一种空气中氚、碳采样装置的制作方法

本发明属于样品采集与前处理技术领域，具体涉及一种空气中氚、碳采样装置。

背景技术：

在核设施运行过程中，放射性氚(h-3或t)的和碳(c-14)排放是影响环境的主要核素之一。其中氚通常以结合水的形式分布于大气中，碳以二氧化碳的形式分布于大气中，二者随空气的流通进行迁移。又由于氚的特殊性，在水文、环境等领域还被用作示踪剂。为评价核设施以及其他相关活动对环境的影响，需要进行相关的环境影响评价。其中涉及对核设施周围或相关区域进行样品采集，采集对象即包括空气中水及二氧化碳。目前环境样品中氚和碳-14的测定主要采用低本底液闪法，由于环境本底中氚和碳-14的含量较低，因此为提高测定的可信度，往往需要的样品量较大。通常需要采集300～500ml甚至更多体积的水样；采集二氧化碳的质量为2～5g，折合空气的体积约5～10m3。目前，针对空气中氚的采样方式主要有两种，方式：一种为吸附法，采用硅胶或分子筛对空气中的水分进行吸附收集，再通过加热高温方式对其进行解吸，冷凝后收集；另一种方式为低温冷凝法，通过让空气流过低温腔体，其中水分子被冷凝，从而直接收集得到水样。前者设备简单，但是操作步骤较多，并且回收率较低，适用于空气中水蒸气含量较高的环境。后者，收集效率较高，设备相对较贵。二氧化碳的收集方法主要为氢氧化钠溶液吸附法，二氧化碳与氢氧化钠发生化学反应生成碳酸盐被收集。目前，现有的氚和碳-14的采集分别为相互独立的设备，又由于环评采样中往往需要同时对多个目标电位进行采集，且同一点位的采集时间较长，为满足测定需求对氚的采集通常需要持续几十个小时，因此需要消耗大量人力和物力，给野外作业带来诸多不便。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种空气中氚、碳采样装置，本发明采用低温冷凝，对氚的收集效率较高，采集的水样可直接测定也可经适当富集浓缩后再测定。

为解决上述技术问题，本发明一种空气中氚、碳采样装置，该装置包括制冷机、水冷箱、空气隔膜泵、冷凝器，制冷机通过管道连接于水冷箱，用以冷却水冷箱，冷却水冷箱出水口通过冷却水传输管连接于冷凝器外层管的上端，冷凝器外层管的下端通过冷却水传输管连接于冷却水冷箱入水口；空气隔膜泵通过管道连接于流量计；流量计通过管道连接于冷凝器内层管；冷凝器中层管下端有聚四氟塞排液阀；冷凝器内层管下端和冷凝器中层管连通。

