一种基于多丝正比室气态氚测量方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于多丝正比室气态氚测量方法和系统，步骤包括：A.排气装置排除多丝正比室内部空气，气压测量装置监测多丝正比室内部气压；B.抽气装置抽取含气态氚空气样本，与工作气体按一定比例通过气体混合装置混合后输出到气体净化装置；C.通过气体净化装置净化后经电磁阀输入到多丝正比室；D.多丝正比室阳极丝接正高压，进入多丝正比室的气态氚衰变产生的β射线电离工作气体，在高压电场作用下发生雪崩放大并输出脉冲信号，由数据获取系统获取并识别，从而实现气态氚的测量。该方法能克服现有气态氚测量方法存在的缺陷，如测量工作效率、精度、灵敏度等问题，能准确实现环境气态氚的测量，满足现有涉氚环境气态氚测量的迫切需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核辐射探测领域，具体涉及辐射防护领域中环境气态氚的探测方法和系统。
技术介绍
人类发现氢的同位素一氚，还不足百年的历史，从1965年以后，氚才进入大规模的生产活动当中。氚在医学、科学研究、工业尤其核工业领域有多方面的应用，特别是作为核聚变反应的主要轻质材料，氚是制造聚变核武器不可缺少的核材料。氚是氢唯一的放射性同位素，具有很强的渗透性。氚接触任何一种材料都会渗入其中，并在一定时间以一定的渗透率穿过材料。由于氣极易溶于水，从氣设施内氣工艺系统、氣容器阀门及手套箱中渗入空气的微量氚以HT、T2状态存在，它们被氧化后，可转变成ΗΤΟ、T20状态。由于核设施内部氚部件产生的氚渗透、工艺管线表面氚污染、含氚废气排放、通风换气及含氚粉尘扩散等均能导致人工氚向自然界扩散，形成大气污染，并随大气流动，在氚设施附近的局部区域可形成氚浓度高的烟羽区。在氚设施附近区域内的环境大气氚浓度与天然本底有显著区别。伴随着核工业的快速发展，裂变反应堆、热核材料氚生产和回收设施，以及核燃料后处理厂是现役核设施生成和释放氚的主要方式。氚设施及相关生产活动进行的过程中，低浓度的含氚废气和废水会排放到环境中。环境中的氚，除通过空气和水直接被人摄取外，还可被植物和动物吸收,并经由这些动植物食品传输到人体内，从而照成内辐射。因此,如何有效监测环境中的气态氚浓度，成为氚辐射防护的热点问题。为了最大程度的避免工作人员通过呼吸道、皮肤接触等方式接触到放射性物质，需要及时监测环境中的气态氚浓度。自从1934年发现氚以来，对于氚的研究、开发从未停止，相应的监测防护技术也从未停止。但是由于气态氚的流动性、扩散性以及放射性，对气态氚仪器或者相应方法的要求相对比较高，需要一种高效率、稳定性好、并且具有较低本底的测量系统。一些发达国家开始进行辐射防护及相关测量方法的研究工作。在美国，20世纪50年代，氚的生产与处理过程中辐射防护的重点是保障操作人员的安全，而70年代开始，除氚系统逐渐被广泛使用，从而使氚向环境大气的排放量大幅度降低。同时，国外相关研究单位也在氚的监测仪器的开发方面做了大量工作。如英国Tyne公司在复杂机械系统设计以及氚治理领域有超过20年的经验，开发了 lOOOcc电离室、后端的仪器部分及表面污染测量仪等。法国SDEC公司研制的MARC7000采用正比计数管作为探测器，可实现对空气中全氚的连续监测。德国Berthold公司生产的LB124便携式表面污染探测仪可对α，β和Y的表面污染进行同时测量，广泛使用于探测地板，墙体，桌子，物体，衣物，皮肤等的表面污染。而日本、俄罗斯等国早在80年代进行了气态、液态氚测量方法的研究。随着中国核事业的稳步推进，核反应堆、核电站、ITER计划等的工作环境中会存在不同程度的气态氚废气，中国工程物理研究院、中国辐射防护院、原子能科学技术研究院等重点单位近年来对不同环境下氚的相关处理技术进行了大量的基础性研究。我国氚监测的技术研究工作始于60年代，当时的重点是核设施内厂房空气与生产下水中氚的监测及对工作人员的安全防护。境氚监测的最早报道见于70年代末期，80年代由于几次全国规模的环境放射性水平调查得以重视和发展。