一种放射性气溶胶监测设备的校准系统平台及其工作方法
【专利摘要】本发明属于辐射防护领域，提供一种用于对放射性气溶胶监测设备进行校准的系统平台及其工作方法，该平台包括气溶胶发生装置、标准气溶胶活度浓度测量装置、待校准气溶胶监测设备装置、气溶胶回收装置、电气控制与监控台等。本发明利用由气溶胶发生装置产生的放射性气溶胶同时流经标准气溶胶活度浓度测量装置和待校准气溶胶监测设备装置，放射性活度浓度相等，标准气溶胶活度浓度测量装置经过了标准量传，可以准确测量不同活度、不同类型的气态放射性气溶胶的活度浓度值，因而可以对待校准探测器进行校准。本发明具有动态校准、精度高、测量范围可调、标准装置与待测装置同步测量、适于在线监测和离线监测两种方式等优势。
【专利说明】
一种放射性气溶胶监测设备的校准系统平台及其工作方法
技术领域
[0001]本发明属于辐射防护领域，具体来说是一种用于对放射性气溶胶监测设备进行校准的系统平台。
【背景技术】
[0002]放射性气溶胶是固体或液体放射性微粒悬浮在空气或者气体介质中形成的分散体系，是核电站等涉核场所的主要放射性污染物之一。产生放射性气溶胶的途径很多，如铀矿的开采、粉碎、筛分、碾磨过程中产生的粉尘，核燃料后处理过程中从溶液和常温下的气象化学反应过程形成气溶胶等，特别是核电站事故状态下会产生大量的放射性气溶胶。放射性气溶胶的电离效应高，是人体内照射的主要威胁，因此对放射性气溶胶进行监测是涉核场所辐射防护的必要措施。
[0003]各种类型的探测器可以对气溶胶的放射性进行测量，但在使用前需要对测量准确度进行校准。目前，对于放射性气溶胶监测设备采用的多为二次校准方法，即用固体放射源取代气态放射性气溶胶对气溶胶探测器的几何探测效率进行校准，其优点是设备简单、操作方便、成本低;缺点是由于固体放射源是点源或者面源，并非真实的气态源，与真实的气溶胶监测设备工作状态存在偏差，无法测量一些干扰因素产生的影响(如滤纸过滤效率、气溶胶沉积均匀性、滤纸托盘反散射、滤纸自吸收等)，从而导致校准的置信度不高，在实际工作中测出的放射性活度浓度不准确。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术中的不足之处，提供一种具有放射性气溶胶产生、放射性活度标定、放射性气体回收等功能于一体的放射性气溶胶监测设备的校准系统平台，该系统平台可完全仿真真实的放射性气溶胶测量过程，实现对气溶胶监测设备的动态校准。
[0005]本发明的目的是通过如下技术措施来实现的:一种放射性气溶胶监测设备的校准系统平台，包括气溶胶发生装置、标准气溶胶活度浓度测量装置、待校准气溶胶监测设备装置、气溶胶回收装置、电气控制与监控台等。
[0006]所述气溶胶发生装置包括气溶胶气路和稀释气路，所述气溶胶气路包括依次连接的高纯氮气瓶HPNl、减压阀VCl、气溶胶发生器、电磁阀EVl，气溶胶气路末端与稀释瓶连通，所述稀释气路包括依次连接的高纯氮气瓶HPN2、减压阀VC2、流量计FMl、手动调节阀VP1、电磁阀EV2，稀释气路末端与稀释瓶连通。
[0007]所述标准气溶胶活度浓度测量装置包括探测器、气溶胶取样装置、就地处理显示单元，所述稀释瓶出口端经截止阀V2后分别与在线监测支路和取样监测支路连通，在线监测之路包括依次连接的探测器、流量计FM2、手动调节阀VP3，探测器和流量计FM2与就地处理显示单元相连，所述取样监测支路包括依次连接的截止阀V4、气溶胶取样装置ASl、流量计FM3、手动调节阀VP2，手动调节阀VP2和手动调节阀VP3后接抽气栗TPI，再经截止阀V3后接气溶胶回收装置；
所述待校准气溶胶监测设备装置包括待校准探测器、就地处理显示单元，所述稀释瓶出口端经截止阀V6后依次连接待校准探测器、流量计FM5、手动调节阀VP4，待校准探测器和流量计FM5与就地处理显示单元相连，手动调节阀VP4后接抽气栗TP2，再经截止阀V7后接气溶胶回收装置；
