一种放射性气体和放射性气溶胶的在线监测系统及其方法

摘要

本发明涉及一种放射性气体和放射性气溶胶的在线监测系统，包括：采样测量装置，惰性气体腔室和抽气泵，该采样测量装置具有流通通道、用于沉积放射性气溶胶的滤纸和用于探测放射性气溶胶的放射性气溶胶探测器，滤纸设置于该流通通道的路径上，该放射性气溶胶探测器设置于滤纸的正上方；惰性气体腔室与采样测量装置的流通通道通过连接气管连通，惰性气体腔室内设置有用于探测放射性气体的放射性气体探测器；抽气泵与惰性气体腔室连通。本发明还提供一种在线监测方法。本发明利用放射性气溶胶探测器进行放射性气溶胶粒子的α、β射线的测量，利用放射性气体探测器进行放射性气体的β射线的测量，以完成放射性气体和放射性气溶胶的实时监测。

说明书

技术领域

本发明涉及辐射监测领域，具体涉及一种放射性气体和放射性气溶胶的 在线监测系统及其方法。

背景技术

在反应堆运行、放射性同位素生产和处理、核燃料制备、乏燃料后处理 以及放射性废物的处理和处置过程中将会产生以气态形式存在的⁴¹Ar、 ¹³³Xe、¹³⁵Xe和⁸⁵Kr等放射性气体及以粒子形式存在的⁶⁰Co、⁹⁰Sr、¹³⁷Cs、 ²³²Th、²³³U等放射性气溶胶，这些放射性气体、放射性气溶胶可能会污染工 作场所及大气环境，进而会影响人员与环境的辐射安全。

随着放射性监测技术的发展，近十几来一些核先进国家的核环境监测机 构，根据监测对象和目的，研制了不同类型的放射性气体和放射性气溶胶监 测仪供现场使用，但尚没有能够同时进行放射性气溶胶和放射性气体联合监 测的相关仪器，占地面积大。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的放射性气体和放射性气溶胶粒子需要分 别进行监测的问题，本发明旨在提供一种放射性气体和放射性气溶胶的在线 监测系统及其方法。

本发明提供的放射性气体和放射性气溶胶的在线监测系统，包括：采样 测量装置，惰性气体腔室和抽气泵，该采样测量装置具有流通通道、用于沉 积放射性气溶胶的滤纸和用于探测放射性气溶胶的放射性气溶胶探测器，所 述滤纸设置于该流通通道的路径上，该放射性气溶胶探测器设置于滤纸的正 上方；所述惰性气体腔室与所述采样测量装置的流通通道通过连接气管连通， 所述惰性气体腔室内设置有用于探测放射性气体的放射性气体探测器；所述 抽气泵与所述惰性气体腔室连通。

该采样测量装置还具有采样头和出气管，所述采样头的顶壁上设置有进 气口，采样头的底壁上设置有圆形通孔，出气管与圆形通孔连通形成流通通 道。

出气管与圆形通孔之间有狭缝，滤纸穿过该狭缝延伸，放射性气溶胶探 测器容置于采样头内。

该采样测量装置还具有与采样头密封连接的采样室，出气管贯穿该采样 室延伸并与连接气管连接。

该采样头为球形。

该在线监测系统还包括数据处理单元，所述数据处理单元与所述放射性 气溶胶探测器、所述放射性气体探测器和抽气泵通讯连接。

该在线监测系统还包括显示终端，所述显示终端与所述数据处理单元通 讯连接。

所述采样测量装置、惰性气体腔室、抽气泵、数据处理单元和所述显示 终端均设置于集成机柜上。

所述集成机柜的底部设置有滚轮。

本发明还提供一种上述的在线监测系统的在线监测方法，包括：在抽气 泵的作用下，负载有放射性气体和放射性气溶胶的流体进入采样测量装置的 流通通道，流体中的放射性气溶胶沉积在滤纸上，该沉积在滤纸上的放射性 气溶胶发射的α、β粒子被放射性气溶胶探测器所探测；以及负载有放射性气 体的流体通过连接气管进入惰性气体腔室，放射性气体发射的β粒子被放射 性气体探测器所探测。

本发明利用放射性气体能够穿透滤纸，而放射性气溶胶不能穿过滤纸的 区别，使用滤纸沉积测量场所的流体中的放射性气溶胶粒子，利用放射性气 溶胶探测器进行放射性气溶胶粒子的α、β射线的测量，从而得到放射性气溶 胶在流体中的含量，而放射性气体则穿过滤纸进入到惰性气体腔室内，利用 放射性气体探测器进行放射性气体的β射线的测量，从而得到放射性气体在流 体中的含量，以确保工作人员和环境的辐射安全。更进一步地，放射性气溶 胶探测器和放射性气体探测器的信号经数据处理单元进行集中采集、处理和 储存，并传送到显示终端进行显示，完成放射性气体和放射性气溶胶的实时 监测。

