточного давления и специального вкладыша в измерительной части сосуда, выполненного из капролона толщиной 5 мм, по заявлению автора прототипа позволяет повысить чувствительность метода. Количественный и качественный анализ состава инертных радиоактивных газов в сосуде можно выполнять с помощью гамма-спектрометрической установки. В качестве средства измерения нуклидного состава использован полупроводниковый детектор коаксиального типа на основе особо чистого германия с высоким разрешением. Отбор воздуха можно выполнять с помощью переносного компрессора из штатной импульсной линии, предназначенной для контроля выброса радиоактивных веществ в атмосферный воздух.

Технической проблемой решения является то, что используется одна измерительная камера, выполненная в виде сосуда Маринелли. Это ограничивает диапазон измерений.

Также известна установка автоматизированная спектрометрическая контроля инертных газов в выбросах АЭС СГГ-1002 [https://all-pribors.ru/opisanie/49612-12-sgg-1002-52585] (опубл.: 21.03.2017.).

СГГ-1002 содержит одну камеру измерительную КИ-1002, что приводит к более узкому диапазону измерения, чем у описанного ниже технического решения (РГГ-01И).

Другие известные устройства используют чувствительные и грубые камеры, разнесённые конструктивно и имеющие индивидуальные воздуховодные тракты, а также требующие индивидуальной защиты от фоновой радиации. Наиболее близким аналогом является радиометр-спектрометр для контроля объёмной активности инертных газов МГГ-010 [https://all-pribors.ru/opisanie/56514-14-mgg-010-60341] (опубл.: 25.03.2018.). Прибор содержит две последовательно соединенные измерительные емкости с блоками детектирования, грубую и чувствительную, первая из которых выполнена в виде сосуда Маринелли с вкладышем для поглощения вторичного излучения, размещенном изнутри свинцовой защиты сосуда Маринелли, а вторая представляет собой измерительный трубопровод из нержавеющей стали.

Технической проблемой прототипа является то, что МГГ-010 содержит конструктивно разнесенные грубую и чувствительную камеры, что повышает сложность и стоимость конструкции, и снижает надёжность.

Задачей полезной модели является устранение указанных технических проблем прототипа.

Техническим результатом является повышение надежности и простоты устройства при сохранении высоких возможностей по диапазону измерений.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен спектрометрический радиометр газов, содержащий пробоотборную чувствительную камеру в виде сосуда Маринелли, имеющей блок детектирования, и воздуховод для отвода пробы воздуха, отличающийся тем, что радиометр содержит дополнительную грубую (менее чувствительную) камеру, расположенную внутри сосуда Маринелли, и представляющую собой U-образную трубку, огибающую блок детектирования.

Предпочтительно, грубая камера выполнена в виде проточной трубки U-образной формы объемом 0,033 л.

Предпочтительно, стенки сосуда Маринелли с наружной стороны дополнительно снабжены экранами из пластин меди и кадмия. Предпочтительно, блок детектирования состоит из сцинтиблока, узла включения фотоэлектронного умножителя (далее - ФЭУ), причем сцинтиблок состоит из неорганического кристалла NaI(Tl) и ФЭУ, и выполнен с возможностью регистрации гамма-излучения, а узел включения ФЭУ состоит из резистивного делителя и предназначен для распределения напряжения на электродах ФЭУ.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показано устройство полезной модели.

На Фиг.2 показана функциональная схема, отражающая принцип работы полезной модели.

На чертежах: 1 - блок детектирования, 2 - трубка для отвода пробы воздуха, 3 - грубая камера, 4 - свинцовая защита, 5 - медно-кадмиевые экраны; 6 - пробоотборная камера; 7 - чувствительная камера; 8 - устройство ввода-вывода; 9 - устройство ввода и отображения информации; 10 - устройство управления и индикации, 11 - каплеотбойник; 12 - фильтр радиоактивных аэрозолей; 13 - фильтры; 14 - расходомер газовый ультразвуковой; 15 - устройство прокачивающее (резервное); 16 - устройство прокачивающее (основное); 17.1, 17.2 - кран шаровой с электроприводом (далее - кран с электроприводом); 18.1, 18.2 - клапан электромагнитный (далее - клапан); 19 - кран шаровой отсечный, 20 - центральный процессор.

Осуществление полезной модели

Спектрометрический радиометр газов (см. Фиг.1) выполнен в виде сосуда Маринелли 4 со свинцовой защитой для защиты от фонового излучения. Внутри сосуда Маринелли 4, имеющим внутри чувствительную камеру 7, установлен блок детектирования 1 и выведена трубка 2 для отвода пробы воздуха.