所述稀释瓶出口端设有压力计MM，稀释瓶出口端经截止阀Vl后接气溶胶回收装置；电磁阀EVl、电磁阀EV2、就地处理显示单元、抽气栗均与电气控制与监控台电气连接，将剂量率、流量等各测量和监测信号，电磁阀的开关以及抽气栗的开关等引出到电气控制与监控台，可以实现远程可编程自动控制。
[0008]在上述技术方案中，气溶胶发生装置采用可调控的冷凝技术，基于Sinclair-LaMer原理，产生单分散气溶胶。用氮气作为载气，气溶胶发生器内部的喷雾器产生含有放射性离子的雾滴。雾滴通过干燥室，形成高浓度的气溶胶凝结核，凝聚核通过可调温的饱和室和低挥发性物质DEHS的蒸汽混合。凝结核和蒸发物质从饱和室进入再热室，再热室确保气溶胶原料完全蒸发。通过再热室后，凝聚核和蒸汽进入空气冷却的凝结室，产生高度单分散性的气溶胶。通过设定过饱和度和温度，可实现对产生气溶胶粒径的调节。
[0009]在上述技术方案中，为了满足不同测量范围的需求，设有一个稀释气路，放射性气溶胶与稀释气体在稀释瓶中混合后进入标准气溶胶活度浓度测量装置和待测气溶胶监测设备装置，通过调节二者的流量比可以设置不同的稀释比。
[0010]在上述技术方案中，标准气溶胶活度浓度测量装置包括探测器、气溶胶取样装置，探测器和气溶胶取样装置提供在线监测和取样监测两种不同的监测气溶胶活度浓度的方法。其中，探测器中装有高效滤纸，使得气体中的亚微米尺度的放射性气溶胶颗粒以95%以上的概率沉积在滤纸上，紧靠滤纸的探测器探测滤纸上的累积α、β、γ放射性并在扣除掉环境本底γ和氡、钍及其衰变子体的α和β影响后通过差值法来实时计算通过滤纸的气体中气溶胶的放射性。测量的结果可以就地显示，也可同时远程传输给电气控制与监控台。取样装置中同样通过滤纸采集放射性气溶胶，然后进行离线测试。扣除掉环境本底γ采用2个半导体探测器，后面的探测器测量γ放射性作为前面探头的γ补偿。
[0011]在上述技术方案中，待校准气溶胶监测设备装置用于安装待校准放射性气溶胶检测设备，该待校准放射性气溶胶检测设备可以是单独的探测器，也可以是完整的系统，包括就地处理显示单元、流量计等。待校准气溶胶监测设备装置可对待校准设备的取样气体状态进行控制和监测，同时待校准设备的输出信号可送入就地处理显示单元中进行处理分析和显示，并提供对外的远程数据发送功能，将数据发送给电气控制与监控台。
[0012]在上述技术方案中，所述取样监测支路为互为冗余的两条，一条包括依次连接的截止阀V4、气溶胶取样装置ASl、流量计FM3，另一条包括依次连接的截止阀V5、气溶胶取样装置AS2、流量计FM4，流量计FM3和流量计FM4后接手动调节阀VP2，手动调节阀VP2和手动调节阀VP3后接抽气栗TPl，再经截止阀V3后接气溶胶回收装置。
[0013]在上述技术方案中，所述气溶胶回收装置的出口处设有高灵敏度探测器。
[0014]本发明还提供一种上述的放射性气溶胶监测设备的校准系统平台的工作方法，包括以下步骤:
(I)关闭气溶胶发生器后电磁阀EV1，气溶胶发生器的前部气瓶出气口减压阀VCl关闭，该支路暂时不投入工作；
(2)关闭干路截止阀V2、V3和V6、V7，同时打开旁路截止阀Vl，打开稀释支路的气瓶和电磁阀EV2，调节气瓶减压阀VC2和流量调节阀VPl，使得流量满足放射性稀释比，同时稀释瓶处压力计MM显示压力为标准大气压；
(3)采用在线监测或者取样监测，或者两者同时使用，通过以下方式，使得标准气溶胶活度浓度测量装置和待校准气溶胶监测设备装置的取样流量满足要求，同时稀释瓶处压力计MM的压力保持标况大气压；
(a)若为在线监测，打开截止阀V2、V3和V6、V7，关闭截止阀Vl和V4，启动抽气栗TPl和TP2，调节手动调节阀VP3和VP4 ；
(b)若为取样监测，打开截止阀V2、V3、V6、V7和V4，关闭截止阀VI，启动抽气栗TPl和TP2，调节手动调节阀VP2和VP4 ；
