一种电场-温度-风压耦合场氡及其子体扩散运移装置的制作方法

本实用新型属于辐射防护与环境保护技术领域，具体涉及一种电场-温度-风压耦合场氡及其子体扩散运移装置。

背景技术：

放射性气体氡及其子体的辐射是铀矿及地下工作人员受到的主要天然辐射，极易使工作人员患肺癌，控氡降氡已成为我国铀矿山辐射防护的重要工作内容。地下硐室作业过程中，氡析出要受到温度变化、通风压力、地电场的影响，并且氡在空间运移过程中衰变成带正电荷的金属子体，因而电场可影响氡子体的运移状态，而密闭空间内氡子体的运移必然会影响氡的运移，目前现有的装置仅研制了一定空间内静电除氡子体装置，直流或者交流电场-温度-风压共同作用下氡渗流析出变化以及相关的试验装置方面的研究均是空白。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种电场-温度-风压耦合场氡及其子体扩散运移装置，以解决现有技术的不足。

本实用新型的技术方案是：

一种电场-温度-风压耦合场氡及其子体扩散运移装置，包括用于对试件提供可控温度的恒温箱，所述恒温箱内设置有试验箱，所述试验箱内架设有圆筒状的试件，所述试件的两端分别设置有用于实现密封和连接的连接盘，所述连接盘与试验箱的侧壁可拆卸式连接；两个连接盘和试件的内壁之间形成测量空间一，试件的外部与试验箱之间形成测量空间二，所述测量空间二和测量空间一中分别设置有供压系统和数据采集系统，所述恒温箱内还设置有用于提供电场-温度-风压耦合场的耦合装置。

优选的，所述试验箱通过固定装置固定于可移动式试验平台，所述固定装置包括结构相同的固定挡板一和固定挡板二，所述固定挡板一包括垂直固定连接呈l形的板体一和板体二，所述板体一和板体二上分别开设有用于连接固定的安装孔一。

优选的，所述连接盘是加长固定法兰，所述加长固定法兰包括圆柱体，所述圆柱体的一端开设有用于卡装试件的圆形卡槽，所述圆柱体的另一端固定有法兰盘，所述法兰盘上开设有多个均布的安装孔二。

优选的，所述试验箱包括结构相同的板体三和板体四，所述板体三和板体四中部开设有用于穿设加长固定法兰的圆柱体的安装孔三，所述板体三和板体四的下部开设有用于和固定装置连接的安装孔四，所述板体三和板体四之间设置有托台，所述托台的两个端面分别与板体三和板体四固定连接。

优选的，所述托台为矩形体支撑块，所述支撑块的中部设置有凸台，所述凸台的中部设置有用于支撑试件的半圆形托槽一，所述半圆形托槽一的形状与试件的外径匹配，所述半圆形托槽一的两侧对称开设有用于支撑加长固定法兰的圆柱体的半圆形托槽二，所述半圆形托槽二形状与加长固定法兰的圆柱体的外径匹配。

优选的，所述供压系统包括空气储气罐，所述空气储气罐的进出口连接有气压表一、空压机和真空泵，所述真空泵和空气储气罐之间的连接管上设置有减压阀一，所述真空泵的出口还连接有三通的分流阀，所述分流阀的出口分别连接有截止阀一和截止阀二，所述截止阀一和截止阀二的出口分别与测量空间二和测量空间一连通。

