一种便携式放射性元素富集采样装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种便携式放射性元素富集采样装置和方法，所述装置包括：水泵，用于将水样自被采样水体中抽出，并使所述水样流入富集器；富集器，其内部包括吸附器，用于利用所述吸附器对流入的水样进行放射性元素富集采样。本发明可以直接抽采环境水样，将环境水样中极低含量的放射性同位素富集起来，为达到后续测量灵敏度累积足够活度的放射性同位素，尤其可以针对铯同位素的采样和收集。本发明替代了搬运大体积水样到实验室的传统采样方法，体积小巧、结构紧凑、便于携带和运输。
【专利说明】一种便携式放射性元素富集采样装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及核科学【技术领域】，尤其涉及一种便携式放射性元素富集采样装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着我国和世界经济的迅猛发展，核能成为不可替代的主力能源之一，在全世界能源结构中的比重日益增大。但核能利用带来的最重要的风险就是在事故状态下可能对环境造成放射性污染，这种污染的直接后果就是对人居环境和食品安全的威胁。1986年前苏联切尔诺贝利核事故和2011年日本福岛核事故无一不留给人们惨痛的教训和高昂的成本。而迫于能源供应安全，当前，我国重启核能战略，目前在建核电厂装机容量全世界第一。
[0003]目前全世界在运行和在建的商用反应堆无一例外是以铀235为核燃料的裂变反应堆，一旦发生核燃料失去安全屏障的事故，这类反应堆的裂变产物中，综合考虑到既有较长的半衰期(环境影响持久)，又有较高的产额和较高的释放率(可大量进入环境)，其中铯同位素无疑是需要被首要关注的对象。因此，从一定程度上讲，铯同位素是目前民用核能利用项目对环境放射性污染风险最大的项目，这一点也得到了历次核事故的印证，也得到了世界各核能利用大国的认同。因此，环境中的铯同位素的监测结果可以在很大程度上反映核事故对环境的放射性污染程度。
[0004]由于冷却的需要，目前所有核电站都修建在水源充足的地址，如沿海、沿河、沿湖等处。因此，核事故极有可能伴随着铯同位素对水体的污染，而水体污染又是水生物、海洋食品污染的根本原因，进而对公众辐射防护和食品安全产生直接威胁。因此，环境水体中铯同位素活度的监测成为了核事故后环境监测的首要任务。通常，由于水体的稀释作用，在远离事故现场的水域(例如我国沿海水域相对于日本福岛核事故现场)，核事故释放出且随后随洋流或大气沉降到达的铯同位素含量可能极低(如略高于本底水平)。以现有的分析技术，需要将大体积水体运回实验室，完成铯同位素的分离和富集，才能达到分析仪器的灵敏度，这将耗费大量的人力、财力和时间，流程复杂、效率低、经济性差是这类分析技术的最大缺陷。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种便携式放射性元素富集采样装置及方法，以解决现有技术中放射性元素分析流程复杂，效率低下的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种便携式放射性元素富集采样装置，包括:
[0007]水泵，用于将水样自被采样水体中抽出，并使所述水样流入富集器；
[0008]富集器，其内部包括吸附器，用于利用所述吸附器对流入的水样进行放射性元素富集采样。
[0009]进一步地，所述装置还包括:
[0010]前置过滤器，位于所述被采样水体中，与所述水泵的抽水管相连，用于对所述水样进行前置过滤。
[0011]进一步地，所述富集器为:
[0012]多级富集器，其内部分别包括所述吸附器，用于对流入的水样进行多级采样。
[0013]进一步地，在所述水泵和所述富集器之间还包括:
[0014]过滤器，包括一级或多级，用于对所述水样进行一级或多级过滤。
[0015]进一步地，当所述过滤器包括一级过滤器和二级过滤器时，所述一级过滤器内包括:25 μ m聚丙烯纤维滤芯，所述二级过滤器内包括:5 μ m聚丙烯纤维滤芯。
[0016]进一步地，在所述水泵和所述富集器之间还包括:
[0017]分压器，用于使所述水样以预设流速流入所述富集器。
[0018]进一步地，所述预设流速为:500L/h?1000L/h。
[0019]进一步地，所述装置对所述水样的采样量为:500?2000L ；
[0020]和/或，所述装置还包括:流速计和/或流量计，用于对所述水样的流速和/或流量进行测量。
[0021]进一步地，所述吸附器为:
[0022]渗透有亚铁氰化钴钾颗粒的微孔棉质介质。