(4)打开电磁阀EVl，将气溶胶发生器内部的饱和室温度和再加热室的温度加热到设置温度，放射性物质加入到发生器的喷雾室中，然后打开减压阀VCl，将发生器气路流量调整到设定值，开始产生放射性气溶胶;并将流量计FM2(在线监测时)/FM3(取样检测时)和流量计FM5的累积流量清零；
(5 )记录各个状态参量，一段时间后，开始记录标准气溶胶活度浓度测量装置和待校准气溶胶监测设备装置的就地处理显示单元的放射性气溶胶活度浓度的测量结果，该测量结果通过就地处理显示单元根据探测器测得的活度与流量计测得的累积流量值计算得到;根据标准气溶胶活度浓度测量装置和待校准气溶胶监测设备装置的测量结果对待校准探测器进行校准。
[0015]本技术方案的原理是利用由气溶胶发生装置产生的放射性气溶胶同时流经标准气溶胶活度浓度测量装置和待校准气溶胶监测设备装置，放射性活度浓度相等，标准气溶胶活度浓度测量装置经过了标准量传，可以准确测量不同活度、不同类型的气态放射性气溶胶的活度浓度值，因而可以对待校准探测器进行校准。
[0016]相比于目前普遍使用的二次校准，本发明具有动态校准、精度高、测量范围可调、标准装置与待测装置同步测量、适于在线监测和离线监测两种方式等优势。
【附图说明】
[0017]图1是本发明实施例放射性气溶胶监测设备的校准系统平台结构示意图。
[0018]其中:HPN为高纯氮气瓶，VC为减压阀，AG为气溶胶发生器，FM为流量计，VP为手动调节阀，EV为电磁阀，V为截止阀，DC为稀释瓶，AS为气溶胶取样装置，DET为探测器，LroU为就地处理显示单元，MM为压力计，TP为抽气栗。
【具体实施方式】
[0019]下面将结合附图及实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0020]如图1所示，本实施例提供一种放射性气溶胶监测设备的校准系统平台，包括气溶胶发生装置、标准气溶胶活度浓度测量装置、待校准气溶胶监测设备装置、气溶胶回收装置、电气控制与监控台等。
[0021]所述气溶胶发生装置包括气溶胶气路和稀释气路，所述气溶胶气路包括依次连接的高纯氮气瓶HPNl、减压阀VCl、气溶胶发生器、电磁阀EVl，气溶胶气路末端与稀释瓶连通，所述稀释气路包括依次连接的高纯氮气瓶HPN2、减压阀VC2、流量计FMl、手动调节阀VP1、电磁阀EV2，稀释气路末端与稀释瓶连通。
[0022]所述标准气溶胶活度浓度测量装置包括探测器、气溶胶取样装置、就地处理显示单元，所述稀释瓶出口端经截止阀V2后分别与在线监测支路和取样监测支路连通，在线监测之路包括依次连接的探测器、流量计FM2、手动调节阀VP3，探测器和流量计FM2与就地处理显示单元相连，所述取样监测支路为互为冗余的两条，一条包括依次连接的截止阀V4、气溶胶取样装置AS1、流量计FM3，另一条包括依次连接的截止阀V5、气溶胶取样装置AS2、流量计FM4，流量计FM3和流量计FM4后接手动调节阀VP2，手动调节阀VP2和手动调节阀VP3后接抽气栗TPl，再经截止阀V3后接气溶胶回收装置；
所述待校准气溶胶监测设备装置包括待校准探测器、就地处理显示单元，所述稀释瓶出口端经截止阀V6后依次连接待校准探测器、流量计FM5、手动调节阀VP4，待校准探测器和流量计FM5与就地处理显示单元相连，手动调节阀VP4后接抽气栗TP2，再经截止阀V7后接气溶胶回收装置；
所述稀释瓶出口端设有压力计MM，稀释瓶出口端经截止阀Vl后接气溶胶回收装置；电磁阀EVl、电磁阀EV2、就地处理显示单元、抽气栗均与电气控制与监控台电气连接，将剂量率、流量等各测量和监测信号，电磁阀的开关以及抽气栗的开关等引出到电气控制与监控台，可以实现远程可编程自动控制。
[0023]其中，高纯氮气瓶HPNl为气溶胶发生器提供气源，气溶胶发生器产生单分散放射性气溶胶，通过调节发生器的参数可以实现气溶胶粒径控制。气溶胶发生器自带的流量计可以给出此气路的流量。
