一种闭式循环的氚在线监测系统及其监测方法与流程

本发明涉及新能源领域，尤其涉及一种闭式循环的氚在线监测系统及其监测方法。

背景技术

氚是一种发出β射线的放射性核素，该核素具有半衰期短，射线能量低的特点。若人们仅受到其外照射，由于β射线射程短，容易屏蔽。但若该核素被人体吸入后极易造成内照射，β射线能量全部沉积于人体造成伤害。在各种类型的核电站中都会产生氚，尤其是重水堆以及熔盐堆更是会产生大量氚。这些反应堆中的氚多以氚化水以及氢氚的形式存在。其中氚化水若被人体吸入极难排除体外，会给人体带来严重的内照射。因此，氚在核电站中的监测是一个重要的问题。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种闭式循环的氚在线监测系统及其监测方法，旨在解决核电站中对氚实时监测的问题。

本发明的技术方案如下：

一种闭式循环的氚在线监测系统，其中，包括待测气体进气及测量回路，吹扫气体进气及测量回路组成，待测气体进气及测量回路与吹扫气体进气及测量回路通过气水分离器100连接，所述气水分离器100的主气路在待测气体进气及测量回路内，气水分离器100的吹扫气路在吹扫气体进气及测量回路内；

所述待测气体进气及测量回路包括待测气体进气气路、待测气体测量回路、加氢气路、加湿气路以及排气气路；

所述吹扫气体进气及测量回路包括吹扫气体进气气路、吹扫气体测量回路以及吹扫气体排气气路。

所述的闭式循环的氚在线监测系统，其中，所述待测气体进气气路包含进气泵101、第一流量控制器102和过滤器103，三者依次连接。

所述的闭式循环的氚在线监测系统，其中，所述待测气体测量回路包括待测气体循环回路、氧化炉之路以及气水分离器支路。

所述的闭式循环的氚在线监测系统，其中，所述待测气体循环回路依次包含第一缓冲瓶104、第一温度湿度压力计105、第一电离室106以及第一循环泵107；

所述氧化炉支路包含氧化炉108；

所述气水分离器支路包含气水分离器主气路。

所述的闭式循环的氚在线监测系统，其中，加氢气路依次包含有第三流量控制器109和储氢合金110。

所述的闭式循环的氚在线监测系统，其中，所述加湿气路依次包含有第四流量控制器111、纯水加湿器112以及第二温度湿度压力计113。

所述的闭式循环的氚在线监测系统，其中，所述排气气路包含第二除湿器114。

所述的闭式循环的氚在线监测系统，其中，所述吹扫气体进气气路依次包含第一压缩气体115以及第二流量控制器116；

所述吹扫气体测量回路依次包含第二缓冲瓶117、气水分离器吹扫气路、第二电离室118以及第二循环泵119；

所述吹扫气体排气回路包含第一除湿器120。

一种闭式循环的氚在线监测方法，其中，包括步骤：

s1.开启进气泵和两个循环泵，并将流量控制器开至最大，使用空气对整个回路中的残余放射性气体进行清洗，之后关闭所有气路、循环泵和进气泵；

s2.调节各流量控制器至设定的流量，开启待测气体进气气路，保持氧化炉气路、气水分离器气路、加氢气路和加湿气路关闭，获取足够待测气体后关闭待测气体进气气路，开启循环泵，使待测气体在待测气体循环回路中循环一段时间达到稳定，使用第一电离室测量其总氚浓度；

s3.将气水分离器气路连入待测气体循环回路，根据需要将加湿气路连入待测气体循环回路，为待测气体进气及循环回路加湿，使用第一温湿度计压力计监视待测气体进气及循环回路内气体参数，调节第二流量控制器至设定值，为吹扫路增加气体，当气路达到一定压力后，关闭第二流量控制器，开启第二循环泵，使得吹扫气体在吹扫气体测量回路中循环，当整个系统运行一段时间，达到稳定后，关闭第二循环泵，使用第二电离室测量吹扫回路氚浓度，使用第二温湿度计压力计监视吹扫气体进气及测量回路内气体参数；