[0023]本发明还提供利用上述任一项所述的便携式放射性元素富集采样装置的便携式放射性元素富集采样方法，所述方法包括:
[0024]利用水泵将水样自被采样水体中抽出，并使所述水样流入富集器；
[0025]利用包含吸附器的富集器对流入的水样进行放射性元素富集采样。
[0026]可见，在本发明所提供的便携式放射性元素富集采样装置和方法中，可以直接抽采环境水样，如海水、河水、湖水、水库水等，经过特殊制备的吸附器，将环境水样中极低含量的放射性同位素富集起来，为达到后续测量灵敏度累积足够活度的放射性同位素，尤其可以针对铯同位素的采样和收集。本发明替代了搬运大体积水样到实验室的传统采样方法，采用现场抽水采样的便捷方式，避免了对成分复杂水样(如海水)中放射性同位素的复杂化学分离过程。本发明实施例能够自带动力，不依赖于电网和外部动力支持，可以满足野夕卜、船上、码头、渔场等环境下的采样要求，且体积小巧、结构紧凑、便于携带和运输。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1是本发明实施例便携式放射性元素富集采样装置的基本结构示意图；
[0029]图2是本发明实施例便携式放射性元素富集采样装置的一个优选结构示意图；
[0030]图3是本发明实施例1便携式放射性元素富集采样装置的结构示意图；
[0031]图4是本发明实施例1便携式放射性元素富集采样装置中吸附器的制备装置示意图；
[0032]图5是本发明实施例2便携式放射性元素富集采样方法的基本流程示意图。
【具体实施方式】
[0033]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]本发明实施例首先提供一种便携式放射性元素富集采样装置，参见图1，包括:
[0035]水泵I，用于将水样自被采样水体2中抽出，并使所述水样流入富集器3 ；
[0036]富集器3，其内部包括吸附器4，用于利用所述吸附器4对流入的水样进行放射性元素富集采样。
[0037]可选地，装置还可以包括:前置过滤器5，如图2所示，位于被采样水体2中，与水泵I的抽水管相连，用于对水样进行前置过滤。
[0038]可选地，富集器3可以为:多级富集器，其内部分别包括吸附器4，用于对流入的水样进行多级采样。
[0039]可选地，在水泵I和富集器3之间还可以包括:过滤器6，过滤器6可以包括一级或多级，用于对水样进行一级或多级过滤。
[0040]可选地，当过滤器6包括一级过滤器和二级过滤器时，一级过滤器内可以包括:25 μ m聚丙烯纤维滤芯，二级过滤器内可以包括:5 μ m聚丙烯纤维滤芯。
[0041]可选地，在水泵I和富集器3之间还可以包括:分压器7，用于使水样以预设流速流入富集器3。
[0042]其中，预设流速可以为:500L/h?1000L/h。
[0043]可选地，装置对水样的采样量可以为:500?2000L。
[0044]可选地，装置还可以包括:流速计8和/或流量计9，用于对水样的流速和/或流量进行测量。
[0045]可选地，吸附器4可以为:渗透有亚铁氰化钴钾颗粒的微孔棉质介质，以用于采集被采样水体中的放射性铯元素。
[0046]实施例1:
[0047]本发明实施例1提供一种便携式自带动力的放射性铯元素富集采样装置，参见图3，本实施例装置包括:前置过滤器5、包含汽油机10的水泵1、分压器7、流速计8、包含一级过滤器和二级过滤器的过滤器6、包含一级富集器和二级富集器的富集器3，每个富集器3中均包括吸附器4，以及流量计9。
[0048]其中，在本实施例装置的工作过程中，首先需要利用如图4所示的装置制备吸附器4。图4中，包括多个制备器11、循环泵12以及循环泵控制器13、流速计14和储液槽15。具体的吸附器4制备步骤为:首先将柱状微孔棉质介质分别放入多个制备器11中，在储液槽15内加入去离子水，在去离子水中溶解20g亚铁氰化钾，在另一烧杯中溶解20g亚硝酸钴，将上述两种溶液在储液槽15内搅拌混合，二者反应生成亚铁氰化钴钾悬浊液，使得溶液变成酱红色。
[0049]利用循环泵控制器13启动循环泵12，并利用流速计14控制流速，将亚铁氰化钴钾悬浊液通过反复循环以渗透进入制备器11中的微孔棉质介质，并使亚铁氰化钴钾微颗粒固定在其中，直至储液槽15中的溶液变为无色。取下制备器11，将其中的微孔棉质介质进行脱水、烘干，制成吸附器4，在室温下密封保存，以备野外采样时使用。
[0050]在制备完成吸附器4后，即可利用图3中所示的装置进行自带动力放射性铯现场富集采样。具体地，可以在一级过滤器中装入25 μ m聚丙烯纤维滤芯，在二级过滤器中装入5 μ m聚丙烯纤维滤芯，在一级富集器和二级富集器中装入预先制备好的吸附器4。