最早在现场投入使用的是中国原子能院研制的5L半圆形流气式差分电离室，测量室与补偿室完全对称结合构成一个圆柱体形的双电离室。70年代初，西安核仪器厂研制出我国第一台全晶体管化的电容式静电计。在水中氚的监测方面，原子能院与西安核仪器厂联合研制成功我国第一台FJ-353双道液体闪烁计数器。中 国工程物理研究院官锐等在《产氚回路中氚的在线监测研究》中描述了一套产氚回路中氚的在线监测装置一流气式正比计数系统。氚的比活度 356TBq/g，它是纯β辐射体，其射线的最大能量为18. 6keV，平均能量为5. 67keV，半衰期12. 35年，在水中的最大射程69um，平均射程O. 6um，在空气中的最大射程约5mm，由于β射线与物质相互作用的弹性散射，其路程最大可约为20mm，一般的β辐射探测器难于探测，同时环境中气态氚放射出的β粒子能量相对较低，容易受到天然Y射线及宇宙射线的干扰，有必要在测量过程中有效甄别其它形式的辐射或其它放射性核素，设计一种能够提高低能β探测效率的气态氚浓度测量系统。6(Γ70年代，为适应我国核工业发展的需要，虽然我国的氚防护与监测技术获得了很大发展，成功地研制出一批氚监测与刻度装置，满足了当时的现场测量要求。但应当看到，特别80年代以后，在氚现场防护监测技术方面，如高灵敏度氚监测仪，用于裂变堆监测的可甄别惰性气体的实时氚监测仪以及可甄别测量HTO — HT的实时氚监测仪的研制，以及氚监测系统的配套方面，与世界先进水平相比，有较大差距。目前测量气态氚主要采用流气式差分电离室、正比计数管、液体闪烁体测量等方法，其中用长度补偿法的内充气式正比计数管，是国际公认准确度最高的气体放射性活度绝对测量装置。对于采用流气式差分电离室测氚方法，被测空气迅速抽入通过离子捕集器，然后进入测量室，通过测量产生的微弱电流来实现氚的测量。对于测氚电离室来讲，一个重要的问题是由于环境Y外辐射以及宇宙射线所产生的本底。通过差分补偿方式虽然降低环境Y本底的干扰，但对于宇宙射线的干扰，尚未有效进行有效的研究。同时，由于氚衰变产生的β射线的能量很弱，电离产生的离子-电子对数量极少,对于电离室来说,氚电离产生的电流极微弱，很难被后续电路探测，其探测下限会受到一定影响，因此其只能适合一些高浓度气态氚测量的环境。液体闪烁体测量方法是将空气中的气态氚通过收集累积采样、电解收集浓缩、液闪测量等步骤，并能得到较好的探测下限。空气中低浓度HTO很容易使用液闪计数器测量，但关键在于如何有效地把空气中的HTO转移至闪烁液中，其操作过程复杂，如果操作不当，容易对操作者照成辐射污染，加之闪烁液的成本高，通常是一次性使用，在测量完毕后，需要进行特殊处理，这都对实际工作带来了诸多不便。同时也容易受环境Y本底以及宇宙射线本底的影响，因此液体闪烁体测量方法也受到一定的限制。由于氚β衰变产生的β射线主要为低能射线，而低能的β射线与物质相互作用时,其主要的能量损失为电离和激发,其初始电离比度约可达到7700对离子对，这对氚的探测是极其有利的。基于氚的这一性质，从系统的探测效率和操作简易度考虑，科学家研究了利用正比计数器进行低能β探测的理论，利用该气体探测器探测到氚衰变放射出β粒子的百分率可以高达85、0%，能够快速、便捷、高效地实现环境中气态氚浓度的测量。虽然正比计数管体积小，探测效率高，对某些形式的氚如HT可有较高的探测灵敏度。但正比计数器要工作在相应的工作气体中，当其中混入过多的含氚环境空气时，会影响其探测性能，因此只能在工作气体中混入一定比例的含氚环境空气，实验研究表明，含氚环境的空气在正比计数器工作气体中所占比值小于1%时，基本上不会对探测器探测性能照 成影响。这必然影响正比计数器的有效气体探测体积，从而影响探测灵敏度。1968年，恰帕克等人在欧洲粒子物理研究中心(CERN)研制出第一台多丝正比室(MWPC),实现了气体探测器在粒子径迹测量技术上的突破。经过几十年的发展，多丝正比室具有计数率高、位置分辨精度高、灵敏探测体积大等特点，它本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多丝正比室气态氚测量方法和系统，其特征在于，方法具体步骤包括：A.