放射性惰性气体的测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种放射性惰性气体的测量装置及方法，其中，该装置包括：信号探测设备，用于检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生β衰变产生的β电脉冲信号，检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生γ衰变产生的γ电脉冲信号；信号采集处理设备，实时采集β电脉冲信号和γ电脉冲信号，根据β电脉冲信号和γ电脉冲信号判断是否发生了β衰变和γ衰变的级联衰变，根据γ电脉冲信号生成γ谱线；计算设备，用于在发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值。该方案可以提高放射性惰性气体测量结果的准确、可靠性。

【技术实现步骤摘要】
放射性惰性气体的测量装置及方法
本专利技术涉及环境放射性监测
，特别涉及一种放射性惰性气体的测量装置及方法。
技术介绍
核设施在运行过程中，可能释放出放射性核素并向大气中扩散，危害环境安全及人员健康。其中，由于燃料包壳破损或堆芯区域物质吸收中子活化，可能产生放射性惰性气体，其监测对于保障核设施的运行安全及环境人员健康具有十分重要的意义。放射性惰性气体是核设施环境评价的重要监测源项。源项报告是核电站环境影响评价的基础。根据环境影响评价要求，惰性气体是核电站重要的气态流出物的组成部分，核电站反应堆运行时，所排放惰性气体的放射性剂量占总气态流出物排放剂量的99％以上，烟囱气态流出物监测计划中，放射性惰性气体监测为常规监测，是重要的监测源项。放射性惰性气体核素是核设施运行安全的重要预警信息。核裂变过程中，重核原子经中子撞击后，分裂成为两个较轻的原子，这就是最初的裂变产物。如85Kr及其同位素，作为核反应堆裂变过程中产生的最主要的惰性气体裂变产物，最先释放出来，是重要的核燃料组件破损预警信息，对于核设施安全监测、判断事故类型具有重要意义。目前，我国不同的核电厂对放射性惰性气体具有不同的监测能力，对于低于探测限的相关测量结果按探测限的二分之一取值，结果具有很大的不确定性，探测限较高是我国核电厂统计的排放量偏高的可能因素之一。我国多年运行的核电基地主要是江苏省田湾、浙江省秦山和广东省大亚湾三个核电基地放射性惰性气体监测能力状况分别如表1所示。表1其中：田湾采用的探测器为ORTEC公司GEM45P4高纯锗谱仪，样品量为3L，测量时间为5000s。秦山核电厂取样体积为7.6L、7.8L，测量时间分别为3000、5000、3600s，测量仪器分别为ADCAM-100型DSPECPLUS型、DSPEC型、HpGe多道伽马谱仪。大亚湾采用探测器为LAL2谱仪，取样体积为3L专用钢瓶，测量时间为5000s。目前，放射性惰性气体主要采用电离室测量的方式，从水平烟道中引出三条取样管线至辐射监测室，通过设置在每条管线的惰性气体探测器，采用β测量方法连续监测排气给出总β活度，无法具体甄别41Ar、85Ke、133Xe等关键核素，甚至该β衰变是否为放射性惰性气体产生，还是由其他天然放射性核素产生都无法辨别。或利用增压泵的方式将烟囱取样惰性气体打到一定体积的不锈钢取样罐中，取样后将不锈钢取样罐拿到实验室高纯锗谱仪进行γ核素活度分析，虽然提高了惰性气体的监测能力，但是，γ测量容易受其他核素干扰，且需要经采样制样流程后，送实验室进行高纯锗测量，费工费时，不利于及时发现环境异常。我国核电厂对于流出物中的85Kr监测采取样品γ谱仪分析的方法，其探测限较高，为1.0×102Bq/m3，与欧盟建议书2004/2/EURATOM中对于轻水反应堆流出物中的85Kr的探测限要求值1.0×10-4Bq/m3相差非常大。同时，无论是采用电离室测量总β衰变还是经复杂制样送实验室进行高纯锗探测器测量γ衰变，所利用的是单一的β衰变或单一的γ衰变，使得影响测量结果的准确、可靠性。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种放射性惰性气体的测量装置，以解决现有技术中放射性惰性气体测量结果的准确、可靠性低的技术问题。该装置包括：信号探测设备，用于检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生β衰变产生的β电脉冲信号，检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生γ衰变产生的γ电脉冲信号；信号采集处理设备，与所述信号探测设备连接，用于实时采集所述β电脉冲信号和所述γ电脉冲信号，根据所述β电脉冲信号和所述γ电脉冲信号判断是否发生了β衰变和γ衰变的级联衰变，根据所述γ电脉冲信号生成γ谱线；计算设备，与所述信号采集设备连接，用于在发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与所述γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值。