氚水含量测量装置及方法与流程

本发明涉及放射性物质含量测量技术领域，具体而言，涉及一种氚水含量测量装置及方法。本发明还涉及一种氚水含量测量方法。

背景技术：

氚是氢的同位素之一，具有放射性。氚进入人体后会对人体器官造成严重的伤害。氚含量的测量是氚的处理过程中一个不可或缺的环节。

然而现有技术中的氚水含量测量方法得出的精度低且测量结果不稳定。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种氚水含量测量装置，以解决现有技术中的氚水含量测量装置测量精度低的问题。

本发明的另一目的在于提供一种氚水含量测量方法，以解决现有技术中的氚含量测量精度低的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

一种氚水含量测量装置，该测量装置包括具有空腔的温控结构，空腔中设有具有容腔的热惰体，容腔中设有核心测量单元。核心测量单元包括用于容纳含氚样品的样品室和用于容纳对照物的对照室。核心测量单元还包括测量电路，测量电路包括由分别设置于样品室和对照室上的若干热敏元件相互电连接形成的热电单元，以及与热电单元电连接并用于测量热电单元两端电压值的外接电路部分。所述样品室中还设有能够调节其发热功率的校核热源。

进一步地：

热敏元件为帕尔贴，设置于样品室上的热敏元件与设置于对照室上热敏元件串联形成热电单元。

进一步地：

样品室和对照室均由铝构成，其内表面设有金镀层。

进一步地：

样品室和对照室分别通过第一吊杆和第二吊杆悬空吊挂于热惰体中。

进一步地：

温控结构包括温控箱和设置于温控箱中的具有空腔的真空箱。

进一步地：

真空箱通过第一支撑件支撑于温控箱内的底面。

热惰体设置于真空箱中。

进一步地：

本测量装置还包括抽真空结构。

抽真空结构包括分子泵和油封真空泵。

分子泵连通真空箱，油封真空泵连接分子泵。抽真空结构还包括连通真空箱且用于测量真空箱的真空度的真空计。

进一步地：

校核热源包括设置于样品室中的加热电阻和与加热电阻电连接且能够控制加热电阻按设定的发热功率发热的加热电路。

进一步地：

热惰体通过第二支撑件支撑于空腔的底面。

一种氚水含量测量方法，该测量方法基于上述氚水含量测量装置。该测量方法包括以下步骤：

温度设置步骤：启动温控结构，并设置和保持温控结构内部温度恒定；

校核步骤：取一系列大小不同的放热功率值W，依次调节校核热源的放热功率的大小等于上述放热功率，并记录测量电路测量得到的热电单元两端的电压值U；然后绘制热电单元两端的电压值U随放热功率变化的曲线U-W；

含氚样品氚放热功率求取步骤：向样品室中加入定量的含氚样品，向对照室中加入等量的对照物；记录测量电路所示的热电单元两端的电压值稳定时的电压值U2，并在校核步骤中获得的U-W曲线中找出电压值U2对应的放热功率的值W2；

氚含量计算步骤：根据含氚样品氚放热功率求取步骤的结果，通过公式m＝W2/K计算含氚样品中氚的含量；式中：m为样品中氚的含量，K为单位质量的氚的放热功率值。

综上所述，本实施例中的氚水含量测量装置通过温控结构精确控制测量的空腔中的温度，使得其中的热惰体能够保持恒定的温度，样品室中加入的含氚样品辐射放热与温度恒定的热惰体之间形成稳定均匀的热场，对照组与热惰体之间的热场相当于样品室与热惰体之间在含氚样品未放热时的测得值，通过具有由分别设置于样品室和对照室上的若干热敏元件相互电连接形成热电单元的测量电路，可消去其他干扰因素的影响，测得仅由于含氚样品放热带来的影响，可精确地得出含氚样品的放热的功率，进而获得精确的氚含量。另外在实际测量氚样品的放热功率之前，通过校核热源对热电单元的电压-功率曲线进行校核，再通过测量氚样品形成的热场中热电单元两端的电压值反求出氚样品的放热功率，具有测得结果精度高的有益效果。

本实施例中的氚水含量测量方法因基于上述氚水含量测量装置，同样具有测量精度高的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实施例中的氚水含量测量装置的结构示意图；

图2为图1中的温控结构的结构示意图；

图3为图1中的热惰体的结构示意图；

图4为图1中的核心测量单元的结构示意图；

图5为本发明实施例二中的氚水含量测量方法的流程图；

图6为本发明实施例二中的热电单元两端的电压值U随放热功率变化的曲线图。

图标：010-测量装置；100-温控结构；101-空腔；110-温控箱；120-真空箱；130-第一支撑件；140-抽真空结构；141-分子泵；142-油封真空泵；143-真空计；200-热惰体；201-容腔；210-第二支撑件；300-核心测量单元；310-样品室；311-金镀层；320-对照室；330-测量电路；340-热电单元；341-热敏元件；350-外接电路部分；360-第一吊杆；370-第二吊杆；380-校核热源；381-加热电阻；382-加热电路；383-真空电极。

