密封容器内氚浓度测量装置及其测量方法

摘要

本发明提供了一种密封容器内氚浓度测量装置，属于辐射防护与环境保护领域。所述测量装置为开放式电离室，使用开孔室壁替代传统流气式测氚电离室的密封室壁，含氚气体可通过自由扩散的方式进入电离室灵敏体积内部。所述测量方法是基于所述测量装置，将开放式电离室内置于密封容器内部，密封容器内含氚气体通过电离室开孔室壁自由扩散至电离室灵敏体积内，实现密封容器内氚浓度的实时测量。本发明将开放式电离室直接置于密封容器内进行测量，大大减小了由于动力取样系统所带来的氚的污染、泄露问题；开孔室壁的设计减小了电离室室壁面积，能有效降低由于电离室室壁对氚的吸附而产生的记忆效应。

说明书

技术领域

本发明属于辐射防护与环境保护技术领域，具体涉及一种密封容器内氚浓度的测量装置及其测量方法。适用于氚操作手套箱、二级容器及其它氚包容容器内氚浓度的实时测量。

背景技术

氚是氢的唯一放射性同位素，氚衰变发出的β射线最大能量为18.6keV，其平均能量为5.65keV。氚可能对包容材料产生腐蚀，或造成材料性能的退化（脆裂、老化）。而且，氚还能够经过吸入、食入和经完好皮肤渗入进入人体，被人体组织吸收并使之受到内照射危害，由于其放射性危害和它在环境中的特性，在辐射防护监测中，氚的监测日益受到重视。

氚的低能β粒子的穿透能力非常弱，在水中最大射程为6μm，在空气中最大射程仅为5mm，难以用普通的β探测器进行测量，所以要测量氚必须将含氚气体引入探测器的内部进行测量。

目前，针对密封容器（如手套箱、二级容器及其它氚包容容器）内氚浓度的实时测量主要是采用主动取样至电离室内实现测量，即通过抽气泵和抽气管道将待测容器内的含氚气体抽至电离室内进行测量。由于抽气系统的引入，抽气泵及抽气管道不可避免会由于氚的吸附而产生污染，不仅增加了放射性废物，抽气泵的引入还增加了氚泄露的风险。

发明内容

为了解决现有技术中抽气取样系统所带来的氚污染问题和消除潜在的氚泄露风险，并减小由于氚在电离室内壁吸附所产生的记忆效应对氚测量的影响，本发明提供一种密封容器内氚浓度测量装置，本发明的另一目的是提供一种密封容器内氚浓度的测量方法。无需动力取样装置，含氚气体可通过自由扩散进入测量装置（开放式电离室）内部实现氚浓度的实时测量。

本发明的工作原理是采用被动取样的开放式电离室直接测量密封容器内氚浓度，是采用开孔室壁代替传统电离室的密封室壁，含氚气体可通过自由扩散进入开放式电离室灵敏体积内。本发明的测量装置设置双层网壁，内层网壁作为高压电极，外层网壁可提供电磁屏蔽。在工作时，电离室内部将存在两部分电场，收集极和内层网壁之间的电场将用于收集电离离子，两层网壁之间的电场可有效消除氚的β射线在进入电离室之前所产生的电离离子。另外，为了进一步减少电离室内壁对氚的吸附，电离室内收集极、内层网壁及内部上下端面均做镀金处理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的密封容器内氚浓度测量装置，其特点是，所述密封容器内氚浓度测量装置包括螺帽、绝缘垫片、保护环、高压接线柱、绝缘上盖、绝缘件、支撑柱、外层网壁、内层网壁、收集极、绝缘帽、绝缘底盖、底座、顶盖。其连接关系为，所述的内层网壁设置在外层网壁内，在内层网壁中轴线上设置收集极；在内层网壁顶面设置有上端面，内层网壁底面设置有下端面，在下端面中心设置有绝缘帽；下端面下部设置有绝缘底盖，下端面嵌套在绝缘底盖内；所述的绝缘底盖下方设置有底座，绝缘底盖镶嵌在底座上；收集极的上端依次设置有绝缘件、绝缘垫片，绝缘件、绝缘垫片通过螺帽固定在收集极上；收集极的下端与绝缘帽连接；保护环位于绝缘件外侧；上端面上部设置有绝缘上盖，上端面通过螺钉嵌套在绝缘上盖内；高压接线柱透过绝缘上盖与上端面固定连接；所述绝缘上盖上部设置有顶盖，绝缘上盖镶嵌在顶盖内；内层网壁上端嵌套在上端面与绝缘上盖之间，内层网壁下端嵌套在下端面与绝缘底盖之间；外层网壁的上端套在顶盖上，下端套在底座上；外层网壁的外围设置有数根支撑柱，支撑柱的两端通过半密封螺帽分别与顶盖、底座固定连接；顶盖上设置有高压电缆头、信号电缆头；所述的收集极、外层网壁、内层网壁为同心结构。

所述的外层网壁与顶盖、底座之间为过盈配合；内层网壁上端与上端面、绝缘上盖为过盈配合；内层网壁下端与下端面、绝缘底盖之间为过盈配合；收集极上端与绝缘件为过盈配合；收集极下端与绝缘帽之间为过盈配合；保护环、绝缘上盖、绝缘件之间均为过盈配合。

所述的支撑柱的数量为4~8根。

所述的绝缘垫片、绝缘上盖、绝缘件、绝缘底盖材料均采用聚四氟乙烯；保护环、上端面、外层网壁、内层网壁、收集极、下端面材料均采用316L不锈钢。

所述的收集极、内层网壁内表面、上端面内表面及下端面内表面均为镀金处理。

 

