一种常温移动式氙取样预浓集系统、方法及其应用技术方案

本发明专利技术公开了一种常温移动式氙取样预浓集系统、方法及其应用，该系统包括三个模块：取样模块、纯化模块和预浓集模块。该系统实现了小型化、模块化，单套或多套系统能够快速搭建在一个移动平台上，机动灵活，取样区域覆盖宽广。本发明专利技术的氙取样预浓集方法能够在常温条件下，采用不同的取样模式满足不同取样时间和不同取样总量的需求，且具有运行成本低，操作简单，氙的预浓集效果好的特点。氙的预浓集效果好的特点。氙的预浓集效果好的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种常温移动式氙取样预浓集系统、方法及其应用


[0001]本专利技术属于监测取样
，具体涉及一种常温移动式氙取样预浓集系统、方法及其应用。

技术介绍

[0002]现有的放射性氙同位素的取样技术主要有地下取样、空中取样和地表取样三种方式。地下取样，是采集指定现场的土壤以下的气体样品，但是由于种种原因，监测系统很难进行现场原位取样监测，也难以取到有价值的短寿命裂变产物。空中取样，是指在大气输运模拟计算的支撑下，到达指定位置，获得有效的样品，空中取样所取样品包含的信息量大，且具备快速取样及分析的能力，但是空中取样对取样系统要求高，需要其满足载机平台的各项苛刻要求。地表取样，是采集地表空气样品，属于远距离监测，地表取样受限于风向，获取有价值的短寿命裂变产物具有一定的不确定性。地表取样分为低温取样和常温取样，它们各有优缺点，低温取样的收集效率高，速度快，但是不利于野外作业，常温取样操作简单、方便，更有利于野外作业，但是体积和重量比低温取样的大，电功率也相应增加。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术旨在提供一种常温移动式氙取样预浓集系统、方法及其应用。具体采取如下技术方案：一种常温移动式氙取样预浓集系统，其特征在于，所述氙取样预浓集系统包括依次连接的取样模块、纯化模块及预浓集模块；所述取样模块是指完成系统取样功能的模块，包括空压机B1，空压机B1进气口前端加装有能够过滤空气样品中颗粒状物质的过滤器，空压机B1出气口后端安装有空气样品干燥部件；所述纯化模块是指完成系统纯化功能的模块，包含纯化柱C1、质量流量控制器F1和F2、压力传感器P1、管道和阀门V1、V2、V3、V4、V5和V6，其中，质量流量控制器F2的前端与空压机B1出气口后端的空气样品干燥部件相连，质量流量控制器F2的后端与阀门V2的一端相连，阀门V2的另一端与第一T型头连接，第一T型头的另外两端分别连接靠近阀门V1的第二T型头的一端和阀门V3，第二T型头的另外两端分别连接阀门V1和预浓集模块的阀门V7，阀门V1的另一端连接质量流量控制器F1的出口端，质量流量控制器F1的进口端连接外接的高纯氮气，阀门V3的另一端与第三T型头相连，第三T型头的另外两端分别连接压力传感器P1和纯化柱C1的进口端，纯化柱C1的出口端连接阀门V4，阀门V4的另一端与第四T型头相连，第四T型头的另外两端分别连接阀门V5和V6，阀门V5的另一端与预浓集模块靠近阀门V8的第六T型头的一端相连，阀门V6的另一端直接放空；所述预浓集模块是指完成系统预浓集功能的模块，包含预浓集柱C2、质量流量控制器F3、压力传感器P2、压力传感器P3、管道和阀门V7、V8、V9、V10、V11和V12，外接的高纯氦气与质量流量控制器F3的进口端相连，质量流量控制器F3的出口端与阀门V12相连，阀门V12的另一端与第五T型头的一端相连，第五T型头的另外两端分别连接阀门V7和第六T型头的一端，第六T型头的另外两端分别连接阀门V8和纯化模块的阀门V5，阀门V8的另一端与第七T型头相