具体实施方式

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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，本发明的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本发明的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

图1为本实施例中的氚水含量测量装置010的结构示意图。请参照图1，本实施例提供一种氚水含量测量装置010，该测量装置010包括具有空腔101的温控结构100，空腔101中设有具有容腔201的热惰体200，容腔201中设有核心测量单元300。

图2是图1中的温控结构100的结构示意图。请参照图2，本实施例中的温控结构100包括温控箱110和设置于温控箱110中的真空箱120。真空箱120通过第一支撑件130支撑于温控箱110内的底面。真空箱120连通有抽真空结构140。抽真空结构140包括用于抽真空的分子泵141和油封真空泵142，以及用于测量真空度的真空计143。分子泵141连通真空箱120，油封真空泵142连接分子泵141。真空计143连通真空箱120，用于测量真空箱120的真空度。上述热惰体200设置于真空箱120中。

温控箱110的作用为保证内部温度恒定，使氚的测量时不会因为外界环境的温度变化而引入内部测量误差，本实施例优选地采用控温精度能达到0.1℃以上的温控箱110。

真空箱120可采用L不锈钢制作而成，并设置成上端开口的箱体和盖合箱体的箱盖通过螺栓和密封圈密封连接的结构。

真空箱120与外界的分子泵141和油封真空泵142相连进行抽真空，使用真空计143进行测真空，其目的是进一步减少内部与外界的热交换。在实施例中，优选地将真空箱120的真空度设置为不高于100Pa。

第一支撑件130优选地采用隔热性能良好的材料，例如塑料制成，以减少内外的热交换，避免影响测量结果的准确性和精度。

图3为图1中的热惰体200的结构示意图。请参见图3，本实施例中的热惰体200可以是采用纯铝制作而成的各处壁厚一致的壳状结构。其内为容腔201。优选地，其壁厚可设置成30-50mm。纯铝具有良好的导热性能，因此，在热惰体200的某一处受热时，其接收到的热量将快速地在热惰体200上传导，使得热量在其上均匀分布，加之热惰体200各处壁厚一致，其壁上各处的温度能始终保持动态稳定，能够使其所产生的热场均匀和稳定，有利于温度控制和后续测量时提高测量精度。热惰体200的壁厚设置得较厚，以保证内部氚辐射的热散发出来被热惰体200吸收后热惰体200温度变化基本为零，以进一步能保证后面热电单元340的测量准确。事实上，由于每克氚的功率为0.324W，放热极少，且通常测量的氚为毫克级，其放热量对热惰体200温度的影响可忽略不计。热惰体200开有接出孔，方便设置于其内的结构、电路的导线等接出。在需要连出的结构、导线等设置好后，可对该接出孔进行隔热处理，如使用隔热性能好的封堵胶封堵该接出孔，以保证热量不会从该接出孔散出影响测量结果的准确性。热惰体200由上端开口的杯状部和盖合该杯状部的盖合部构成。盖合部和杯状部采用沉头方式可拆卸配合，并在两者的配合接缝处采用导热良好的密封胶合，确保两者之间热量的传递和在热惰体200的壁上形成等温体。该连接设置成可拆卸连接方式，以便将样品室310或和对照室320的放入与取出。请配合参见图1，热惰体200通过第二支撑件210支撑于真空箱120的内侧底面。第二支撑件210优选地采用隔热材料制成，以减少热传递，确保测量精度。

在其他实施例中，热惰体200的形状可以为球形壳体、长方体形壳体以及其他任何具有容腔201的封闭或基本封闭的结构。构成本实施例中的热惰体200的材料也可使用铝合金、钛合金、纯铜等金属材料甚至其他任何具有良好导热性能的非金属材料。

图4为图1中的核心测量单元300的结构示意图。请参见图4，本实施例中的核心测量单元300包括用于容纳含氚样品的样品室310和用于容纳对照物的对照室320，还包括测量电路330和校核热源380。

样品室310由铝材料构成，其内表面设有金镀层311。由于本实施例中的测量装置010在使用时，样品室310中的含氚样品在向外辐射时，主要由铝构成的样品室310的内壁受辐射可能被氧化而进行放热。该部分热量将会污染样品的辐射热场，影响测量结果的准确性。而金的性能稳定，在金镀层311的保护下受到辐射时不会发生氧化放热或其他吸热或放热的情况，确保测量的准确。对照室320的结构与样品室310相同，以作为对照组，消去除样品辐射之外的因素影响，修正校核测量结果，提高测量结果的精度。请配合参见图1，样品室310和对照室320分别通过第一吊杆360和第二吊杆370悬空吊挂于热惰体200中。