在一个实施例中，所述信号探测设备，包括：测量室，所述测量室为封闭腔体，所述测量室的侧壁的内侧设置有光导层，所述测量室的侧壁上设置有入口管道和出口管道；抽气设备，与所述出口管道连接，在所述抽气设备启动时，待测试气体样品由所述入口管道进入所述测量室；β探测晶体，所述β探测晶体设置在所述光导层上，用于在所述测量室内的待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生β衰变产生β射线时，所述β探测晶体与β射线相互作用产生β光脉冲信号；所述光导层，用于传输所述β光脉冲信号；第一光电倍增管，所述第一光电倍增管的第一端设置在所述测量室的侧壁内与所述光导层连接，所述第一光电倍增管的第二端延伸到所述测量室的侧壁外，用于接收所述光导层传输的所述β光脉冲信号，将所述β光脉冲信号转换为β电脉冲信号；γ探测晶体，所述γ探测晶体设置在所述测量室的腔体内，用于在所述测量室内的待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生γ衰变产生γ射线时，所述γ探测晶体与γ射线相互作用产生γ光脉冲信号；第二光电倍增管，所述第二光电倍增管的第一端与所述γ探测晶体连接，所述第二光电倍增管的第二端延伸到所述测量室的侧壁外，用于接收所述γ光脉冲信号，将所述γ光脉冲信号转换为γ电脉冲信号；前置放大器，所述前置放大器的输入端与所述第二光电倍增管的第二端连接，用于对所述γ电脉冲信号进行放大处理。在一个实施例中，所述信号探测设备，还包括：反射层、遮光层以及屏蔽层，由内向外依次设置在所述光导层的外侧。在一个实施例中，所述信号采集处理设备，包括：快速模数转换器，与所述第一光电倍增管的第二端连接，用于将所述β电脉冲信号由模拟形式转换为数字形式的β电脉冲信号；第一数据采集单元，与所述快速模数转换器连接，用于采集并记录数字形式的β电脉冲信号的基线数据、脉冲幅度以及接收到所述数字形式的β电脉冲信号的第一时刻；第一多道分析器，与所述第一数据采集单元连接，用于根据所述数字形式的β电脉冲信号的脉冲幅度生成β谱线；慢速模数转换器，与所述前置放大器的输出端连接，所述快速模数转换器与所述慢速模数转换器的时钟同步，所述慢速模数转换器用于将处理后的γ电脉冲信号由模拟形式转换为数字形式的γ电脉冲信号；第二数据采集单元，与所述慢速模数转换器连接，用于采集并记录数字形式的γ电脉冲信号的基线数据、脉冲幅度以及接收到所述数字形式的γ电脉冲信号的第二时刻；第二多道分析器，与所述第二数据采集单元连接，用于根据所述数字形式的γ电脉冲信号的脉冲幅度生成γ谱线；时间比较模块，与所述第二数据采集单元和所述第一数据采集单元连接，用于比较所述第一时刻和所述第二时刻的大小，在所述第一时刻和所述第二时刻满足以下公式时，判断发生β衰变和γ衰变的级联衰变：tγ-Δt＜tβ＜tγ，其中，tγ为所述第二时刻；tβ为所述第一时刻；Δt为时间窗宽度；所述计算设备，包括：刻度校准模块，用于将所述γ谱线转换为该γ谱线道址对应的能量；活度计算模块，用于在发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与γ谱线道址对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值，其中，该预设条件为EI-ΔE＜Eγ＜EI+ΔE，其中，所述EI为该放射性惰性气体核素的特征能量，Eγ为γ谱线道址对应的能量，ΔE为预设能量波动值。在一个实施例中，所述活度计算模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种放射性惰性气体的测量装置，其特征在于，包括：信号探测设备，用于检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生β衰变产生的β电脉冲信号，检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生γ衰变产生的γ电脉冲信号；信号采集处理设备，与所述信号探测设备连接，用于实时采集所述β电脉冲信号和所述γ电脉冲信号，根据所述β电脉冲信号和所述γ电脉冲信号判断是否发生了β衰变和γ衰变的级联衰变，根据所述γ电脉冲信号生成γ谱线；计算设备，与所述信号采集设备连接，用于在发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与所述γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值。

【技术特征摘要】