优选的，所述数据采集系统包括设置在试验箱内部的温度传感器探头，所述温度传感器探头和设置在恒温箱外部的数显温度传感器电连接，所述数据采集系统还包括用于采集测量空间一内的氡含量的检测系统一和用于采集测量空间二内的氡含量的检测系统二，所述检测系统二包括测氡仪一，所述测氡仪一与集气罐二连通，所述测氡仪一与集气罐二之间设置有流量计一和减压阀三，所述集气罐二上设置有气压表二，所述集气罐二上还连接有减压阀二，所述减压阀二的进出口分别与截止阀三的进出口连通，所述减压阀二背离集气罐二的端口还连接有截止阀四和过滤器一，所述过滤器一与测量空间二连通，所述截止阀四背离过滤器一的一端端口与大气连通；所述检测系统一包括测氡仪二，所述测氡仪二与集气罐一连通，所述测氡仪二与集气罐一之间设置有流量计二和减压阀五，所述集气罐一上设置有气压表三，所述集气罐一上还连接有减压阀四，所述减压阀四的进出口分别与截止阀五的进出口连通，所述减压阀四背离集气罐一的端口还连接有截止阀六和过滤器二，所述过滤器二与测量空间一连通，所述截止阀六背离过滤器二的一端端口与大气连通。

优选的，所述耦合装置包括电压调压器和智能风速风压测定仪，所述智能风速风压测定仪分别与截止阀一和截止阀二的出口、过滤器二和过滤器一的出口连通；所述电压调压器的两端口分别连接有呈弧形的电压圆弧多孔板，两个电压圆弧多孔板分别贴在试件圆周方向上的两个相对面上。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种电场-温度-风压耦合场氡及其子体扩散运移装置，通过考虑地下处置库、硐室开挖过程中铀矿工作人员实际工作环境，以及室内含氡材料释放氡的环境状况，结合氡衰变而成为带电荷的金属子体这一特性，利用电场控制氡子体的运移状态，进而影响氡运移及析出，其在一定程度上为氡在不同电压、电流、温度、风压作用下氡及其子体扩散迁移情况的分析提供了一个更简洁、安全的全新方法，对处置库开挖、地下工程作业及室内密闭空间降氡控氡提供了理论基础，具有很大的应用价值。

附图说明

图1为本实用新型的试验装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型的辅助安装装置图；

图3为本实用新型的供压系统的结构图；

图4为本实用新型的耦合装置的结构图；

图5为本实用新型的试件固定结构图；

图6为本实用新型的数据采集系统的结构图；

图7为本实用新型的加长固定法兰的结构图；

图8为本实用新型的电压圆弧多孔板的使用状态示意图。

附图标记说明：

1、测氡仪一；2、流量计一；3、减压阀三；4、气压表二；5、减压阀二；6、截止阀三；7、截止阀四；8、过滤器一；9、恒温箱；10、加长固定法兰；11、电压圆弧多孔板；12、托台；13、试件；14、螺栓一；15、截止阀一；16、真空泵；17、电压调压器；18、减压阀一；19、空压机；20、气压表一；21、空气储气罐；22、智能风速风压测定仪；23、数显温度传感器；24、截止阀二；25、过滤器二；26、截止阀六；27、截止阀五；28、集气罐一；29、减压阀五；30、流量计二；31、测氡仪二；32、集气罐二；33、气压表三；34、减压阀四；35、气缸一；36、活塞杆一；37、试验箱；38、内唇形密封圈；39、活塞杆二；40、气缸二；41、螺栓二；42、卧式支架一；43、固定挡板一；44、板体三；45、可移动式试验平台；46、板体四；47、固定挡板二；48、卧式支架二；49、螺栓三；50、试验箱侧壁；51、卡槽；52、外唇形密封圈；53、温度传感器探头。

具体实施方式

本实用新型提供了一种电场-温度-风压耦合场氡及其子体扩散运移装置，下面结合图1到图8的结构示意图，对本实用新型进行说明。

如图1所示，一种电场-温度-风压耦合场氡及其子体扩散运移装置，包括用于对试件13提供可控温度的恒温箱9，所述恒温箱9内设置有试验箱37，所述试验箱37内架设有圆筒状的试件13，所述试件13的两端分别设置有用于实现密封和连接的连接盘，所述连接盘与试验箱37的侧壁可拆卸式连接；两个连接盘和试件13的内壁之间形成测量空间一，试件13的外部与试验箱37之间形成测量空间二，所述测量空间二和测量空间一中分别设置有供压系统和数据采集系统，所述恒温箱9内还设置有用于提供电场-温度-风压耦合场的耦合装置。