Новым является то, что радиометр содержит дополнительную грубую (менее чувствительную) камеру 3, расположенную внутри сосуда Маринелли 4, и представляющую собой трубку, огибающую блок детектирования 1.

Принцип работы радиометра основан на следующем.

Объемная активность (ОА) определяется радиометром путём измерения активности радионуклидов в пробе, отбираемой в пробоотборную камеру изделия с помощью прокачивающего устройства.

Метод измерения и принцип действия радиометра основаны на прокачивании воздуха, предварительно очищенного от пыли и аэрозолей, через рабочий объем пробоотборной камеры и регистрации спектра амплитудного распределения гамма-излучения радионуклидов газов с последующим преобразованием в значение измеряемой физической величины.

Измеряемой физической величиной является объемная активность радионуклидов газов ⁴¹Ar, ^85mKr, ⁸⁷Кr, ⁸⁸Kr, ¹³³Хе, ¹³⁵Хе и др.

Регистрация объемной активности радионуклидов газов производится в процессе отбора пробы.

Функциональная схема, отражающая принцип работы полезной модели, приведена на Фиг.2.

Спектрометрический блок детектирования (радиометр) состоит из пробоотборной камеры 6 в низкофоновой защите и самого блока детектирования 1.

Пробоотборная камера 6 предназначена для отбора пробы удаляемого в ВТ воздуха.

Конструктивно пробоотборная камера 6 выполнена из двух камер: чувствительной 7 и грубой 3:

- чувствительная камера 7 выполнена в виде удлинённого сосуда Маринелли, например, объемом 30 л и обеспечивает измерение ОА ИРГ в диапазоне от 1,0⋅10³ до 3,0⋅10⁷ Бк/м³;

- грубая камера 3 выполнена в виде проточной трубки U - образной формы и значительно меньшим объемом, предпочтительно, 0,033 л и обеспечивает измерение ОА ИРГ в диапазоне от 1,5⋅10⁶ до 3,7⋅10¹⁰ Бк/м³.

Чтобы обеспечить вышеуказанные характеристики диапазона измерений важно, чтобы трубка дополнительной грубой камеры 3 была расположена внутри чувствительной камеры 6, т.е. внутри сосуда Маринелли 4, и была выполнена в виде трубки, огибающей блок детектирования 1, например, в виде U-образной трубки.

Чувствительная камера 7 может быть размещена в 4π-свинцовой защите толщиной 80 мм. Желательно, чтобы для снижения уровня вторичного излучения изнутри свинцовой защиты были вставлены с наружной стороны стенок чувствительной камеры 7 медно-кадмиевые экраны 5, толщиной 1 мм. Данные материалы медной и кадмиевой пластин, толщиной 1 мм каждая, поглощают вторичное излучение изнутри свинцовой защиты для обеспечения более широкого диапазона измерений.

Блок детектирования 1 предназначен для измерения спектра гамма-излучения инертных радиоактивных газов (ИРГ), находящихся в пробоотборной камере. Блок детектирования 1 может быть выполнен, например, состоящим из сцинтиблока, узла включения фотоэлектронного умножителя (далее - ФЭУ).

- сцинтиблок состоит из неорганического кристалла NaI(Tl) и ФЭУ и обеспечивает регистрацию гамма-излучения;

- узел включение ФЭУ состоит из резистивного делителя и предназначен для распределения напряжения на электродах ФЭУ.

Устройство накопления и обработки информации (далее - УНО) предназначено для цифровой обработки импульсных сигналов, поступающих от блока детектирования 1, с последующим накоплением информации для получения энергетических спектров ИРГ. УНО включает в себя усилитель, узел цифровой обработки сигнала, узел питания высоковольтный.

Устройство управления и индикации (УИ) 10 предназначено для:

- отображения измеренного значения ОА отдельных радионуклидов, их нижнего предела измерения (далее - НПИ), погрешности измерения суммарной ОА пробы за последний час измерения;

- отображения измеренного значения ОА отдельных радионуклидов, их НПИ, погрешности и суммарной ОА пробы за период с начала смены до текущего момента времени;

- расчета и отображения выбросов по нормируемым радионуклидам за сутки, месяц, год или за иной заданный интервал времени;

- ведения архивов (суточного, сменного, контроля);

- ввода настроек и уставок;

- для световой и звуковой сигнализации;

- обмена информацией с программно-техническим комплексом верхнего уровня (ПТК ВУ) по двум независимым каналам связи с интерфейсом RS-485 по протоколу Modbus RTU и одному каналу связи с интерфейсом Ethernet по протоколу Modbus TCP;

- управление работой устройства по заданному алгоритму.