[0051]将水泵I的抽水管与水泵I紧密连接，确保气密，再将抽水管前端安装好前置过滤器5，投入被采样的水体2中，采样水层深度可以按照具体采样要求调整，但前置过滤器5应保持在水面以下。在水泵I中注满待采集水样，启动汽油机10，完全打开分压器7，关闭其风门，将汽油机10的油门调至最大，待水抽至水泵I泵体内时，分压器7即有水喷出，此时立即调整汽油机10的油门，使水样流速下降至适当值，约为1000L/h，随后再调整分压器7，使流速继续变小至约500L/h，并使流速稳定保持在500L/h左右。因汽油机10功率变化、海水过滤阻力变化、水位涨落导致吸程变化等因素引起的流速变化通常较小且较缓慢，当由此引起的流速变化超过±5%时，应尽快通过汽油机10油门和分压器7配合调回原流速。利用稳定流速抽水500?2000L后采样结束，采样量不推荐超过2000L，否则可造成放射性元素富集效率的显著下降。当采样完毕后，关闭汽油机10，取出吸附器4以备后续分析过程做相应处理。
[0052]实施例2:
[0053]本发明实施例2提供一种根据上述便携式放射性元素富集采样装置的便携式放射性元素富集采样方法，参见图5，包括:
[0054]步骤501:利用水泵将水样自被采样水体中抽出，并使所述水样流入富集器；
[0055]步骤502:利用包含吸附器的富集器对流入的水样进行放射性元素富集采样。
[0056]可见，在本发明实施例所提供的便携式放射性元素富集采样装置和方法中，可以直接抽采环境水样，如海水、河水、湖水、水库水等，经过特殊制备的吸附器，将环境水样中极低含量的放射性同位素富集起来，为达到后续测量灵敏度累积足够活度的放射性同位素，尤其可以针对铯同位素的采样和收集。本发明实施例替代了搬运大体积水样到实验室的传统采样方法，采用现场抽水采样的便捷方式，避免了对成分复杂水样(如海水)中放射性同位素的复杂化学分离过程。本发明实施例能够自带动力，不依赖于电网和外部动力支持，可以满足野外、船上、码头、渔场等环境下的采样要求，且体积小巧、结构紧凑、便于携带和运输。
[0057]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种便携式放射性元素富集采样装置，其特征在于，包括: 水泵，用于将水样自被采样水体中抽出，并使所述水样流入富集器； 富集器，其内部包括吸附器，用于利用所述吸附器对流入的水样进行放射性元素富集采样。
2.根据权利要求1所述的便携式放射性元素富集采样装置，其特征在于，所述装置还包括: 前置过滤器，位于所述被采样水体中，与所述水泵的抽水管相连，用于对所述水样进行前置过滤。
3.根据权利要求1所述的便携式放射性元素富集采样装置，其特征在于，所述富集器为: 多级富集器，其内部分别包括所述吸附器，用于对流入的水样进行多级采样。
4.根据权利要求1所述的便携式放射性元素富集采样装置，其特征在于，在所述水泵和所述富集器之间还包括: 过滤器，包括一级或多级，用于对所述水样进行一级或多级过滤。
5.根据权利要求4所述的便携式放射性元素富集采样装置，其特征在于，当所述过滤器包括一级过滤器和二级过滤器时，所述一级过滤器内包括:25μπι聚丙烯纤维滤芯，所述二级过滤器内包括:5 μ m聚丙烯纤维滤芯。
6.根据权利要求1所述的便携式放射性元素富集采样装置，其特征在于，在所述水泵和所述富集器之间还包括: 分压器，用于使所述水样以预设流速流入所述富集器。
7.根据权利要求6所述的便携式放射性元素富集采样装置，其特征在于: 所述预设流速为:500L/h?1000L/h。
8.根据权利要求1所述的便携式放射性元素富集采样装置，其特征在于: 所述装置对所述水样的采样量为:500?2000L ； 和/或，所述装置还包括:流速计和/或流量计，用于对所述水样的流速和/或流量进行测量。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的便携式放射性元素富集采样装置，其特征在于，所述吸附器为: 渗透有亚铁氰化钴钾颗粒的微孔棉质介质。
10.利用权利要求1-9中任一项所述的便携式放射性元素富集采样装置的便携式放射性元素富集采样方法，其特征在于，所述方法包括: 利用水泵将水样自被采样水体中抽出，并使所述水样流入富集器； 利用包含吸附器的富集器对流入的水样进行放射性元素富集采样。
【文档编号】G01N1/34GK104406820SQ201410675568
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】陆地, 耿金培, 李钰金, 周德庆, 任义广 申请人:陆地