其中，测量电路330包括由分别设置于样品室310和对照室320上的若干热敏元件341相互电连接形成的热电单元340，以及和热电单元340电连接的外接电路部分350。热敏元件341为帕尔贴。设置于样品室310上的热敏元件341与设置于对照室320上热敏元件341串联形成上述热电单元340。请结合参见图1，用于连接样品室310和对照室320上的热敏元件341的导线可通过设置在热惰体200、真空箱120和温控箱110上的孔洞穿出，在导线设置好后，可采用隔热材料封堵该孔洞。外接电路部分350位于温控结构100之外，其可通过设置在温控结构100上的通孔连接其内的热电单元340。热敏元件341采用帕尔贴，该元件与热电偶工作原理一致，可直接将温度差转化为电压。测量装置010可采用多对热敏元件341串联而成构成热电单元340，例如超过两百对(为表达清晰，本实施例的附图中只示出了数量较少的帕尔帖)，用于测量含氚样品在衰变所释放的功率。外接电路部分350还可包括与热电单元340电连接的直流放大器(图中未示出)，直流放大器可对热电单元340的输出电压进行放大，以提高测量电路330的灵敏度和测量的精度。经测试，本方案中热电单元340的灵敏度为52mV/K,分辨率为0.1mV，可测量的最小温度差为2×10^-6K，测量结构的精度极高，满足工业需要。

校核热源380包括设置于样品室310中的加热电阻381和与加热电阻381电连接的加热电路382，加热电路382可设置于温控结构100之外。本实施例中的校核热源380还包括两个贯穿样品室310的真空电极383，加热电阻381的两端分别连接于两个真空电极383位于样品室310中的连接端，加热电路382的两端分别连接两个真空电极383露在样品室310之外的连接端，从而构成用作校核热源380的电路。

本实施例中的测量装置010在使用时，可先通过校核热源380对热电单元340两端的电压随其受到的热功率辐射的变化曲线，然后通过测量氚样品辐射时引起的热电单元340两端的电压值，再在上述变化曲线中得出该电压值对应的热辐射功率，记为氚样品的热辐射功率。最后可通过公式含氚量＝氚的热辐射功率/单位质量的氚的放热功率，算出样品中氚的含量。

综上所述，本实施例中的测量装置010至少具有以下有益效果：

1)本实施例中的样品室310与对照室320采用铝镀金的方式，既不影响氚水热功率向外部热电单元340的传递，也减少了铝部件表面氧化放热所引起的误差，样品室310与对照室320采用悬挂的方式设置，减少了因热传导而损失的氚放热，增加了测量精度；

2)使用热敏元件341串联而成的热电单元340相较传统的热电偶具有较高的灵敏度与分辨率，能更好测量温度变化，并且可直接以电压形式输出。本测量装置010中的热电单元340灵敏度和分辨率高，可测量温差精度低，因此可测量浓度低的含氚样品

3)本实施例中的温控结构100通过温控箱110精确控制温度，再用真空箱120隔绝环境温度影响，能够使得内部的热场仅收含氚样品放热影响，从而避免环境干扰因素对测量结果的影响，确保测量的精度。

实施例二

本实施例提供一种氚水含量测量方法，该测量方法基于实施例一中所描述的氚水含量测量装置010。请参照图5，该测量方法包括以下步骤：

温度设置步骤：启动温控结构100，并设置和保持温控结构100内部温度恒定；

校核步骤：取一系列大小不同的放热功率值W，依次调节校核热源380的放热功率的大小等于上述放热功率，并记录测量电路330测量得到的热电单元340两端的电压值U；然后绘制热电单元340两端的电压值U随放热功率变化的曲线U-W，该曲线图请参见图6；

含氚样品氚放热功率求取步骤：向样品室310中加入定量的含氚样品，向对照室320中加入等量的对照物；记录测量电路330所示的热电单元340两端的电压值稳定时的电压值U2，并在校核步骤中获得的U-W曲线中找出电压值U2对应的放热功率的值W2；

氚含量计算步骤：根据含氚样品氚放热功率求取步骤的结果，通过公式m＝W2/K计算含氚样品中氚的含量；式中：m为样品中氚的含量，K为单位质量的氚的放热功率值。

本实施例中的含氚样品氚水含量测量方法基于实施例一中氚水含量测量装置010，因此也具有测量精度高的有益效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。