试料采集装置及试料采集方法与流程

本发明涉及在核设施等中用于将分析对象的样品气体采集到试料采集容器的试料采集装置及试料采集方法。

背景技术：

例如，在核设施中的一种即核发电设施中，为了测定从废气的放射性物质放射的放射性浓度，装备有放射性气体监视系统。放射性气体监视系统对设施排气筒的废气进行采样，并将其导入到测定容器，利用低/高范围的放射性测定装置测量从废气中的放射性物质释放的放射性浓度。此时，关于放射性测定装置设为测定对象的放射线水平，从通常时的背景水平的低范围到假设事故等异常时的高范围为止的较宽测定范围作为对象。

在放射性气体监视系统安装有用于采集样品气体(被测定气体)的试料采集装置。试料采集装置在事故等异常时那样预想到放射性浓度上升的情况下，将样品气体采集到设置于该试料采集装置的试料采集容器中。操作者从试料采集装置卸下该试料采集容器，转到分析操作，确定样品气体中包含的放射性物质的核种类等(例如参照专利文献1)。

专利文献1中记载有作为试料采集装置的瓶状采样器装置。专利文献1中，记载有使真空泵动作并将作为试料采集容器的瓶内抽真空之后，将样品气体采集到瓶内(参照专利文献1的[0004]、[0028])。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平6-174605号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

然而，若事故时如假设那样废气的放射性浓度变高，则采集到试料采集容器内的样品气体的放射性浓度变高。于是，从操作者遭受辐射的观点来看，将试料采集容器从试料采集装置卸下较为困难。

本发明是鉴于上述问题完成的，其目的在于提供一种试料采集装置及试料采集方法，即使在样品气体的放射性浓度较高的状况下，也能将样品气体安全地采集到试料采集容器中。

解决技术问题的技术方案

本发明的试料采集装置的特征在于，包括：配管系统，该配管系统用于从测量放射性浓度用的样品气体流过的配管获取采集用的样品气体；安装部，该安装部设置于所述配管系统且用于装卸试料采集容器；设置于所述配管系统的多个开关阀；对所述配管系统进行抽真空的真空泵；及控制单元，该控制单元在将所述试料采集容器安装于所述安装部的状态下控制由所述真空泵进行的所述配管系统内的减压和经由所述开关阀的大气导入，稀释所述试料采集容器内的样品气体浓度。

此外，其它的本发明为一种试料采集方法，该试料采集方法是试料采集装置中的试料采集方法，该试料采集装置包括：配管系统，该配管系统用于从测量放射性浓度用的样品气体流过的配管获取采集用的样品气体；安装部，该安装部设置于所述配管系统且用于装卸试料采集容器；设置于所述配管系统的多个开关阀；及对所述配管系统进行抽真空的真空泵，其特征在于，该试料采集方法包含如下步骤：第1步骤，该第1步骤中，对安装于所述安装部的所述试料采集容器导入从所述配管获取的样品气体；第2步骤，该第2步骤中，切断所述配管系统的与外部连接的流路，并且，在所述试料采集容器与所述配管系统之间开放的状态下，利用所述真空泵对与所述试料采集容器连接的所述配管系统进行减压；第3步骤，该第3步骤中，将所述试料采集容器与所述配管系统之间切断，并利用所述真空泵对被切断的一侧的所述配管系统进行抽真空；及第4步骤，该第4步骤中，将所述试料采集容器与所述配管系统之间开放，并将大气导入至所述配管系统，对所述试料采集容器内的样品气体进行稀释。

发明效果

根据本发明，即使在样品气体的放射性浓度较高的状况下，也能将样品气体安全地采集到试料采集容器中。

附图说明

图1是本实施方式所涉及的放射性气体监视系统的系统图。

图2是表示本实施方式所涉及的试料采集装置的系统图。

图3是用于说明本实施方式的试料采集装置中的事前准备步骤的说明图。

图4是用于说明本实施方式的试料采集装置中的将样品气体导入到试料采集容器内的第1步骤的说明图。

图5是用于说明本实施方式的试料采集装置中的作为气体减压动作的第2步骤的说明图。

图6是用于说明本实施方式的试料采集装置中的作为真空动作的第3步骤的说明图。

图7是用于说明本实施方式的试料采集装置中的作为空气导入动作(前级)的第4步骤的说明图。

图8是用于说明本实施方式的试料采集装置中的作为空气导入动作(后级)的第4步骤的说明图。

图9是用于说明本实施方式的试料采集装置中的作为试料采集容器卸下动作的第5步骤的说明图。

具体实施方式

下面，详细说明本发明的一实施方式(以下简称为“实施方式”)。本实施方式为将试料采集装置与放射性气体监视系统连接的一例，该放射性气体监视系统从核发电设施的设施排气筒(或排气筒管道)对废气进行采样，监视从采样的废气(样品气体)中的放射性物质释放的放射性浓度。