附图说明

图1是根据本发明的放射性气体和放射性气溶胶的在线监测系统的示意 图；以及

图2是根据本发明的放射性气体和放射性气溶胶的在线监测方法的流程 图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

图1示出了根据本发明的放射性气体和放射性气溶胶的在线监测系统， 其包括采样测量装置100、惰性气体腔室200、抽气泵300、数据处理单元400、 显示终端500、集成机柜600和滚轮700。其中，采样测量装置100、惰性气 体腔室200、抽气泵300、数据处理单元400和显示终端500均设置于集成机 柜600上。具体地，显示终端500嵌入集成机柜600的上方；采样测量装置 100固定于集成机柜600的上方及显示终端500的后侧；数据处理单元400嵌 入集成机柜600内，并位于采样测量装置100和显示终端500的下方；惰性 气体腔室200内嵌入集成机柜600内，并位于数据处理单元400的下方；抽 气泵300内嵌入集成机柜600并位于惰性气体腔室200的下方。如此，放射 性气体和放射性气溶胶的在线检测通过集成机柜600实现一体化。集成机柜 600的底部设置有滚轮700，从而便于该在线监测系统的移动，以便于进行移 动辐射检测。

该采样测量装置100具有流通通道101、滤纸102、放射性气溶胶探测器 103、采样头104、出气管105和采样室106。滤纸102用于沉积放射性气溶 胶，而放射性气溶胶探测器103用于探测沉积于滤纸102上的放射性气溶胶。 所述滤纸102设置于流通通道101的路径上，该放射性气溶胶探测器103设 置于滤纸102的正上方，容置于采样头104内。所述采样头104的顶壁上设 置有进气口104a，采样头104的底壁上设置有圆形通孔104b，出气管105与 圆形通孔104b连通形成流通通道101。出气管105与圆形通孔104b之间有狭 缝，滤纸102穿过该狭缝延伸。出气管105贯穿采样室106延伸并与连接气 管201连接。在本实施例中，该放射性气溶胶探测器103为离子注入硅探测 器，从而对滤纸上的放射性气溶胶进行α、β射线的测量。该离子注入硅探测 器可包括前置放大器，该前置放大器为本领域的常规技术手段，在此不赘述。 在本实施例中，该放射性气溶胶探测器103的采样头104采用球形结构设计， 通过球形的采样头对空气中的放射性气溶胶微粒进行收集，随着该容积式装 置内径的减小，在底部的横切面积达到最小，容积内部与外部会造成真空效 应，产生一定的压差，气流加速，从而加大吸入速度，增加流体收集效率。 实验表明，滤纸102在抽气泵300的采样流量从50L/min至100L/min之间的 过滤效率大于99.9％，确保放射性气体和放射性气溶胶的分离。

惰性气体腔室200与采样测量装置100的流通通道101通过连接气管201 连通，即负载有放射性气体和放射性气溶胶的流体先经过采样测量装置100 对放射性气溶胶微粒进行过滤后再通过该连接气管201进入惰性气体腔室 200。惰性气体腔室200内设置有用于探测放射性气体的放射性气体探测器 202。在本实施例中，该放射性气体探测器202为主从塑料闪烁体探测器，从 而利用反符合测量技术克服γ射线的干扰，实现对放射性气体的β射线的测量， 该具体的利用放射性气体探测器202进行放射性气体的β射线测量的系统可参 见专利申请201410455841.1，其通过引用整体合并于此。

抽气泵300与惰性气体腔室200连通，从而确保流体主动地依次进入采 样测量装置100和惰性气体腔室200。在本实施例中，该抽气泵为VTE真空 泵。为了对放射性气溶胶和放射性气体进行准确测量，负载有放射性气体和 放射性气溶胶的流体的流量优选在30-100L/min左右，而滤纸的存在会对气体 流量存在一定的影响，为了达到100L/min的流量，抽气泵300的空载流量优 选为150L/min。

数据处理单元400与放射性气溶胶探测器103、放射性气体探测器202和 抽气泵300通讯连接。该数据处理单元400采用现场可编程门阵列(FPGA) 技术实现放射性气体和放射性气溶胶数据的采集、储存和处理。

显示终端500与所述数据处理单元400通讯连接，实现放射性气体和放 射性气溶胶的监测数据的实时显示。

图2示出了根据本发明的放射性气体和放射性气溶胶的在线监测方法， 包括：在抽气泵的作用下，负载有放射性气体和放射性气溶胶的流体进入采 样测量装置100的流通通道，流体中的放射性气溶胶沉积在滤纸上，该沉积 在滤纸上的放射性气溶胶发射的α、β粒子被放射性气溶胶探测器所探测；以 及负载有放射性气体的流体通过连接气管进入惰性气体腔室200，放射性气体 被放射性气体探测器所探测。所获得的信号分别经数据处理单元400进行集 中采集、处理和储存，并传送到显示终端500进行显示，完成放射性气体和 放射性气溶胶的实时监测。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围， 本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要 求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利 要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。