一種基于多絲正比室氣態氚測量方法和系統技術方案

本發明專利技術提供了一種基于多絲正比室氣態氚測量方法和系統，步驟包括：A.排氣裝置排除多絲正比室內部空氣，氣壓測量裝置監測多絲正比室內部氣壓；B.抽氣裝置抽取含氣態氚空氣樣本，與工作氣體按一定比例通過氣體混合裝置混合后輸出到氣體凈化裝置；C.通過氣體凈化裝置凈化后經電磁閥輸入到多絲正比室；D.多絲正比室陽極絲接正高壓，進入多絲正比室的氣態氚衰變產生的β射線電離工作氣體，在高壓電場作用下發生雪崩放大并輸出脈沖信號，由數據獲取系統獲取并識別，從而實現氣態氚的測量。該方法能克服現有氣態氚測量方法存在的缺陷，如測量工作效率、精度、靈敏度等問題，能準確實現環境氣態氚的測量，滿足現有涉氚環境氣態氚測量的迫切需求。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及核輻射探測領域，具體涉及輻射防護領域中環境氣態氚的探測方法和系統。
技術介紹
人類發現氫的同位素一氚，還不足百年的歷史，從1965年以后，氚才進入大規模的生產活動當中。氚在醫學、科學研究、工業尤其核工業領域有多方面的應用，特別是作為核聚變反應的主要輕質材料，氚是制造聚變核武器不可缺少的核材料。氚是氫唯一的放射性同位素，具有很強的滲透性。氚接觸任何一種材料都會滲入其中，并在一定時間以一定的滲透率穿過材料。由于氣極易溶于水，從氣設施內氣工藝系統、氣容器閥門及手套箱中滲入空氣的微量氚以HT、T2狀態存在，它們被氧化后，可轉變成ΗΤΟ、T20狀態。由于核設施內部氚部件產生的氚滲透、工藝管線表面氚污染、含氚廢氣排放、通風換氣及含氚粉塵擴散等均能導致人工氚向自然界擴散，形成大氣污染，并隨大氣流動，在氚設施附近的局部區域可形成氚濃度高的煙羽區。在氚設施附近區域內的環境大氣氚濃度與天然本底有顯著區別。伴隨著核工業的快速發展，裂變反應堆、熱核材料氚生產和回收設施，以及核燃料后處理廠是現役核設施生成和釋放氚的主要方式。氚設施及相關生產活動進行的過程中，低濃度的含氚廢氣和廢水會排放到環境中。環境中的氚，除通過空氣和水直接被人攝取外，還可被植物和動物吸收,并經由這些動植物食品傳輸到人體內，從而照成內輻射。因此,如何有效監測環境中的氣態氚濃度，成為氚輻射防護的熱點問題。為了最大程度的避免工作人員通過呼吸道、皮膚接觸等方式接觸到放射性物質，需要及時監測環境中的氣態氚濃度。自從1934年發現氚以來，對于氚的研究、開發從未停止，相應的監測防護技術也從未停止。但是由于氣態氚的流動性、擴散性以及放射性，對氣態氚儀器或者相應方法的要求相對比較高，需要一種高效率、穩定性好、并且具有較低本底的測量系統。一些發達國家開始進行輻射防護及相關測量方法的研究工作。在美國，20世紀50年代，氚的生產與處理過程中輻射防護的重點是保障操作人員的安全，而70年代開始，除氚系統逐漸被廣泛使用，從而使氚向環境大氣的排放量大幅度降低。同時，國外相關研究單位也在氚的監測儀器的開發方面做了大量工作。如英國Tyne公司在復雜機械系統設計以及氚治理領域有超過20年的經驗，開發了 lOOOcc電離室、后端的儀器部分及表面污染測量儀等。法國SDEC公司研制的MARC7000采用正比計數管作為探測器，可實現對空氣中全氚的連續監測。德國Berthold公司生產的LB124便攜式表面污染探測儀可對α，β和Y的表面污染進行同時測量，廣泛使用于探測地板，墻體，桌子，物體，衣物，皮膚等的表面污染。而日本、俄羅斯等國早在80年代進行了氣態、液態氚測量方法的研究。隨著中國核事業的穩步推進，核反應堆、核電站、ITER計劃等的工作環境中會存在不同程度的氣態氚廢氣，中國工程物理研究院、中國輻射防護院、原子能科學技術研究院等重點單位近年來對不同環境下氚的相關處理技術進行了大量的基礎性研究。我國氚監測的技術研究工作始于60年代，當時的重點是核設施內廠房空氣與生產下水中氚的監測及對工作人員的安全防護。境氚監測的最早報道見于70年代末期，80年代由于幾次全國規模的環境放射性水平調查得以重視和發展。