图1是放射性气体监视系统的系统图。放射性气体监视系统具有能以低范围及高范围测定从排气筒20引入的样品气体的放射性浓度的腔室2。然后，引入腔室2的样品气体构成为可通过与该放射性气体监视系统连接的试料采集装置30采集。

放射性气体监视系统包括测定样品气体的放射性浓度的放射性测定装置1。放射性测定装置1包括引导所采样的废气的腔室2、以作为相对较低的范围的低范围作为测定对象的低范围用检测器3、及以相对较高的范围作为测定对象的高范围用检测器4而构成。

如图1所示，放射性测定装置1经由与核发电设施中排出废气的排气筒20连接的采样配管21将废气引导至腔室2，并经由采样配管22使该废气返回到排气筒20内。在排气筒20内插入有作为采样配管21的上游侧的气体获取口的采样喷嘴20a。在采样配管21设置有用于去除废气中包含的颗粒物等的由集尘滤纸及活性炭滤芯等构成的集尘部23。通过排气筒20的废气的一部分从采样喷嘴20a获取，由集尘部23去除颗粒物及碘之后提供给放射性测定装置1的腔室2。图1中，用箭头A示出通过上游侧的采样配管21的样品气体的流动方向。

通过辐射性测定装置1的腔室2后的样品气体通过下游侧的采样管道22返回到排气筒20。图1中，用箭头B示出通过下游侧的采样配管22的样品气体的流动方向。另外，在采样配管22设置有测量采样配管22内的样品气体的流量的流量发信器24、泵27等。利用泵27，控制从采样喷嘴20a获取的样品气体的流动方向，使其经由放射性测定装置1的腔室2返回到排气筒20。

从低范围用检测器3及高范围用检测器4输出的放射线监测信号分别经由对应的前置放大器28、29输出到控制装置25。控制装置25包含中央处理装置(CPU)、ROM、RAM等存储装置而构成，对由前置放大器28、29放大后的微弱的电信号即放射线检测信号进行计数，将其转换成放射性浓度等监视参数并进行显示及记录等。控制装置25中预先存储有将放射线检测信号的计数与放射性浓度(贝克勒尔)对比得到的转换数据，基于从低范围用检测器3及高范围用检测器4发送来的放射线检测信号的计数，可计算出放射性浓度。

另外，图1所示的放射性气体监视系统的结构仅是一例，也可以是其它结构。在图1所示的实施方式中，放射性气体监视系统与排气筒20连接，但也可以与作为排气筒20所连接的最终管道的排气筒管道连接。与排气筒管道连接时的放射性气体监视系统的结构可以与图1不同。

接着，对试料采集装置30的结构进行说明。如图1所示，试料采集装置30与放射性气体监视系统连接，具体而言，与下游侧的采样配管22的分岔系统31连接。试料采集装置30构成为可从分岔系统31采集样品气体，特别构成为可稀释高浓度水平的样品气体。利用图2对试料采集装置30的结构进行说明。图2是试料采集装置30的系统图。

如图2所示，试料采集装置30包括用于获取采集用的样品气体的配管系统10、多个开关阀43、44、54、58、66、67、70、78、调节阀46、68、真空泵69、包含中央处理装置(CPU)、ROM、RAM等存储装置而构成且控制该试料采集装置30的控制单元34。

配管系统10与样品气体流过的采样配管22的分岔系统31连接。分岔系统31从采样配管22的上游侧到下游侧隔开间隔地设置多个分岔配管35、36、37，确保从采样配管22向各分岔配管35、36、37分岔的流路。

在各分岔配管35、36、37的前端部形成有与试料采集装置30侧连接的开口状的连接部35a、36a、37a。在分岔配管35和分岔配管36的中途位置安装有开关阀38、39。在分岔配管35与分岔配管36之间的采样配管22的中途也设置有开关阀40。开关阀38、39、40可以是自动阀，也可以是手动阀。以下，设开关阀38、39、40为自动阀，且由图1所示的控制装置25进行控制来进行说明。即，控制装置25具有如下功能：在采集样品气体时，控制开关阀38、39、40的动作，调整成使得样品气体能从采样配管22及分岔系统31流入到试料采集装置30一侧。另外，作为开关阀38、39、40，举例示出了电动机阀。