s4.通过吹扫气路及待测气路的气路体积，温度，压力及湿度参数可以将其换算为待测气体中氚化水浓度，将气水分离器从待测气体循环回路中断开，将氧化炉气路及加氢气路连入待测气体循环回路，根据情况开启储氢合金并将第三流量控制器开启到设定值加入适量氢气后关闭，开启第一循环泵及氧化炉，将待测气体测量回路中的氢氚及氢气氧化为氚化水及水；

s5.从待测气体循环回路中断开氧化炉气路和加氢气路，将气水分离器气路和加湿气路连入待测气体循环回路，待第一循环泵工作一段时间气路稳定后开启第二循环泵，再次对气水分离器主气路进行吹扫，整个系统工作一段时间，使用第二电离室测量气路中氚浓度，当第二电离室示数不再变化后，所测得氚的增加量全部来源于主气路中原来的氢氚，从而得到主气路中氢氚的浓度。

有益效果：本发明公开了一种闭式循环的氚在线监测系统，其中，包括待测气体进气及测量回路，吹扫气体进气及测量回路组成，待测气体进气及测量回路与吹扫气体进气及测量回路通过气水分离器连接，所述气水分离器的主气路在待测气体进气及测量回路内，气水分离器的吹扫气路在吹扫气体进气及测量回路内，本发明所述方案，通过使用循环回路提高了氚化水及氢氚在测量段中的氚分布均匀性，提高了氚化水的分离效率，提高了氢氚的氧化率，进而提高了系统氚浓度探测精度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明所述闭式循环的氚在线监测系统的结构框图。

具体实施方式

本发明提供一种闭式循环的氚在线监测系统及其监测方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，为本发明所述闭式循环的氚在线监测系统的结构框图，本发明公开了一种闭式循环的氚在线监测系统，其中，包括待测气体进气及测量回路，吹扫气体进气及测量回路组成，待测气体进气及测量回路与吹扫气体进气及测量回路通过气水分离器连接，所述气水分离器的主气路在待测气体进气及测量回路内，气水分离器的吹扫气路在吹扫气体进气及测量回路内；

所述待测气体进气及测量回路包括待测气体进气气路、待测气体测量回路、加氢气路、加湿气路以及排气气路；

所述吹扫气体进气及测量回路包括吹扫气体进气气路、吹扫气体测量回路以及吹扫气体排气气路。

进一步的，所述的闭式循环的氚在线监测系统，其中，所述待测气体进气气路包含进气泵、第一流量控制器和过滤器，三者依次连接。

进一步的，所述的闭式循环的氚在线监测系统，其中，所述待测气体测量回路包括待测气体循环回路、氧化炉之路以及气水分离器支路。

进一步的，所述的闭式循环的氚在线监测系统，其中，所述待测气体循环回路依次包含第一缓冲瓶、第一温度湿度压力计、第一电离室以及第一循环泵；

所述氧化炉支路包含氧化炉；

所述气水分离器支路包含气水分离器主气路。

所述的闭式循环的氚在线监测系统，其中，加氢气路依次包含有第三流量控制器和储氢合金。

进一步的，所述的闭式循环的氚在线监测系统，其中，所述加湿气路依次包含有第四流量控制器、纯水加湿器以及第二温度湿度压力计。

进一步的，所述的闭式循环的氚在线监测系统，其中，所述排气气路包含第二除湿器。

进一步的，所述的闭式循环的氚在线监测系统，其中，所述吹扫气体进气气路依次包含第一压缩气体以及第二流量控制器；

所述吹扫气体测量回路依次包含第二缓冲瓶、气水分离器吹扫气路、第二电离室以及第二循环泵；

所述吹扫气体排气回路包含第一除湿器。

一种闭式循环氚在线监测系统，包括：待测气体进气及测量回路，吹扫气体进气及测量回路组成。

连接关系为：待测气体进气及测量回路与吹扫气体进气及测量回路通过气水分离器连接，气水分离器的主气路在待测气体进气及测量回路内，气水分离器的吹扫气路在吹扫气体进气及测量回路内；