连，第七T型头的另外两端分别连接压力传感器P2和预浓集柱C2的进口端，预浓集柱C2的出口端与第八T型头的一端相连，第八T型头的另外两端分别连接压力传感器P3和阀门V9，阀门V9的另一端与第九T型头相连，第九T型头的另外两端分别连接阀门V10和V11，阀门V10的另一端与外部的分离纯化系统相连，阀门V11的另一端直接放空；所述氙取样预浓集系统搭建于移动平台上，组成了三条气路，第一条气路为取样气路，由空压机B1在取样区域抽取大气样品，依次流经纯化模块的质量流量控制器F2、阀门V2、V3、压力传感器P1、常温的纯化柱C1、阀门V4和V5， 预浓集模块的阀门V8、压力传感器P2、常温的预浓集柱C2、压力传感器P3、阀门V9和V11，非氙气体组分直接排空；第二条气路是预浓集样品的解吸气路，由外接的高纯氦气以一定的流量，依次流经预浓集模块的质量流量控制器F3、阀门V12、V8、压力传感器P2、处于解吸温度的预浓集柱C2、压力传感器P3、阀门V9和V10，由外部的分离纯化系统再次收集氙样品；第三条气路是通气加热活化再生气路，由外接的高纯氮气以一定的流量，依次流经纯化模块的质量流量控制器F1、阀门V1后，分为两条支路：一条支路是纯化柱C1的通气加热活化再生气路，高纯氮气从阀门V1出来后，依次流经纯化模块的阀门V3、压力传感器P1、加热的纯化柱C1、阀门V4和V6，最后直接排空；另一条支路是预浓集柱C2的通气加热活化再生气路，高纯氮气从阀门V1出来后，依次流经预浓集模块的阀门V7、V8、压力传感器P2、加热的预浓集柱C2、压力传感器P3、阀门V9和V11，最后直接排空，所述通气加热活化再生气路的两条支路可以并行，也可以单独进行。该预浓集模块用于常温条件下对空气样品中的氙进行预浓集，通过非氙气体的大量排放，提高空气样品中氙的浓度。本专利技术小型化、可模块化的常温移动式氙取样预浓集系统能够单套或多套地快速搭建在一个移动平台上，机动灵活，取样区域覆盖宽广；在常温条件下，采用不同的取样模式满足不同取样时间和不同取样总量的需求，完成对立方米量级空气样品中氙的快速取样、纯化和预浓集，且具有运行成本低，操作简单，氙的预浓集效果好的特点。
[0004]进一步，所述取样模块中的空压机B1的空载速率不小于200L/min，出口压力稳定且不低于0.5MPa，以确保空气样品能持续稳定的以大流速依次通过纯化模块和预浓集模块，快速完成立方米量级空气样品的取样、纯化和预浓集；空压机B1进气口前端加装有能够过滤空气样品中可能存在的颗粒状物质的过滤器，防止空压机B1的堵塞，以确保空压机B1拥有持续稳定的供气能力；空压机B1出气口后端安装有能够干燥空气样品的部件，以减轻纯化模块的除水压力，有利于纯化模块的小型化。
[0005]进一步，所述纯化模块中，纯化柱C1为内装4A分子筛的不锈钢柱四根串联而成，以确保取到的立方米量级空气样品中的水基本除去，且4A分子筛的装填量最优，有利于系统的小型化，以及纯化柱C1活化再生时所需加热电功率的减少。
[0006]进一步，所述预浓集模块中，预浓集柱C2为内装碳分子筛的不锈钢柱四根串联而成，以确保取到的立方米量级空气样品中的氙被完全吸附在预浓集柱C2上，且碳分子筛的装填量最优，有利于系统的小型化，以及预浓集柱C2活化再生或加热解吸时所需加热电功率的减少，还能节约加热解吸时流洗气的体积和所需的时间。
[0007]进一步，所述纯化模块中的纯化柱C1与所述预浓集模块中的预浓集柱C2泄漏率小于1
×
10
‑
8 Pa
·
m3/s，以确保空气样品中氙的损失率最低；最大工作压力0.5MPa，以确保大流速的空气样品安全通过。
[0008]进一步，所述纯化模块和所述预浓集模块还包含温度传感器和加热圈，所述温度