配管系统10具有作为第1配管系统的连接系统32，该连接系统32具有能从采样配管22、分岔配管35获取样品气体并将该样品气体返回到分岔配管36、采样配管22的流路。该配管系统10还具有作为第2配管系统的采集系统50、及作为第3配管系统的抽真空系统51，该采集系统50具有从连接系统32分岔的流路并具有作为装卸试料采集容器56的安装部的耦合器57，该抽真空系统51具有从采集系统50分岔的流路并连接有真空泵69。

对连接系统32设置有主配管42。连接系统32的主配管42经由与分岔配管35、36的连接部35a、36a相对的连接部42a、42b连接到分岔系统31。连接系统32的主配管42中，一个连接部42a侧的上游配管部42c、另一连接部42b侧的下游配管部42d、及连接上游配管部42c与下游配管部42d之间的中间配管部42e一体形成。

在上游配管部42c及下游配管部42d各自的中途设置有开关阀43、44。设置有旁通配管45，该旁通配管45连接上游配管部42c和下游配管部42d的中途，配置在比各开关阀43、44要靠近中间配管部42e的一侧，确保了从上游配管部42c经由旁通配管45向下游配管部42d的流路。在旁通配管45的中途设有调节阀46。另外，作为开关阀43、44，举例示出了电磁阀，作为调节阀46，举例示出了针形阀。

试料采集装置30与采集系统50连接。采集系统50与在中途位置分岔的抽真空系统51连接，而抽真空系统51与作为第4配管系统的大气导入系统52连接，该大气导入系统52能通过该抽真空系统51向采集系统50导入大气。

在采集系统50设置具有从中间配管部42e分岔的流路的主配管53。在中间配管部42e与采集系统50的主配管53的连接位置(分岔位置)设置有作为三通阀的开关阀54。在采集系统50的主配管53的前端部设置有用于安装带球阀55的试料采集容器56的耦合器57。在位于开关阀54与耦合器57之间的主配管53的中途设置有开关阀58。该开关阀58从抽真空系统51的分岔位置S来看配置在耦合器57一侧。作为开关阀54、58，举例示出电磁阀。

抽真空系统51包括从与采集系统50的主配管53的分岔位置S沿图2的图示上下方向分岔的主配管62。由此，确保了通过采集系统50的主配管53与抽真空系统51的主配管62之间的流路。抽真空系统51的主配管62在一个端部设置有压力发信器64，在另一端部的与分岔配管37的连接部37a相对的位置设置有开口状的连接部62b。压力发信器64经由电缆等与控制单元34电连接。

此外，在抽真空系统51的主配管62上，在从采集系统50的主配管53的分岔位置S与压力发信器64之间设置有螺旋塞65及开关阀66。此外，在抽真空系统51的主配管62上，在从采集系统50的主配管53的分岔位置S与连接部62b之间，从靠近分岔位置S一侧起安装有开关阀67、调节阀68、真空泵69及开关阀70。真空泵69经由电缆等与控制单元34电连接。另外，作为开关阀67、70，举例示出了电磁阀，作为调节阀68，举例示出了针形阀。

图2所示的各分岔配管35、36、37的连接部35a、36a、37a与连接系统32的主配管42及抽真空系统51的主配管62的连接部42a、42b、62b分别连接并固定。由此，能使样品气体从分岔系统31流入到试料采集装置30内，并使样品气体从试料采集装置30内返回到分岔系统31。

大气导入系统52构成为具有主配管76。大气导入系统52的主配管76与抽真空系统51的主配管62连接，确保了流路。如图2所示，对于大气导入系统52的主配管76，其在开关阀67与真空泵69之间的位置，与抽真空系统51的主配管62连接。

如图2所示，在大气导入系统52的主配管76的端部设置有过滤器77，使得空气能经由过滤器77流入。如图2所示，在大气导入系统52的主配管76的中途设置有开关阀78。另外，作为开关阀78，举例示出电磁阀。