待测气体进气及测量回路包括：待测气体进气气路、待测气体测量回路、加氢气路、加湿气路以及排气气路；待测气体进气气路包含进气泵、流量控制器-1和过滤器，三者依次连接。待测气体测量回路包含有待测气体循环回路、氧化炉支路以及气水分离器支路。其中待测气体循环回路包含第一缓冲瓶、第一温度湿度压力计、第一电离室以及第一循环泵。氧化炉支路包含有氧化炉，气水分离器支路包含有气水分离器主气路。加氢气路依次包含第三流量控制器和储氢合金，加湿气路依次包含第四流量控制器、纯水加湿器以及第二温度湿度压力计。待测气体排气气路，其包含第二除湿器。

连接关系为：待测气体进气气路连接在第一循环泵与第一缓冲瓶之间。氧化炉支路与气水分离器支路并联在待测气体循环回路的第一电离室与第一循环泵之间。加氢气路与加湿器路并联共用同一个第二压缩气体，一起连接在第一电离室后。待测气体排气气路连接在第一电离室后。

吹扫气体进气及测量回路包括：吹扫气体进气气路、吹扫气体测量回路以及吹扫气体排气气路。其中吹扫气体进气气路包含第一压缩气体以及第二流量控制器；吹扫气体测量回路包含第二缓冲瓶、气水分离器吹扫气路、第二电离室以及第二循环泵；吹扫气体排气回路包含第一除湿器。

连接关系为：吹扫气体进气气路连接在第二循环泵后与第二缓冲瓶之间，吹扫气路排气气路连接在第二电离室与第二循环泵之间。

一种闭式循环的氚在线监测方法，其中，包括步骤：

s1.开启进气泵和两个循环泵，并将流量控制器开至最大，使用空气对整个回路中的残余放射性气体进行清洗，之后关闭所有气路、循环泵和进气泵；

s2.调节各流量控制器至设定的流量，开启待测气体进气气路，保持氧化炉气路、气水分离器气路、加氢气路和加湿气路关闭，获取足够待测气体后关闭待测气体进气气路，开启循环泵，使待测气体在待测气体循环回路中循环一段时间达到稳定，使用第一电离室测量其总氚浓度；

s3.将气水分离器气路连入待测气体循环回路，根据需要将加湿气路连入待测气体循环回路，为待测气体进气及循环回路加湿，使用第一温湿度计压力计监视待测气体进气及循环回路内气体参数，调节第二流量控制器至设定值，为吹扫路增加气体，当气路达到一定压力后，关闭第二流量控制器，开启第二循环泵，使得吹扫气体在吹扫气体测量回路中循环，当整个系统运行一段时间，达到稳定后，关闭第二循环泵，使用第二电离室测量吹扫回路氚浓度，使用第二温湿度计压力计监视吹扫气体进气及测量回路内气体参数；

s4.通过吹扫气路及待测气路的气路体积，温度，压力及湿度参数可以将其换算为待测气体中氚化水浓度，将气水分离器从待测气体循环回路中断开，将氧化炉气路及加氢气路连入待测气体循环回路，根据情况开启储氢合金并将第三流量控制器开启到设定值加入适量氢气后关闭，开启第一循环泵及氧化炉，将待测气体测量回路中的氢氚及氢气氧化为氚化水及水；

s5.从待测气体循环回路中断开氧化炉气路和加氢气路，将气水分离器气路和加湿气路连入待测气体循环回路，待第一循环泵工作一段时间气路稳定后开启第二循环泵，再次对气水分离器主气路进行吹扫，整个系统工作一段时间，使用第二电离室测量气路中氚浓度，当第二电离室示数不再变化后，所测得氚的增加量全部来源于主气路中原来的氢氚，从而得到主气路中氢氚的浓度。