本发明的密封容器中氚浓度测量方法包括以下步骤：

①. 测量电离室的饱和工作电压

保持密封容器内氚浓度、气体压强、气体温度不变，在电离室高压电极上加不同高压，测量电离室所收集到的电流，获得电离室的饱和电压区间，记为                                                ；

②. 测量电离室饱和电流

在电离室高压电极上加饱和工作电压，使电离室工作在饱和区，通过弱电流测量仪测量电离室收集到的饱和电流信号；

③. 密封容器中氚浓度C的计算

在测得电离室收集到的饱和电流后，密封容器中氚浓度通过以下公式计算：

                                        (1)

式中：

E－为氚的β射线的平均能量，单位eV，取5.65keV；

e－为电子电荷，单位1.6×10^-19C；

－为密封容器中气体的平均电离功，即在密封容器内气体中每产生一对离子所需要的平均能量，单位eV，对应于空气该值为36.0eV/离子对；

V－为电离室灵敏体积，单位m³。

将上述参数带入公式（1），得到密封容器内氚浓度值。

本发明的密封容器内氚浓度测量方法：采用有孔室壁代替密封室壁有效消除了抽气系统所带来的污染及泄露问题。本发明的密封容器内氚浓度测量装置的双层网壁设计有效消除了氚的β射线在进入电离室之前所产生的电离离子，提高了测量的准确性；内层网壁、收集极及上下端面的镀金处理有效减小了由于电离室内壁氚的吸附所产生的记忆效应对测量结果的影响。本发明完全满足密封容器（如手套箱、二级容器及其它氚包容容器）内氚浓度实时测量要求。

附图说明

图1为本发明的密封容器内氚浓度测量装置的结构示意图；

图中：1.螺帽  2.绝缘垫片  3.保护环  4.高压电缆  5.高压接线柱  6.上端面  7. 螺钉  8.绝缘上盖  9.绝缘组件  10.支撑柱  11.外层网壁  12.内层网壁  13.收集极  14.绝缘帽  15.下端面  16.绝缘底盖  17.半密封螺帽  18.底座  19.高压电缆头  20.信号电缆头  21.第一信号电缆  22.第二信号电缆  23.顶盖。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

图1为本发明的密封容器内氚浓度测量装置的结构示意图。在图1中，本发明的一种密封容器内氚浓度测量装置，包括螺帽1、绝缘垫片2、保护环3、高压接线柱5、绝缘上盖8、绝缘件9、支撑柱、外层网壁11、内层网壁12、收集极13、绝缘帽14、绝缘底盖16、底座18、顶盖23。其连接关系为，所述的内层网壁12设置在外层网壁11内，在内层网壁12中轴线上设置收集极13；在内层网壁12顶面设置有上端面6，内层网壁12底面设置有下端面15，在下端面15中心设置有绝缘帽1；下端面15下部设置有绝缘底盖16，下端面15嵌套在绝缘底盖16内；所述的绝缘底盖16下方设置有底座18，绝缘底盖16镶嵌在底座18上；收集极13的上端依次设置有绝缘件9、绝缘垫片2，绝缘件9、绝缘垫片2通过螺帽1固定在收集极13上；收集极13的下端与绝缘帽14连接；保护环3位于绝缘件9外侧；上端面6上部设置有绝缘上盖8，上端面6通过螺钉7嵌套在绝缘上盖8内；高压接线柱5透过绝缘上盖8与上端面6固定连接；所述绝缘上盖8上部设置有顶盖23，绝缘上盖8镶嵌在顶盖23内；内层网壁12上端嵌套在上端面6与绝缘上盖8之间，内层网壁12下端嵌套在下端面15与绝缘底盖16之间；外层网壁11的上端套在顶盖23上，外层网壁11的下端套在底座18上；外层网壁11的外围设置有六根支撑柱，支撑柱的上端通过半密封螺帽与顶盖23固定连接，支撑柱的下端通过半密封螺帽与底座18固定连接。顶盖23上设置有高压电缆头19、信号电缆头20；所述的收集极13、外层网壁11、内层网壁12为同心结构；信号电缆头20与收集极13通过第一信号电缆21连接；信号电缆头20与保护环3通过第二信号电缆22连接。

所述的外层网壁11与顶盖23、底座18之间为过盈配合；内层网壁12上端与上端面6、绝缘上盖8为过盈配合；内层网壁12下端与下端面15、绝缘底盖16之间为过盈配合；收集极13上端与绝缘件9为过盈配合；收集极13下端与绝缘帽14之间为过盈配合；保护环3、绝缘上盖8、绝缘件9之间均为过盈配合。

所述的绝缘垫片2、绝缘上盖8、绝缘件9、绝缘底盖16材料均采用聚四氟乙烯；保护环3、上端面6、外层网壁11、内层网壁12、收集极13、下端面15材料均采用316L不锈钢。

所述的收集极13、内层网壁12内表面、上端面6内表面及下端面15内表面均为镀金处理。

本实施例中，设置的支撑柱为6根，支撑柱10为其中一根。设置有12个半密封螺帽，半密封螺帽17为其中一个。设置有4个螺钉，螺钉7为其中一个。

实施例2

本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是，设置的支撑柱为4根。

本发明的密封容器中氚浓度的测氚方法，包括以下步骤：

①. 测量电离室的饱和工作电压

在本实例中，电离室灵敏体积为1L，实验中在(0V,1000V)范围内测量了电离室的饱和工作电压特性。测量结果表明，电离室的饱和工作电压区间为(150V,1000V)。

②. 测量电离室饱和电流

取电离室饱和工作电压，测量得到电离室饱和工作电流为nA。

③. 密封容器中氚浓度C的计算

根据公式（1），密封容器内氚浓度为：

从本实施例可以看出，使用本发明装置及其测量方法，可方便快速获得密封容器内氚浓度，无需动力取样装置。

本发明不限于该实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。