本实施方式的开关阀用于样品气体向配管系统的导入、气体减压及大气导入用的流路的开关控制，对于安装开关阀的配管系统的系统结构、开关阀的数量、开关阀的配置没有限定。

另外，图2所示的开关阀43、44、54、58、66、67、70、78仅仅是例示，可以采用任何结构的阀。此外，开关阀43、44、54、58、66、67、70、78可以是自动阀，也可以是手动阀。在设开关阀43、44、54、58、66、67、70、78为自动阀的情况下，上述开关阀经由电缆等与控制单元34电连接，由此被控制。以下，举例示出开关阀43、44、54、58、66、67、70、78为自动阀的情况进行说明。

利用图3至图9说明在采集作为试料的样品气体时试料采集装置的试料采集动作(试料采集方法)。以下，在图3～图9中，对主要的开关阀标注○×的符号来进行图示。○的标记表示将阀开放而确保了流路的状态，×的标记表示将阀关断而切断了流路的状态。

(事前准备步骤)

如图3所示，设为将试料采集容器56安装于耦合器57的状态。此时，利用控制单元34，使开关阀54处于关断状态，切断连接系统32的主配管42与采集系统50的主配管53之间的流路。开关阀54为三通阀，将开关阀54开放的状态表示连接系统32的主配管42与采集系统50的主配管53之间的流路连通的状态，将开关阀54关断的状态表示连接系统32的主配管42与采集系统50的主配管53之间的流路被切断的状态(连接系统32的主配管42从上游配管部42c经由中间配管部42e到下游配管部42d的流路连通)。利用控制单元34，使开关阀58及开关阀67处于开放状态，使开关阀78处于关断状态。此外，调节阀68进行开度调整，球阀55处于开放状态。由此，采集系统50、试料采集容器56及抽真空系统51处于连接状态。

如上所述，利用控制单元34控制系统开关，并利用控制单元34使真空泵69动作，对抽真空系统51内进行抽真空。由此，能够通过采集系统50来使试料采集容器56的内部为真空。该真空状态确保至样品气体流入试料采集容器56的内部为止。抽真空系统51内的压力由压力发信器64来测量。另外，图3中用虚线示出抽真空后的配管系统部分P1。如图3所示，大气导入系统52中也使得到中途的开关阀78为止为抽真空后的状态。

(样品气体向试料采集容器内的导入：第1步骤)

利用控制装置25，将放射性气体监视系统的分岔系统31的开关阀38、39控制为开放状态，将开关阀40控制为关断状态(参照图4)。

在试料采集装置30的连接系统32中，利用控制单元34使开关阀43、44为开放状态。在经过从图3的状态起到配管内的残留气体置换成样品气体为止的一定时间后，将开关阀54开放，从而确保流路，使得样品气体能够从连接系统32流入采集系统50。

如图4所示，利用控制单元34，将开关阀58控制成开放状态，将开关阀67及开关阀78控制成关断状态。此时，试料采集容器56的球阀55预先设为开放状态。

由此，样品气体从采样配管22通过分岔系统31流入到连接系统32及采集系统50。然后，样品气体从采样系统50导入到试料采集容器56的内部。由此，能将100％浓度的样品气体导入到试料采集容器56内。

此处，若由放射性测定装置1测定的放射性浓度为阈值以下，则可不实施后续的第2步骤至第4步骤，而利用后述的第5步骤卸下试料采集容器56，转移至分析操作。另一方面，若由放射性测定装置1测定的放射性浓度为阈值以上，则利用控制单元34实施后述的稀释动作。即，控制单元34接收来自放射性测定装置1的放射性浓度测量结果，基于该放射性浓度测量结果，决定是否要进行稀释、稀释时的稀释度。此处，说明由放射性测定装置1测定的放射性浓度超过阈值，控制单元34继续实施稀释动作的情况。

(气体减压动作：第2步骤)

接下来，如图5所示，利用控制单元34，将开关阀54控制成关断状态，切断连接系统32与采集系统50之间的流路。由此，残留于连接系统32的样品气体可从中间配管部42e经由下游配管部42d及分岔配管36返回到采样配管22。此外，在控制装置25中，将分岔系统31的开关阀38、39控制成关断状态，将采样配管22的开关阀40控制成开放状态。由此，可确保通过采样配管22的样品气体的流路。

如图5所示，利用控制单元34，将开关阀58及开关阀67控制成开放状态，另一方面，将开关阀78控制成关断状态。此时，球阀55及调节阀68均维持开放状态。即，切断配管系统10的与外部连接的流路，并且，试料采集容器56与配管系统10之间处于开放状态。