本发明所述方法首先使用监测待测样品总氚浓度，通过气水分离器分离出氚化水并测量其浓度得到待测气体中氚化水浓度，再将待测气体氧化使氢氚转化为氚化水，再次使用气水分离器分离出新生成的氚化水，通过测量新生成的氚化水得到氢氚的浓度。剩余气体即为放射性惰性气体。在进行测量总氚浓度和测量吹扫气体放射性物质浓度时采用闭式循环设计，减少吹扫气体用量。在进行气水分离时加入适量水气将湿度提升到5％以上以实现更好的气水分离效果，在氧化氢氚时根据需要使用储氢合金向回路中加入适量氢气，将氢气含量提升到1％以上以提高氢氚氧化效果。

具体的，在系统一次运行前，保持所有气路通畅，开启进气泵和两个循环泵，并将流量控制器开至最大。使用空气对整个回路中的残余放射性气体进行清洗。之后关闭所有气路、循环泵和进气泵。

在系统一次运行时，调节各流量控制器至设定的流量。开启待测气体进气气路，保持氧化炉气路、气水分离器气路、加氢气路和加湿气路关闭。获取足够待测气体后关闭待测气体进气气路。开启循环泵，使待测气体在待测气体循环回路中循环一段时间达到稳定，使用第一电离室测量其总氚浓度。将气水分离器气路连入待测气体循环回路。根据需要将加湿气路连入待测气体循环回路，为待测气体进气及循环回路加湿。使用第一温湿度计压力计监视待测气体进气及循环回路内气体参数。调节第二流量控制器至设定值，为吹扫路增加气体。当气路达到一定压力后，关闭第二流量控制器，开启第二循环泵，使得吹扫气体在吹扫气体测量回路中循环。当整个系统运行一段时间，达到稳定后，关闭第二循环泵。使用第二电离室测量吹扫回路氚浓度，使用第二温湿度计压力计监视吹扫气体进气及测量回路内气体参数。通过吹扫气路及待测气路的气路体积，温度，压力及湿度参数可以将其换算为待测气体中氚化水浓度。将气水分离器从待测气体循环回路中断开，将氧化炉气路及加氢气路连入待测气体循环回路。根据情况开启储氢合金并将第三流量控制器开启到设定值加入适量氢气后关闭。开启第一循环泵及氧化炉，将待测气体测量回路中的氢氚及氢气氧化为氚化水及水。从待测气体循环回路中断开氧化炉气路和加氢气路，将气水分离器气路和加湿气路连入待测气体循环回路。待第一循环泵工作一段时间气路稳定后开启第二循环泵，再次对气水分离器主气路进行吹扫。整个系统工作一段时间，使用第二电离室测量气路中氚浓度，当第二电离室示数不再变化后，所测得氚的增加量全部来源于主气路中原来的氢氚，从而得到主气路中氢氚的浓度。

系统一次运行结束后开启所气路，循环泵及流量控制器，对整个回路进行吹扫。

系统运行前需详细计算管路内气体体积，实验时需详细记录稳定状态下的管路内温湿度及压力情况以及记录流入管路中的各种气体质量。

综上所述，本发明公开了一种闭式循环的氚在线监测系统，其中，包括待测气体进气及测量回路，吹扫气体进气及测量回路组成，待测气体进气及测量回路与吹扫气体进气及测量回路通过气水分离器连接，所述气水分离器的主气路在待测气体进气及测量回路内，气水分离器的吹扫气路在吹扫气体进气及测量回路内，本发明所述方案，通过使用循环回路提高了氚化水及氢氚在测量段中的氚分布均匀性，提高了氚化水的分离效率，提高了氢氚的氧化率，进而提高了系统氚浓度探测精度。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。