进一步的，所述试验箱37通过固定装置固定于可移动式试验平台45，所述固定装置包括结构相同的固定挡板一43和固定挡板二47，所述固定挡板一43包括垂直固定连接呈l形的板体一和板体二，所述板体一和板体二上分别开设有用于连接固定的安装孔一。

进一步的，所述连接盘是加长固定法兰10，所述加长固定法兰10包括圆柱体，所述圆柱体的一端开设有用于卡装试件13的圆形卡槽51，所述圆柱体的另一端固定有法兰盘，所述法兰盘上开设有多个均布的安装孔二。

进一步的，所述试验箱37包括结构相同的板体三44和板体四46，所述板体三44和板体四46中部开设有用于穿设加长固定法兰10的圆柱体的安装孔三，所述板体三44和板体四46的下部开设有用于和固定装置连接的安装孔四，所述板体三44和板体四46之间设置有托台12，所述托台12的两个端面分别与板体三44和板体四46固定连接。

进一步的，所述托台12为矩形体支撑块，所述支撑块的中部设置有凸台，所述凸台的中部设置有用于支撑试件13的半圆形托槽一，所述半圆形托槽一的形状与试件13的外径匹配，所述半圆形托槽一的两侧对称开设有用于支撑加长固定法兰10的圆柱体的半圆形托槽二，所述半圆形托槽二形状与加长固定法兰10的圆柱体的外径匹配。

进一步的，所述供压系统包括空气储气罐21，所述空气储气罐21的进出口连接有气压表一20、空压机19和真空泵16，所述真空泵16和空气储气罐21之间的连接管上设置有减压阀一18，所述真空泵16的出口还连接有三通的分流阀，所述分流阀的出口分别连接有截止阀一15和截止阀二24，所述截止阀一15和截止阀二24的出口分别与测量空间二和测量空间一连通。

进一步的，所述数据采集系统包括设置在试验箱37内部的温度传感器探头53，所述温度传感器探头53和设置在恒温箱9外部的数显温度传感器23电连接，所述数据采集系统还包括用于采集测量空间一内的氡含量的检测系统一和用于采集测量空间二内的氡含量的检测系统二，所述检测系统二包括测氡仪一1，所述测氡仪一1与集气罐二32连通，所述测氡仪一1与集气罐二32之间设置有流量计一2和减压阀三3，所述集气罐二32上设置有气压表二4，所述集气罐二32上还连接有减压阀二5，所述减压阀二5的进出口分别与截止阀三6的进出口连通，所述减压阀二5背离集气罐二32的端口还连接有截止阀四7和过滤器一8，所述过滤器一8与测量空间二连通，所述截止阀四7背离过滤器一8的一端端口与大气连通；所述检测系统一包括测氡仪二31，所述测氡仪二31与集气罐一28连通，所述测氡仪二31与集气罐一28之间设置有流量计二30和减压阀五29，所述集气罐一28上设置有气压表三33，所述集气罐一28上还连接有减压阀四34，所述减压阀四34的进出口分别与截止阀五27的进出口连通，所述减压阀四34背离集气罐一28的端口还连接有截止阀六26和过滤器二25，所述过滤器二25与测量空间一连通，所述截止阀六26背离过滤器二25的一端端口与大气连通。

进一步的，所述耦合装置包括电压调压器17和智能风速风压测定仪22，所述智能风速风压测定仪22分别与截止阀一15和截止阀二24的出口、过滤器二25和过滤器一8的出口连通；所述电压调压器17的两端口分别连接有呈弧形的电压圆弧多孔板11，如图8所示，两个电压圆弧多孔板11分别贴在试件13圆周方向上的两个相对面上。