然后，利用控制单元34，使真空泵69动作，减压到规定的气体压力为止。由此，对图5的虚线所示的试料采集容器56所连接的配管系统10(配管系统部分P2)进行抽真空。例如，在将采集的样品气体稀释到1/10的情况下，在上述第1步骤中，若获取到试料采集容器56内的样品气体为1个大气压，则利用真空泵69减压到0.1个大气压。减压值可由压力发信器64测量，该测量结果发送到控制单元34。

控制单元34基于来自放射性测定装置1的放射性浓度测量结果决定稀释度，并与该稀释度相匹配地决定减压值。例如，在仅靠将样品气体稀释到1/5就将样品气体稀释到可确保安全性的水平的情况下，在上述第1步骤中，若获取到试料采集容器56内的样品气体为1个大气压，则利用真空泵69减压到0.2个大气压。这样，根据目标稀释度，控制减压的气压。

(真空动作：第3步骤)

接下来，如图6所示，与图5的状态相比，为了将试料采集容器56与配管系统10之间切断，将球阀55关断。其它系统开关状态与图5相同。然后，图6中，利用控制单元34，使真空泵69动作，将图6的虚线所示的切断一侧的配管系统10(配管系统部分P3)控制成真空。另外，关于真空，通过利用压力发信器64正确测定抽真空压力、采集到试料采集容器56内的样品气体压力，可计算确定样品气体的采集量，因此，无需达到绝对真空，即使利用一般的真空泵69也变成1Torr以下。

另外，图6中，由于使试料采集容器56的球阀55为关断状态，因此，试料采集容器56不受真空的影响。即，试料采集容器56的内部在样品气体稀释到1/10的情况下，保持在0.1气压的状态。

(空气导入动作：第4步骤)

接下来，从上述第3步骤起，如图7所示，利用控制单元34，将试料采集容器56与配管系统10之间的开关阀78控制成开放状态。此时，试料采集容器56的球阀55预先设为关断状态。其它系统开关状态与图6相同。

如图7所示，通过将开关阀78开放，可经由过滤器77将大气(大气压的空气)从大气导入系统52导入到抽真空系统51及采集系统50。由此，大气导入系统52、抽真空系统51及采集系统50充满1个大气压的空气。

接下来，如图8所示，打开试料采集容器56的球阀55。由此，空气流入到试料采集容器56内部。此时，试料采集容器56内部已有0.1个大气压的样品气体流入。然后，大气导入系统52、抽真空系统51及采集系统50内处于充满1个大气压的空气的状态，因此，将0.1个大气压的样品气体与0.9个大气压的空气混合，使得试料采集容器56内部也成为1个大气压。其结果是，试料采集容器56内，样品气体处于稀释到1/10的状态。在将试料采集容器56的样品气体稀释到所采集到的原始气体的1/10的情况下，这样结束稀释动作。另一方面，由于样品气体的放射性浓度非常高，因此，有时仅靠1次稀释动作无法使试料采集容器56内的放射性浓度下降到可确保足够的安全性的水平。在此情况下，重复步骤2至步骤4的稀释动作，将试料采集容器56内的样品气体稀释到可确保安全性的水平。然后，重复上述第2步骤至第4步骤，直至达到目标的稀释度。

(试料采集容器卸下动作：第5步骤)

接下来，从图8的状态起，利用控制单元34，将开关阀58控制成关断状态。图8中，将开关阀78也控制成关断状态。然后，使试料采集容器56的球阀55为关断状态，如图9所示，从耦合器57卸下试料采集容器56。

利用上述各动作，可将稀释后的样品气体采集到试料采集容器56，可使安全性及操作性比以往要优良。

此外，利用上述的试料采集装置30的稀释试料用的各动作，可简单且适当地进行试料的稀释。

工业上的实用性

根据本发明的试料采集装置，在事故等异常时，即使被测定气体的放射性浓度达到高浓度水平，也能以稀释状态采集被测定气体，可适当使用于核发电设施等。

符号说明

1 放射性测定装置

2 腔室

3 低范围用检测器

4 高范围用检测器

10 配管系统

20 排气筒

21、22 采样配管

25 控制装置

30 试料采集装置

31 分岔系统

32 连接系统(第1配管系统)

34 控制单元

38、39、40 开关阀

42、53、62、76 主配管

43、44、54、58、66、67、70、78 开关阀

46、68 调节阀

50 采集系统(第2配管系统)

51 抽真空系统(第3配管系统)

52 大气导入系统(第4配管系统)

55 球阀

56 试料采集容器

57 耦合器

64 压力发信器

69 真空泵

77 过滤器