Устройство управления и индикации 10 состоит из устройства ввода-вывода 8, устройства центрального процессора 20, устройства ввода и отображения информации 9.

Процессор 20 осуществляет прием и обработку данных от устройства ввода-вывода 8, вывод информации, посредством устройства ввода и отображения информации 9, а также управление режимами работы радиометра, через устройство ввода и отображения информации 9.

Устройство ввода-вывода 8 осуществляет прием и передачу данных от спектрометрического блока детектирования 1 и расходомера на ПТК ВУ по независимым каналам связи RS-485, управление кранами с электроприводом 17, электромагнитными клапанами 18, реле, звуковым излучателем, а также прием, хранение и передачу данных устройству центрального процессора 20.

Каплеотбойник 11 препятствует попаданию канальной влаги в фильтры и пробоотборные камеры, при наличии её в отбираемой пробе.

Кран с электроприводом 17.1 предназначен для поддержания заданной скорости расхода пробы. Кран с электроприводом 17.2 предназначен для подключения чистого воздуха при автоматизированной продувке внутренних объемов пробоотборной камеры.

Электромагнитные клапаны 18.1, 18.2 предназначены для распределения отбираемой пробы между чувствительной камерой 7 и грубой камерой 3 (проточная трубка U - образной формы).

Расходомер осуществляет контроль объемного расхода пробы через пробоотборную камеру.

Фильтр радиоактивных аэрозолей 12 предназначен для очистки пробы от йодно-аэрозольных примесей. Воздушный фильтр 13 предназначен для очистки воздуха от пыли.

Процесс измерения ОА ИРГ представляет собой следующую периодически повторяющуюся последовательность операций:

- непрерывный отбор пробы с одновременной регистрацией активности отбираемой пробы;

- запись в суточный архив;

- по окончанию смены происходит запись информации в сменный архив.

Отображение информации и общее управление устройствами радиометра осуществляется с сенсорного экрана монитора УИ.

Применение такой композитной пробоотборной камеры 6, в которой канал грубой камеры 3 расположен внутри чувствительной камеры 7, т.е. камеры, в которой грубая камера малого объёма 3 конструктивно размещена внутри чувствительной камеры 7 большего объёма, позволяет уменьшить количество элементов конструкции. Это повышает надежность изделия, а также обеспечивает простоту монтажа и эксплуатации.

Также, применение композитной пробоотборной камеры позволяет обеспечить измерения ОА ИРГ в широком диапазоне от 1,0⋅10³ до 3,0⋅10¹⁰ Бк/м³ при использовании неорганического кристалла NaI(Tl). Измерение ОА ИРГ осуществляется в автоматическом режиме, при этом отбор пробы осуществляется через чувствительную камеру 7 или грубую камеру 3, исходя из следующих условий:

- переключение с чувствительной камеры на грубую камеру происходит, если измеренное значение ОА превышает установленный порог;

- переключение с грубой камеры на чувствительную камеру происходит, если измеренное значение ОА меньше установленного порога.

Для двух камер 7 и 3 могут быть применены два независимых цифровых канала измерения ОА ИРГ: d - канал и S - канал, осуществляющие измерения в непрерывном режиме.

d-канал предназначен для осуществления оперативного контроля ОА ИРГ в удаляемом воздухе с целью обеспечения возможности раннего обнаружения и регистрации динамики изменения ОА ИРГ.

S-канал предназначен для представления отчетных данных об ОА ИРГ в удаляемом воздухе за смену.

Claims

1. Спектрометрический радиометр газов, содержащий пробоотборную чувствительную камеру в виде сосуда Маринелли, имеющий блок детектирования и воздуховод для отвода пробы воздуха, отличающийся тем, что радиометр содержит дополнительную грубую камеру, расположенную внутри сосуда Маринелли, и представляющую собой трубку, огибающую блок детектирования.

2. Радиометр по п.1, отличающийся тем, что грубая камера выполнена в виде проточной трубки U-образной формы объемом 0,033 л.

3. Радиометр по п.1, отличающийся тем, что внутреннее пространство сосуда Маринелли дополнительно содержит экраны из пластин меди и кадмия.

4. Радиометр по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что блок детектирования состоит из сцинтиблока, узла включения фотоэлектронного умножителя (далее - ФЭУ), причем сцинтиблок состоит из неорганического кристалла NaI(Tl) и ФЭУ и выполнен с возможностью регистрации гамма-излучения, а узел включения ФЭУ состоит из резистивного делителя и предназначен для распределения напряжения на электродах ФЭУ.