[0024]高纯氮气瓶HPN2为稀释气路提供气源，调节阀VPl用来调节稀释气路的流量，并由流量计FMl给出流量。电磁阀EVI和EV2分别控制气溶胶气路和稀释气路的通断。两路气体在稀释瓶中混合，按流量比稀释。
[0025]放射性气溶胶进入标准气溶胶活度浓度测量装置和待校准气溶胶监测设备装置，标准气溶胶活度浓度测量装置中的探测器DET测出气溶胶活度，并由流量计FM2给出的流量信息，通过就地处理显示单元计算出活度浓度并显示。此外，标准气溶胶活度浓度测量装置还提供取样测量方式，由气溶胶取样器ASl和AS2所在支路实现，一般情况下只需打开任意一路进行取样测试。两路支路互为冗余，保证在另一支路更换滤纸、维修等过程中仍能正常取样。两个取样之路通过截止阀V4、V5控制。
[0026]待校准气溶胶监测设备装置用于安装待校准放射性气溶胶检测设备，该待校准放射性气溶胶检测设备可以是单独的探测器，也可以是完整的系统，包括就地处理显示单元、流量计等。待校准气溶胶监测设备装置可对待校准设备的取样气体状态进行控制和监测，同时待校准设备的输出信号可送入就地处理显示单元中进行处理分析和显示，并提供对外的远程数据发送功能，将数据发送给电气控制与监控台。
[0027]气溶胶回收装置用于吸收剩余的放射性物质，出口处通过高灵敏度探测器确保吸收干净。
[0028]在本实施例中，标准气溶胶活度浓度测量装置和待校准气溶胶监测设备装置同时使用，气溶胶稳定后二者的放射性活度浓度一样，具体的校准方法如下: (1)关闭气溶胶发生器后电磁阀EV1，气溶胶发生器的前部气瓶出气口减压阀VCl关闭，该支路暂时不投入工作；
(2)关闭干路截止阀V2、V3和V6、V7，同时打开旁路截止阀Vl，打开稀释支路的气瓶和电磁阀EV2，调节气瓶减压阀VC2和流量调节阀VPl，使得流量满足放射性稀释比，同时稀释瓶处压力计MM显示压力为标准大气压；
(3)采用在线监测或者取样监测，或者两者同时使用，通过以下方式，使得标准气溶胶活度浓度测量装置和待校准气溶胶监测设备装置的取样流量满足要求，同时稀释器处压力计MM的压力保持标况大气压；
(a)若为在线监测，打开截止阀V2、V3和V6、V7，关闭截止阀V1，V4和V5，启动抽气栗TPl和TP2，调节手动调节阀VP3和VP4 ；
(b)若为取样监测，打开截止阀V2、V3、V6、V7和V4，关闭截止阀Vl和V5，启动抽气栗TPl和TP2，调节手动调节阀VP2和VP4；或者打开截止阀V2、V3、V6、V7和V5，关闭截止阀Vl和V4，启动抽气栗TPl和TP2，调节手动调节阀VP2和VP4；
(4)打开电磁阀EVl，将气溶胶发生器内部的饱和室温度和再加热室的温度加热到设置温度，放射性物质加入到发生器的喷雾室中，然后打开减压阀VCl，将发生器气路流量调整至IJ设定值，开始产生放射性气溶胶;并将流量计FM2(在线监测时)/FM3或FM4(取样监测时)和流量计FM5的累积流量清零；
(5 )记录各个状态参量，一段时间后，开始记录标准气溶胶活度浓度测量装置和待校准气溶胶监测设备装置的就地处理显示单元的放射性气溶胶活度浓度的测量结果，该测量结果通过就地处理显示单元根据探测器测得的活度与流量计测得的累积流量值计算得到;根据标准气溶胶活度浓度测量装置和待校准气溶胶监测设备装置的测量结果对待校准探测器进行校准。
[0029]本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。
【主权项】