本实用新型为一种在不同交变电压、温度、风压作用下释氡材料析出氡的收集测试装置，试验系统主要包括供压系统、耦合装置和数据采集系统。

如图1、图3到图6所示，供压系统主要是对测量空间一、测量空间二内部抽取真空，并为实验提供稳定的风压，以确保每次试验的初始条件相同，在可控风压作用下氡析出，其具体装置包括截止阀一15、真空泵16、减压阀一18、空压机19、气压表一20、空气储气罐21、截止阀二24。

其中，空气储气罐21上连接有真空泵16、气压表一20和空压机19，所述真空泵16与空气储气罐21的连接管路上设置有减压阀一18。

耦合装置主要为实验提供可控的电压、温度、风压，具体包括恒温箱9、电压调压器17和空压机19。

其中，恒温箱9是落式恒温箱。

其中，两个电压圆弧多孔板11分别贴在试件13圆周方向上的两个相对面上，可有效保证电压圆弧多孔板11仅对试件13施加电压，电压圆弧多孔板11上均布有多个直径为0.5毫米的圆孔，两孔圆心的间距为1毫米，可保证施加电压的过程中，不影响试件氡析出。

其中，加长固定法兰10的一端有卡槽，一端可用螺栓一14固定于试验箱37外侧，可有效地固定试件13，试验温度由试验箱37外部的恒温箱9的温度决定。

其中，试验箱37底部为亚克力材料制成的托台12，试验箱37上部留有集气空间，侧壁有足够的厚度固定加长固定法兰10，试验电压由电压调压器17、电压圆弧多孔板11提供，试验箱37管路为两路，一路为测量试验箱37上部空间的测量空间二内的氡含量，一路为测量试件内部的测量空间一内的氡含量。

其中，试验箱37长90厘米，宽高均为80厘米，其顶盖可拆卸，顶盖上面有密封圈，试验箱37厚壁对应的部位有凹槽，顶盖盖到试验箱37上时，密封圈压入凹槽内，沿着顶盖及试验箱37顶壁打一圈均匀的螺孔及丝孔，依靠强力螺栓将上盖及试验箱37紧密安装在一起。

其中，试验箱37内部装试件13，试件13是圆筒形含铀水泥柱，水泥柱外径为20厘米，内径为10厘米，长60厘米，其两端用带密封圈的加长固定法兰10密封，法兰与进出气管相连接。

其中，试验箱37内测量空间一的密封由固定在试验箱37上的加长固定法兰10对试件13端面施加应力，并用涂抹在试件13上的粘胶密封试件13的端面。测量空间二的密封采用固定在板体三44、板体四46上的内唇形密封圈38、外唇形密封圈52密封及带密封圈的顶盖密封。

其中，试验箱37内部的温度由恒温箱9控制，电压由电压调压器17控制，风压由空压机19提供，减压阀一18控制，试验箱37固定于可移动式平台45，试件13和试验箱37装配好后由可移动式平台45推入恒温箱9内。

其中，两路进出气口一路连接于试件13两端，可获得交变或者直流电场、温度、风压耦合作用下中空的试件13内部氡含量变化，可模拟地下巷道硐室开挖过程中电压、温度、风压共同作用下巷道内氡运移变化规律，另一路连接于试验箱37的两端，可获得电压、温度、风压耦合作用下试件13外部氡含量变化，可模拟集中氡源释放氡气后室内密闭空间氡运移变化规律。

其中，数据采集系统测量两路管路的气体氡含量，以及进出试件两端的气体压差，并且在两路管路的出气口安装过滤器，可有效过滤掉从试件内带出的水气和粉尘，保护管路阀门。

其中，数据采集系统在采集测量过程中，含氡气体均是先经过减压阀降压后进入集气罐，再经减压阀二次精准控压后进入测氡仪，在气体采集装置和减压阀上设置旁通，可有效排空试件内气体及对集气罐抽真空，集气罐上安装气压表，可直观的监测集气罐内的压力，流量计前安装减压阀，可精准控制进入测氡仪中的气体流量及气压，实现保护测氡仪的功能，试验过程中待进入集气罐内的气压稳定不变后，打开流量计前段的减压阀并调节压力至0.1mpa，气体进入测氡仪。