最早在現場投入使用的是中國原子能院研制的5L半圓形流氣式差分電離室，測量室與補償室完全對稱結合構成一個圓柱體形的雙電離室。70年代初，西安核儀器廠研制出我國第一臺全晶體管化的電容式靜電計。在水中氚的監測方面，原子能院與西安核儀器廠聯合研制成功我國第一臺FJ-353雙道液體閃爍計數器。中 國工程物理研究院官銳等在《產氚回路中氚的在線監測研究》中描述了一套產氚回路中氚的在線監測裝置一流氣式正比計數系統。氚的比活度 356TBq/g，它是純β輻射體，其射線的最大能量為18. 6keV，平均能量為5. 67keV，半衰期12. 35年，在水中的最大射程69um，平均射程O. 6um，在空氣中的最大射程約5mm，由于β射線與物質相互作用的彈性散射，其路程最大可約為20mm，一般的β輻射探測器難于探測，同時環境中氣態氚放射出的β粒子能量相對較低，容易受到天然Y射線及宇宙射線的干擾，有必要在測量過程中有效甄別其它形式的輻射或其它放射性核素，設計一種能夠提高低能β探測效率的氣態氚濃度測量系統。6(Γ70年代，為適應我國核工業發展的需要，雖然我國的氚防護與監測技術獲得了很大發展，成功地研制出一批氚監測與刻度裝置，滿足了當時的現場測量要求。但應當看到，特別80年代以后，在氚現場防護監測技術方面，如高靈敏度氚監測儀，用于裂變堆監測的可甄別惰性氣體的實時氚監測儀以及可甄別測量HTO — HT的實時氚監測儀的研制，以及氚監測系統的配套方面，與世界先進水平相比，有較大差距。目前測量氣態氚主要采用流氣式差分電離室、正比計數管、液體閃爍體測量等方法，其中用長度補償法的內充氣式正比計數管，是國際公認準確度最高的氣體放射性活度絕對測量裝置。對于采用流氣式差分電離室測氚方法，被測空氣迅速抽入通過離子捕集器，然后進入測量室，通過測量產生的微弱電流來實現氚的測量。對于測氚電離室來講，一個重要的問題是由于環境Y外輻射以及宇宙射線所產生的本底。通過差分補償方式雖然降低環境Y本底的干擾，但對于宇宙射線的干擾，尚未有效進行有效的研究。同時，由于氚衰變產生的β射線的能量很弱，電離產生的離子-電子對數量極少,對于電離室來說,氚電離產生的電流極微弱，很難被后續電路探測，其探測下限會受到一定影響，因此其只能適合一些高濃度氣態氚測量的環境。液體閃爍體測量方法是將空氣中的氣態氚通過收集累積采樣、電解收集濃縮、液閃測量等步驟，并能得到較好的探測下限。空氣中低濃度HTO很容易使用液閃計數器測量，但關鍵在于如何有效地把空氣中的HTO轉移至閃爍液中，其操作過程復雜，如果操作不當，容易對操作者照成輻射污染，加之閃爍液的成本高，通常是一次性使用，在測量完畢后，需要進行特殊處理，這都對實際工作帶來了諸多不便。同時也容易受環境Y本底以及宇宙射線本底的影響，因此液體閃爍體測量方法也受到一定的限制。由于氚β衰變產生的β射線主要為低能射線，而低能的β射線與物質相互作用時,其主要的能量損失為電離和激發,其初始電離比度約可達到7700對離子對，這對氚的探測是極其有利的。基于氚的這一性質，從系統的探測效率和操作簡易度考慮，科學家研究了利用正比計數器進行低能β探測的理論，利用該氣體探測器探測到氚衰變放射出β粒子的百分率可以高達85、0%，能夠快速、便捷、高效地實現環境中氣態氚濃度的測量。雖然正比計數管體積小，探測效率高，對某些形式的氚如HT可有較高的探測靈敏度。但正比計數器要工作在相應的工作氣體中，當其中混入過多的含氚環境空氣時，會影響其探測性能，因此只能在工作氣體中混入一定比例的含氚環境空氣，實驗研究表明，含氚環境的空氣在正比計數器工作氣體中所占比值小于1%時，基本上不會對探測器探測性能照 成影響。這必然影響正比計數器的有效氣體探測體積，從而影響探測靈敏度。1968年，恰帕克等人在歐洲粒子物理研究中心(CERN)研制出第一臺多絲正比室(MWPC),實現了氣體探測器在粒子徑跡測量技術上的突破。