1.一种放射性气溶胶监测设备的校准系统平台，其特征是:包括气溶胶发生装置、标准气溶胶活度浓度测量装置、待校准气溶胶监测设备装置、气溶胶回收装置、电气控制与监控台，所述气溶胶发生装置包括气溶胶气路和稀释气路，所述气溶胶气路包括依次连接的高纯氮气瓶HPN1、减压阀VC1、气溶胶发生器、电磁阀EVl，气溶胶气路末端与稀释瓶连通，所述稀释气路包括依次连接的高纯氮气瓶HPN2、减压阀VC2、流量计FMl、手动调节阀VPl、电磁阀EV2，稀释气路末端与稀释瓶连通； 所述标准气溶胶活度浓度测量装置包括探测器、气溶胶取样装置、就地处理显示单元，所述稀释瓶出口端经截止阀V2后分别与在线监测支路和取样监测支路连通，在线监测支路包括依次连接的探测器、流量计FM2、手动调节阀VP3，探测器和流量计FM2与就地处理显示单元相连，所述取样监测支路包括依次连接的截止阀V4、气溶胶取样装置ASl、流量计FM3、手动调节阀VP2，手动调节阀VP2和手动调节阀VP3后接抽气栗TPI，再经截止阀V3后接气溶胶回收装置； 所述待校准气溶胶监测设备装置包括待校准探测器、就地处理显示单元，所述稀释瓶出口端经截止阀V6后依次连接待校准探测器、流量计FM5、手动调节阀VP4，待校准探测器和流量计FM5与就地处理显示单元相连，手动调节阀VP4后接抽气栗TP2，再经截止阀V7后接气溶胶回收装置； 所述稀释瓶出口端设有压力计MM，稀释瓶出口端经截止阀Vl后接气溶胶回收装置； 电磁阀EVl、电磁阀EV2、就地处理显示单元、抽气栗均与电气控制与监控台电气连接。2.根据权利要求1所述的放射性气溶胶监测设备的校准系统平台，其特征是:所述气溶胶回收装置的出口处设有高灵敏度探测器。3.根据权利要求1所述的放射性气溶胶监测设备的校准系统平台，其特征是:所述取样监测支路为互为冗余的两条，一条包括依次连接的截止阀V4、气溶胶取样装置AS1、流量计FM3，另一条包括依次连接的截止阀V5、气溶胶取样装置AS2、流量计FM4，流量计FM3和流量计FM4后接手动调节阀VP2，手动调节阀VP2和手动调节阀VP3后接抽气栗TP1，再经截止阀V3后接气溶胶回收装置。4.一种如权利要求1所述的放射性气溶胶监测设备的校准系统平台的校准方法，其特征在于该方法包括以下步骤: (I)关闭气溶胶发生器后电磁阀EVl，气溶胶发生器的前部气瓶出气口减压阀VCl关闭，该支路暂时不投入工作； (2 )关闭干路截止阀V2、V3和V6、V7，同时打开旁路截止阀VI，打开稀释支路的气瓶和电磁阀EV2，调节气瓶减压阀VC2和流量调节阀VPl，使得流量满足放射性稀释比，同时稀释瓶处压力计MM显示压力为标准大气压； (3)采用在线监测或者取样监测，或者两者同时使用，通过以下方式，使得标准气溶胶活度浓度测量装置和待校准气溶胶监测设备装置的取样流量满足要求，同时稀释瓶处压力计MM的压力保持标况大气压； (a)若为在线监测，打开截止阀V2、V3和V6、V7，关闭截止阀Vl和V4，启动抽气栗TPl和TP2，调节手动调节阀VP3和VP4 ； (b)若为取样监测，打开截止阀V2、V3、V6、V7和V4，关闭截止阀VI，启动抽气栗TPl和TP2，调节手动调节阀VP2和VP4 ； (4)打开电磁阀EVl，将气溶胶发生器内部的饱和室温度和再加热室的温度加热到设置温度，放射性物质加入到发生器的喷雾室中，然后打开减压阀VCl，将发生器气路流量调整到设定值，开始产生放射性气溶胶；同时，若为在线监测，将流量计FM2和流量计FM5的累积流量清零;若为取样监测，将流量计FM3和流量计FM5的累积流量清零； (5)记录各个状态参量，一段时间后，开始记录标准气溶胶活度浓度测量装置和待校准气溶胶监测设备装置的就地处理显示单元的放射性气溶胶活度浓度的测量结果，该测量结果通过就地处理显示单元根据探测器测得的活度与流量计测得的累积流量值计算得到;根据标准气溶胶活度浓度测量装置和待校准气溶胶监测设备装置的测量结果对待校准探测器进行校准，最终使标准气溶胶活度浓度测量装置和待校准气溶胶监测设备装置的测量结果一致。
【文档编号】G01N33/00GK106054237SQ201610605042
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月28日
【发明人】陈祥磊, 万新峰, 施礼, 裴煜, 刘巍, 程翀, 王益元, 许浒
【申请人】中国船舶重工集团公司第七〇九研究所, 中国船舶重工集团公司第七一九研究所