其中，供气系统的连接关系如下示意：

真空泵16对测量空间一和测量空间二抽真空后，空压机19提供风压，向储气罐21内充入一定压力的空气，气体压力值可由气压表一20监测，气体压力达到一定值时，调节减压阀一18到一定压力值时，打开截止阀二24和截止阀一15，向试件13内部和试件外部充入一定压力的气体，其中与截止阀一15相连接的管路向测量空间二充入一定压力的气体，与截止阀二24相连的管路向测量空间一充入带有压力的气体。

其中，进气为两路进气，密封采用试件13两端胶体密封和唇形密封圈密封，试验箱顶盖采用密封圈加沿顶盖均匀布置的螺丝密封。试验箱37箱体采用壁厚10cm、底厚50cm的亚克力板，厚壁便于顶盖和加长法兰螺丝拧紧密封，箱体凸台采用直径为23cm半圆形凹槽，试件直径为20cm，可方便试件安装，试验箱37加热采用恒温箱9控温。

其中，试验箱37上安装两个铝质的电压圆弧多孔板11，两个电压圆弧多孔板11之间的电压用电压调压器17控制，实现0到220伏电压可调，试件13两端压力差、试验箱37两端的压力差均通过与试件13两端相连接的智能风速风压测定仪22计量。

其中，气体从试验箱流出后进入过滤器一8和过滤器二25，过滤掉从试验箱37内带出的水分和颗粒状物质，调节减压阀二5和减压阀四34为一个标准大气压，通过气压表二4和气压表三33分别检测集气罐二32和集气罐一28内压力，当集气罐内压力稳定时，打开减压阀三3和减压阀五29，调定减压阀出气端使其压力为0.1mpa,通过流量计一2，流量计二30计量通过测氡仪一1，测氡仪二31的流量,装置中空气储气罐21为平衡管路气压作用.

如图2和图7所示，辅助安装装置包括气缸一35、活塞杆一36、活塞杆二39、气缸二40、螺栓二41、卧式支架一42、固定挡板一43、板体三44、可移动式试验平台45、板体四46、固定挡板二47、卧式支架二48和螺栓三49。其中，卧式支架一42上方设置有水平放置的气缸二40，利用螺栓二41将卧式支架一42位置进行固定，卧式支架二48上方设置有水平放置的气缸一35，利用螺栓三49将卧式支架二48位置进行固定，气缸一35和气缸二40分别放置在试验箱37的两侧。如图2所示，使用辅助安装装置安装试件时，将试件13从试验箱37一端推入试验箱37并预留20cm左右接头部分，在试件13接头部分打密封胶，并结合加长法兰接头凹槽内的密封圈，使试件13和加长法兰10紧密粘接，待粘接稳定后，利用气缸二40的活塞杆二39，将试件13的另一头露出20cm左右，同样在试件13的端面打胶，与加长法兰粘接密封，同样利用气缸一35的活塞杆一36,将试件13放入试验箱37内，用螺栓一14将法兰固定于试验箱37的箱体，试验箱37顶盖部分采用密封圈和沿着顶盖边缘均匀分布的长孔螺丝，将顶盖固定于试验箱37上。

试验前的准备

1.试件13制作：长60cm、直径20cm，沿着长度方向剖成两个半圆管，并在管内部涂抹上黄油，在长90cm、直径10cm的管外部涂抹上黄油，直径20cm的外管用带螺栓的两个半圆形铁质箍片夹紧，将水、砂、水泥、微硅粉、铁粉按照0.325∶0.8∶1∶0.13∶0.25的质量比均匀混合，装入外管直径20cm、内管直径10cm的两个管之间振捣成型，并确保试件13两个端面平整，待水泥变干成型后获得试件13。