所述的水冷箱内部设置有内置循环水泵，冷却水冷箱出水口的冷却水传输管连接于内置循环水泵，通过内置循环水泵将水提升到冷凝器。

所述的冷凝器中层管下部放置有玻璃接收瓶。

所述的装置外侧有设备外壳，制冷机放置于设备外壳一侧空腔；水冷箱放置于设备外壳下部空腔；冷凝器放置于设备外壳上部空腔。

放置制冷机的设备外壳右侧空腔内有制冷机散热器。

冷凝器外侧包裹有隔热层。

还包括直流电源，用于给循环水泵及气体隔膜泵供电。

本发明的有益技术效果在于：

1)采用低温冷凝，对氚的收集效率较高，采集的水样可直接测定也可经适当富集浓缩后再测定；

2)为获得低温，根据需要采用压缩机制冷方式或半导体制冷方式；

3)可以实现氚、碳-14的同时采集，设备利用率高；

4)采用多通道同时采集，同时利用重力实现冷凝液的收集；

5)设备体积小，便于运输和野外工作；

6)自动化程度高，可以实现定时启动和停止。

附图说明

图1为本发明一种空气中氚、碳采样装置示意图；

图2为本发明一种空气中氚、碳采样装置工作示意图。

图中：1、制冷机，2、水冷箱，3、内置循环水泵，4、制冷机散热器，5、直流电源，6、空气隔膜泵，7、冷凝器、8、聚四氟塞排液阀，9、玻璃接收瓶，10、控制器，11、流量计，12、冷却水传输管，13、气体传输管，14、排气口，15、设备外壳，16、电源输入，17、隔热层，18、底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明一种空气中氚、碳采样装置，本发明包括制冷机1、水冷箱2、空气隔膜泵6、冷凝器7，制冷机1通过管道连接于水冷箱2，用以冷却水冷箱2，冷却水冷箱2出水口通过冷却水传输管12连接于冷凝器7外层管的上端，冷凝器7外层管的下端通过冷却水传输管12连接于冷却水冷箱2入水口；空气隔膜泵6通过管道连接于流量计11；流量计11通过管道连接于冷凝器7内层管；冷凝器7中层管下端有聚四氟塞排液阀8；冷凝器7内层管下端和冷凝器7中层管连通。

优选的，水冷箱2内部设置有内置循环水泵3，冷却水冷箱2出水口的冷却水传输管12连接于内置循环水泵3，通过内置循环水泵3将水提升到冷凝器7。

优选的，冷凝器7中层管下部放置有玻璃接收瓶9。

优选的，装置外侧有设备外壳15，制冷机1放置于设备外壳15右侧空腔；水冷箱2放置于设备外壳15左下部空腔；冷凝器7放置于设备外壳15左上部空腔；空气隔膜泵6放置于设备外壳15右上部；流量计11固定于设备外壳15左上部。

空气隔膜泵6连接有直流电源5。

优选的，放置制冷机1的设备外壳15右侧空腔内有制冷机散热器4。

优选的，冷凝器7外侧包裹有隔热层17。

优选的，制冷机1的控制器10固定于设备外壳15左上部。

优选的，设备外壳15具有底座18。

冷凝器7中层管有排气口14。

制冷机1有电源输入16，用以连接电源。制冷机1制冷方式可以为压缩机式工作方式，也可以是半导体制冷的方式；其他主要部件包括储水箱、散热器和温控开关。

循环水泵2的流量范围0～10l/min。

直流电源3，用于给循环水泵2及气体隔膜泵6供电，电压输出0～24v、电流输出0～10a.

冷凝器4包括冷却水进口、冷却水出水口、空气冷凝水排液口、进气口和排气口。

工作时，操作步骤如下：

空气中氚的采集步骤：步骤一、打开电源，设置延时时间和有效采样时间，设置制冷机工作温度范围；步骤二、关闭冷凝器7下端的聚四氟塞排液阀8；步骤三、打开循环水冷却泵3；步骤四、待循环水冷却液的温度达到设定值，启动空气采样隔膜泵6，调节流量计控制合适的空气流量；步骤五、待采样完毕，打开冷凝器7下端聚四氟塞排液阀8，收集冷凝水样。

空气中碳的采集步骤：步骤一、打开电源，设置延时时间和有效采样时间；步骤二、关闭冷凝器7下端的聚四氟塞排液阀8；步骤三、从冷凝器7上端排气口14注入一定体积的二氧化碳吸收液；步骤四、启动空气采样隔膜泵6，调节流量计控制合适的空气采样流量；步骤五、采样完毕，打开冷凝器下端聚四氟塞排液阀8，收集二氧化碳吸收液；步骤六、用无二氧化碳水从冷凝器上方喷淋冷凝器内壁，合并至吸收液。

技术特征：

技术总结
本发明属于样品采集与前处理技术领域，具体涉及一种空气中氚、碳采样装置。该装置包括制冷机、水冷箱、空气隔膜泵、冷凝器，制冷机通过管道连接于水冷箱，用以冷却水冷箱，冷却水冷箱出水口通过冷却水传输管连接于冷凝器外层管的上端，冷凝器外层管的下端通过冷却水传输管连接于冷却水冷箱入水口；空气隔膜泵通过管道连接于流量计；流量计通过管道连接于冷凝器内层管；冷凝器中层管下端有聚四氟塞排液阀；冷凝器内层管下端和冷凝器中层管连通。本发明采用低温冷凝，对氚的收集效率较高，采集的水样可直接测定也可经适当富集浓缩后再测定。

技术研发人员：李伯平;范增伟;王铁健;郭冬发;崔建勇
受保护的技术使用者：核工业北京地质研究院
技术研发日：2016.10.28
技术公布日：2018.05.11