传感器为铠装热电偶，密封于一根插在纯化柱C1或预浓集柱C2柱体中间的盲管内，盲管插入柱体内的端口为完全密闭状态，以确保测到的温度为纯化柱C1或预浓集柱C2柱内柱材料的真实温度，有利于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种常温移动式氙取样预浓集系统，其特征在于，所述氙取样预浓集系统包括依次连接的取样模块（1）、纯化模块（2）及预浓集模块（3）；所述取样模块（1）是指完成系统取样功能的模块，包括空压机B1，空压机B1进气口前端加装有能够过滤空气样品中颗粒状物质的过滤器，空压机B1出气口后端安装有空气样品干燥部件；所述纯化模块（2）是指完成系统纯化功能的模块，包含纯化柱C1、质量流量控制器F1和F2、压力传感器P1、管道和阀门V1、V2、V3、V4、V5和V6，其中，质量流量控制器F2的前端与空压机B1出气口后端的空气样品干燥部件相连，质量流量控制器F2的后端与阀门V2的一端相连，阀门V2的另一端与第一T型头连接，第一T型头的另外两端分别连接靠近阀门V1的第二T型头的一端和阀门V3，第二T型头的另外两端分别连接阀门V1和预浓集模块（3）的阀门V7，阀门V1的另一端连接质量流量控制器F1的出口端，质量流量控制器F1的进口端连接外接的高纯氮气，阀门V3的另一端与第三T型头相连，第三T型头的另外两端分别连接压力传感器P1和纯化柱C1的进口端，纯化柱C1的出口端连接阀门V4，阀门V4的另一端与第四T型头相连，第四T型头的另外两端分别连接阀门V5和V6，阀门V5的另一端与预浓集模块（3）靠近阀门V8的第六T型头的一端相连，阀门V6的另一端直接放空；所述预浓集模块（3）是指完成系统预浓集功能的模块，包含预浓集柱C2、质量流量控制器F3、压力传感器P2、压力传感器P3、管道和阀门V7、V8、V9、V10、V11和V12，外接的高纯氦气与质量流量控制器F3的进口端相连，质量流量控制器F3的出口端与阀门V12相连，阀门V12的另一端与第五T型头的一端相连，第五T型头的另外两端分别连接阀门V7和第六T型头的一端，第六T型头的另外两端分别连接阀门V8和纯化模块（2）的阀门V5，阀门V8的另一端与第七T型头相连，第七T型头的另外两端分别连接压力传感器P2和预浓集柱C2的进口端，预浓集柱C2的出口端与第八T型头的一端相连，第八T型头的另外两端分别连接压力传感器P3和阀门V9，阀门V9的另一端与第九T型头相连，第九T型头的另外两端分别连接阀门V10和V11，阀门V10的另一端与外部的分离纯化系统相连，阀门V11的另一端直接放空；所述氙取样预浓集系统搭建于移动平台上，组成了三条气路，第一条气路为取样气路，由空压机B1在取样区域抽取大气样品，依次流经纯化模块（2）的质量流量控制器F2、阀门V2、V3、压力传感器P1、常温的纯化柱C1、阀门V4和V5、预浓集模块（3）的阀门V8、压力传感器P2、常温的预浓集柱C2、压力传感器P3、阀门V9及阀门V11，非氙气体组分直接排空；第二条气路是预浓集样品的解吸气路，由外接的高纯氦气以一定的流量，依次流经预浓集模块（3）的质量流量控制器F3、阀门V12、V8、压力传感器P2、处于解吸温度的预浓集柱C2、压力传感器P3、阀门V9和V10，由外部的分离纯化系统再次收集氙样品；第三条气路是通气加热活化再生气路，由外接的高纯氮气以一定的流量，依次流经纯化模块（2）的质量流量控制器F1、阀门V1后，分为两条支路：一条支路是纯化柱C1的通气加热活化再生气路，高纯氮气从阀门V1出来后，依次流经纯化模块（2）的阀门V3、压力传感器P1、加热的纯化柱C1、阀门V4和V6，最后直接排空；另一条支路是预浓集柱C2的通气加热活化再生气路，高纯氮气从阀门V1出来后，依次流经预浓集模块（3）的阀门V7、V8、压力传感器P...

【专利技术属性】
技术研发人员：王茜，翁蔡平，侯建平，罗飞，郝樊华，古梅，张伟，田阔，刘强，龚有进，吴晓楠，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院核物理与化学研究所，
类型：发明
国别省市：