2.试件安装：利用气缸一35推动活塞杆一36，将试件13通过加长法兰孔推入试验箱托台12上，在试件13端面上涂抹密封胶，将加长法兰端头和试件13端面紧密贴合，待密封胶完全变干，同样利用气缸一35的活塞杆一36将试件13从试件箱37推出，露出试件13另一端的端面，在端面上涂抹密封胶，将加长法兰10的另一端头和试件13端面紧密贴合，待密封胶干透，利用气缸40的活塞杆39,将试件13推入试验箱37内,利用螺栓将加长法兰固定到试验箱37壁。试件13安装完成后用可移动式试验平台45将试验箱37推入落式恒温箱9内固定好，连接好试验箱37、供气系统、数据采集系统之间的管路。

3.检查装置气密性：在加长法兰10与试件13接触的端面，以及试验箱37进出气孔均涂抹肥皂水，打开空压机19向空气储气罐21内充入0.4mpa的气体，设定减压阀一18出气端压力为0.2mpa，观察是否有气泡产生，如果有气泡产生需再次涂抹密封胶，及包裹生料带密封。

试验过程：

1、脱气：关闭所有减压阀、通大气截止阀三7、截止阀六26，打开与真空泵16相连接的截止阀一15，截止阀二24，对测量空间二、测量空间一及其管路抽取真空，一段时间后关闭真空泵16。

2、充气：开启截止阀一15，截止阀二24，打开空压机19向空气储气罐21内充入0.2mpa压力的空气后，调定供压系统进气减压阀一18，对试件13施加0.1mpa的风压。同样的过程，我们可对空气储气罐21内充入0.3mpa、0.4mpa、0.5mpa、0.6mpa、0.7mpa、0.8mpa的压力，对应的可以对试件13施加0.2mpa、0.3mpa、0.4mpa、0.5mpa、0.6mpa、0.7mpa的风压。

3、耦合设定：调定恒温箱9、待数显温度传感器23的温度在五分钟内恒定时，打开电压调压器17、智能风速风压测定仪22，对试件13施加0～220v之间的电压，重点考察0～36v范围、温度重点考察室温～65℃范围，并测定试件13两端及试验箱37两端的压差。

4、氡含量测定：打开数据采集系统的减压阀二5，减压阀四34当进入数据采集系统的集气罐二32，集气罐一28内气体压力达到减压阀二5，减压阀四34末端输出设定压力时，打开与测氡仪一1，测氡仪二31相连接的减压阀三3，减压阀五29测定气体内氡含量变化，当累计流量达到一定值关闭测氡仪一1，测氡仪二31，试验结束。

其中，减压阀三3和减压阀五29用于二次精准控制进入测氡仪的气体压力。

其中，气压表二4和气压表三33，分别用于反馈集气罐二32，集气罐一28的气体压力。

本实用新型提供的一种电场-温度-风压耦合场氡及其子体扩散运移装置，也可模拟室内含氡材料释放氡后在室内风压、温度作用下氡迁移规律，通过考虑地下处置库开挖及铀矿工作人员实际工作环境状况，地下硐室作业氡析出要受到温度变化、通风压力、地电场的影响，利用氡衰变而成为带电荷的金属子体这一特性，利用电场控制氡子体的运移状态，进而影响氡运移及析出，其在一定程度上为氡在不同电压、温度、风压作用下氡及其子体扩散析出情况的分析提供了一个更简洁、安全的全新方法，对处置库开挖及地下工程作业中降氡控氡提供了理论基础，具有很大的应用价值，同时本装置还考虑到室内密闭空间氡析出要受到温度变化、通风压力的影响，可为研究室内空间氡迁移提供参考。

以上公开的仅为本实用新型的较佳的具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。