1.一种放射性惰性气体的测量装置，其特征在于，包括：信号探测设备，用于检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生β衰变产生的β电脉冲信号，检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生γ衰变产生的γ电脉冲信号；信号采集处理设备，与所述信号探测设备连接，用于实时采集所述β电脉冲信号和所述γ电脉冲信号，根据所述β电脉冲信号和所述γ电脉冲信号判断是否发生了β衰变和γ衰变的级联衰变，根据所述γ电脉冲信号生成γ谱线；计算设备，与所述信号采集设备连接，用于在发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与所述γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值。2.如权利要求1所述的放射性惰性气体的测量装置，其特征在于，所述信号探测设备，包括：测量室，所述测量室为封闭腔体，所述测量室的侧壁的内侧设置有光导层，所述测量室的侧壁上设置有入口管道和出口管道；抽气设备，与所述出口管道连接，在所述抽气设备启动时，待测试气体样品由所述入口管道进入所述测量室；β探测晶体，所述β探测晶体设置在所述光导层上，用于在所述测量室内的待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生β衰变产生β射线时，所述β探测晶体与β射线相互作用产生β光脉冲信号；所述光导层，用于传输所述β光脉冲信号；第一光电倍增管，所述第一光电倍增管的第一端设置在所述测量室的侧壁内与所述光导层连接，所述第一光电倍增管的第二端延伸到所述测量室的侧壁外，用于接收所述光导层传输的所述β光脉冲信号，将所述β光脉冲信号转换为β电脉冲信号；γ探测晶体，所述γ探测晶体设置在所述测量室的腔体内，用于在所述测量室内的待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生γ衰变产生γ射线时，所述γ探测晶体与γ射线相互作用产生γ光脉冲信号；第二光电倍增管，所述第二光电倍增管的第一端与所述γ探测晶体连接，所述第二光电倍增管的第二端延伸到所述测量室的侧壁外，用于接收所述γ光脉冲信号，将所述γ光脉冲信号转换为γ电脉冲信号；前置放大器，所述前置放大器的输入端与所述第二光电倍增管的第二端连接，用于对所述γ电脉冲信号进行放大处理。3.如权利要求2所述的放射性惰性气体的测量装置，其特征在于，所述信号探测设备，还包括：反射层、遮光层以及屏蔽层，由内向外依次设置在所述光导层的外侧。4.如权利要求2至3中任一项所述的放射性惰性气体的测量装置，其特征在于，所述信号采集处理设备，包括：快速模数转换器，与所述第一光电倍增管的第二端连接，用于将所述β电脉冲信号由模拟形式转换为数字形式的β电脉冲信号；第一数据采集单元，与所述快速模数转换器连接，用于采集并记录数字形式的β电脉冲信号的基线数据、脉冲幅度以及接收到所述数字形式的β电脉冲信号的第一时刻；第一多道分析器，与所述第一数据采集单元连接，用于根据所述数字形式的β电脉冲信号的脉冲幅度生成β谱线；慢速模数转换器，与所述前置放大器的输出端连接，所述快速模数转换器与所述慢速模数转换器的时钟同步，所述慢速模数转换器用于将处理后的γ电脉冲信号由模拟形式转换为数字形式的γ电脉冲信号；第二数据采集单元，与所述慢速模数转换器连接，用于采集并记录数字形式的γ电脉冲信号的基线数据、脉冲幅度以及接收到所述数字形式的γ电脉冲信号的第二时刻；第二多道分析器，与所述第二数据采集单元连接，用于根据所述数字形式的γ电脉冲信号的脉冲幅度生成γ谱线；时间比较模块，与所述第二数据采集单元和所述第一数据采集单元连接，用于比较所述第一时刻和所述第二时刻的大小，在所述第一时刻和所述第二时刻满足以下公式时，判断发生β衰变和γ衰变的级联衰变：tγ-Δt＜tβ＜tγ其中，tγ为所述第二时刻；tβ为所述第一时刻；Δt为时间窗宽度；所述计算设备，包括：刻度校准模块，用于将所述γ谱线转换为该γ谱线道址对应的能量；活度计算模块，用于在发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与γ谱线道址对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值，其中，该预设条件为EI-ΔE＜Eγ＜EI+ΔE，其中，所述EI为该放射性惰性气体核素的特征能量，Eγ为γ谱线道址对应的能量，ΔE为预设能量波动值。5.如权利要求4所述的放射性惰性气...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宏坤，黄子瀚，曾心苗，王戈，牟长利，殷荫，
申请(专利权)人：北京市射线应用研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11