通过排气装置排除多丝正比室内部空气，气压测量装置监测多丝正比室内部气压；B.通过抽气装置抽取含气态氚空气样本，与工作气体按固定比例通过气体混合装置混合后输出到气体净化装置；C.通过气体净化装置净化后经电磁阀输入到多丝正比室；D.多丝正比室阳极丝连接正高压，进入多丝正比室的气态氚衰变产生的β射线电离工作气体，在高压电场作用下发生雪崩放大并输出脉冲信号，由数据获取系统获取；E.数据获取系统通过符合信号消除法消除宇宙射线干扰来识别信号有效性，从而实现气态氚的测量；系统具体包括：被测环境气态氚、抽气装置、工作气体、气体混合装置、气体净化装置、电磁气阀、多丝正比室、数据获取系统、气压测量装置及高压装置；抽气装置进气口连接被测环境气态氚，出气口与气体混合装置进气口相连；工作气体输入到气体混合装置进气口；气体混合装置出气口与气体净化装置进气口相连；气体净化装置出气口经电磁气阀与多丝正比室进气口相连；多丝正比室出气口经电磁气阀排气装置相连；多丝正比室信号输出端与数据获取系统相连；气压测量装置及高压装置与多丝正比室相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于多丝正比室气态氚测量方法和系统，其特征在于，方法具体步骤包括A.通过排气装置排除多丝正比室内部空气，气压测量装置监测多丝正比室内部气压；B.通过抽气装置抽取含气态氚空气样本，与工作气体按固定比例通过气体混合装置混合后输出到气体净化装置；C.通过气体净化装置净化后经电磁阀输入到多丝正比室；D.多丝正比室阳极丝连接正高压，进入多丝正比室的气态氚衰变产生的β射线电离工作气体，在高压电场作用下发生雪崩放大并输出脉冲信号，由数据获取系统获取；Ε.数据获取系统通过符合信号消除法消除宇宙射线干扰来识别信号有效性，从而实现气态氚的测量；系统具体包括被测环境气态氚、抽气装置、工作气体、气体混合装置、气体净化装置、电磁气阀、多丝正比室、数据获取系统、气压测量装置及高压装置；抽气装置进气口连接被测环境气态氚，出气口与气体混合装置进气口相连；工作气体输入到气体混合装置进气口 ；气体混合装置出气口与气体净化装置进气口相连；气体净化装置出气口经电磁气阀与多丝正比室进气口相连；多丝正比室出气口经电磁气阀排气装置相连；多丝正比室信号输出端与数据获取系统相连；气压测量装置及高压装置与多丝正比室相连。2.根据权利要求I所述的一种基于多丝正比室气态氚测量方法和系统，其特征在于所述的被测环境气态氚为核设施内部氚部件产生的氚渗透、工艺管线表面氚污染、含氚废气排放、通风换气及含氚粉尘扩散导致人工氚向自然界扩散，渗入空气的微量氚以ΗΤ、Τ2状态存在的气态氚。3.根据权利要求I所述的一种基于多丝正比室气态氚测量方法和系统，其特征在于所述的抽气装置是通过真空气泵将被测环境含气态氚空气经气体混合装置、气体净化装置、电磁气阀抽取到多丝正比室探测器内部。4.根据权利要求I所述的一种基于多丝正比室气态氚测量方法和系统，其特征在于所述的气体混合装置包含多组气体输入端口和一组混合气体输出端口以及各路气体输入流量控制单元，使输入的各组气体按一定组分比例和流量输出。5.根据权利要求I所述的一种基于多丝正比室气态氚测量方法和系统，其特征在于所述的气体净化装置，在靠近气体净化装置的进气口(I)和出气口(4)各安装一片微孔滤膜(3)，滤除空气中的微粒物，在进气口和微孔滤膜之间、出气口和微孔滤膜之间以及两个微孔滤膜之间都留有气体缓冲腔(2 )。6.根据权利要求I所述的一种基于多丝正比室气态氚测量方法和系统，其特征在于所述的高压装置的输出高压通过高压RC滤波模块与多丝正比室阳极丝(6)相连接。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁卫撑，成毅，周建斌，黄洪全，杨勇，王敏，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
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