經過幾十年的發展，多絲正比室具有計數率高、位置分辨精度高、靈敏探測體積大等特點，它本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于多絲正比室氣態氚測量方法和系統，其特征在于，方法具體步驟包括：A.通過排氣裝置排除多絲正比室內部空氣，氣壓測量裝置監測多絲正比室內部氣壓；B.通過抽氣裝置抽取含氣態氚空氣樣本，與工作氣體按固定比例通過氣體混合裝置混合后輸出到氣體凈化裝置；C.通過氣體凈化裝置凈化后經電磁閥輸入到多絲正比室；D.多絲正比室陽極絲連接正高壓，進入多絲正比室的氣態氚衰變產生的β射線電離工作氣體，在高壓電場作用下發生雪崩放大并輸出脈沖信號，由數據獲取系統獲取；E.數據獲取系統通過符合信號消除法消除宇宙射線干擾來識別信號有效性，從而實現氣態氚的測量；系統具體包括：被測環境氣態氚、抽氣裝置、工作氣體、氣體混合裝置、氣體凈化裝置、電磁氣閥、多絲正比室、數據獲取系統、氣壓測量裝置及高壓裝置；抽氣裝置進氣口連接被測環境氣態氚，出氣口與氣體混合裝置進氣口相連；工作氣體輸入到氣體混合裝置進氣口；氣體混合裝置出氣口與氣體凈化裝置進氣口相連；氣體凈化裝置出氣口經電磁氣閥與多絲正比室進氣口相連；多絲正比室出氣口經電磁氣閥排氣裝置相連；多絲正比室信號輸出端與數據獲取系統相連；氣壓測量裝置及高壓裝置與多絲正比室相連。

【技術特征摘要】
1.一種基于多絲正比室氣態氚測量方法和系統，其特征在于，方法具體步驟包括A.通過排氣裝置排除多絲正比室內部空氣，氣壓測量裝置監測多絲正比室內部氣壓；B.通過抽氣裝置抽取含氣態氚空氣樣本，與工作氣體按固定比例通過氣體混合裝置混合后輸出到氣體凈化裝置；C.通過氣體凈化裝置凈化后經電磁閥輸入到多絲正比室；D.多絲正比室陽極絲連接正高壓，進入多絲正比室的氣態氚衰變產生的β射線電離工作氣體，在高壓電場作用下發生雪崩放大并輸出脈沖信號，由數據獲取系統獲取；Ε.數據獲取系統通過符合信號消除法消除宇宙射線干擾來識別信號有效性，從而實現氣態氚的測量；系統具體包括被測環境氣態氚、抽氣裝置、工作氣體、氣體混合裝置、氣體凈化裝置、電磁氣閥、多絲正比室、數據獲取系統、氣壓測量裝置及高壓裝置；抽氣裝置進氣口連接被測環境氣態氚，出氣口與氣體混合裝置進氣口相連；工作氣體輸入到氣體混合裝置進氣口 ；氣體混合裝置出氣口與氣體凈化裝置進氣口相連；氣體凈化裝置出氣口經電磁氣閥與多絲正比室進氣口相連；多絲正比室出氣口經電磁氣閥排氣裝置相連；多絲正比室信號輸出端與數據獲取系統相連；氣壓測量裝置及高壓裝置與多絲正比室相連。2.根據權利要求I所述的一種基于多絲正比室氣態氚測量方法和系統，其特征在于所述的被測環境氣態氚為核設施內部氚部件產生的氚滲透、工藝管線表面氚污染、含氚廢氣排放、通風換氣及含氚粉塵擴散導致人工氚向自然界擴散，滲入空氣的微量氚以ΗΤ、Τ2狀態存在的氣態氚。3.根據權利要求I所述的一種基于多絲正比室氣態氚測量方法和系統，其特征在于所述的抽氣裝置是通過真空氣泵將被測環境含氣態氚空氣經氣體混合裝置、氣體凈化裝置、電磁氣閥抽取到多絲正比室探測器內部。4.根據權利要求I所述的一種基于多絲正比室氣態氚測量方法和系統，其特征在于所述的氣體混合裝置包含多組氣體輸入端口和一組混合氣體輸出端口以及各路氣體輸入流量控制單元，使輸入的各組氣體按一定組分比例和流量輸出。5.根據權利要求I所述的一種基于多絲正比室氣態氚測量方法和系統，其特征在于所述的氣體凈化裝置，在靠近氣體凈化裝置的進氣口(I)和出氣口(4)各安裝一片微孔濾膜(3)，濾除空氣中的微粒物，在進氣口和微孔濾膜之間、出氣口和微孔濾膜之間以及兩個微孔濾膜之間都留有氣體緩沖腔(2 )。6.根據權利要求I所述的一種基于多絲正比室氣態氚測量方法和系統，其特征在于所述的高壓裝置的輸出高壓通過高壓RC濾波模塊與多絲正比室陽極絲(6)相連接。7.根據權利...

【專利技術屬性】
技術研發人員：丁衛撐，成毅，周建斌，黃洪全，楊勇，王敏，其他發明人請求不公開姓名，
申請(專利權)人：成都理工大學，
類型：發明
國別省市：