放射性气体在线检测系统、装置的制作方法

本实用新型属于废气检测技术领域，尤其涉及一种放射性气体在线检测系统、装置。

背景技术：

核设施运行过程中产生的气态排放物具有放射性，可称为放射性气体，其中含有的人工放射性核素(即关键核素的活度)属于核安保、设施运行、环保监测的重点关注对象，根据国家法律法规管理要求，气态排放物的放射性活度和关键核素应及时进行量化分析。目前对气态排放物的放射性活度和关键核素量化分析的方式通常为：采用周期性人工取样及总ɑ、总β监测技术进行放射性分析。人工取样是用滤膜连续24小时累积取样，放置4天后采用衰变法进行总ɑ、总β测量，但是采用这种方式，时效性差，难以及时发现尾气排放异常的时段及峰值，不能及时反应工艺运行状态，且无法快速获取关键核素的种类和各自的含量。

因此，亟待提供一种放射性气体在线检测系统，及时检测并反应工艺运行状态。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供了一种放射性气体在线检测系统、装置和方法，以解决现有技术中核设施排放的放射性气体检测工序复杂、时效性差的问题。

本实用新型第一方面提供一种放射性气体在线检测系统，包括：

用于接收并溶解放射性气体的第一溶解吸收装置，所述第一溶解吸收装置内容纳有用于溶解放射性气体中放射性核素的核素吸收溶剂；

用于浓缩溶解了放射性核素的核素吸收溶剂并形成进样溶液的第一浓缩装置，所述第一浓缩装置与所述第一溶解吸收装置连通，以接收所述第一溶解吸收装置中的溶解了放射性核素的吸收溶液；以及

用于检测所述进样溶液中放射性核素的含量的第一电感耦合等离子体质谱，所述第一电感耦合等离子体质谱与所述第一浓缩装置连通，以接收所述第一浓缩装置中的进样溶液。

优选地，所述第一溶解吸收装置包括：第一溶解瓶和用于加热所述溶解瓶的第一加热装置；

优选地，所述第一溶解吸收装置还包括用于检测所述第一溶解瓶温度的第一温度检测装置。

优选地，所述放射性气体在线检测系统还包括：

用于接收并溶解放射性气体的第二溶解吸收装置，所述第二溶解吸收装置内容纳有用于溶解放射性核素的核素吸收溶剂，所述第二溶解吸收装置与所述第一溶解吸收装置连通，以接收被所述第一溶解吸收装置溶解后的放射性气体，并对接收的放射性气体进行二次溶解；

用于浓缩溶解了放射性气体的核素吸收溶剂并形成检测进样溶液的第二浓缩装置，所述第二浓缩装置与所述第二溶解吸收装置连通，以接收所述第二溶解吸收装置内的进行二次溶解后的核素吸收溶剂；以及

用于检测所述检测进样溶液的放射性核素的含量的第二电感耦合等离子体质谱，所述第二电感耦合等离子体质谱与所述第二浓缩装置连通，以接收所述第二浓缩装置中的检测进样溶液。

优选地，所述第二溶解吸收装置包括：第二溶解瓶和用于加热所述溶解瓶的第二加热装置；

优选地，所述第二溶解吸收装置还包括用于检测所述第二溶解瓶温度的第二温度检测装置。

优选地，所述放射性气体在线检测系统还包括：清洗装置，所述第一溶解吸收装置和所述第二溶解吸收装置均与所述清洗装置连通。

优选地，所述清洗装置包括酸液储送灌、酸液阀门、清水储送罐、清水阀门、四通阀、第一清洗泵以及第二清洗泵，

所述酸液储送灌与所述酸液阀门连通，所述清水储送罐与所述清水阀门连通，所述清水阀门、所述酸液阀门、第一清洗泵以及第二清洗泵均与所述四通阀连通，所述第一清洗泵与所述第一溶解吸收装置连通，所述第二清洗泵与所述第二溶解吸收装置连通。

优选地，所述放射性气体在线检测系统还包括：

用于接收并溶解放射性气体的第二溶解吸收装置，所述第二溶解吸收装置内容纳有用于溶解放射性气体中放射性核素的核素吸收溶剂，所述第二溶解吸收装置与所述第一溶解吸收装置连通，以接收被所述第一溶解吸收装置溶解后的放射性气体，并对接收的放射性气体进行二次溶解；

所述第一浓缩装置与所述第二溶解吸收装置连通，以接收所述第二溶解吸收装置中的溶解了所述放射性核素的核素吸收溶剂。

优选地，所述放射性气体在线检测系统还包括：

废液装置，用于容纳废液，所述废液装置与所述第一电感耦合等离子体质谱连通。

优选地，所述放射性气体在线检测系统还包括：用于输送待检测的放射性气体的气体供应组件，所述第一溶解吸收装置与所述气体供应组件连通，以接受所述气体供应组件输送的放射性气体，并将所述放射性气体中的放射性核素溶解于所述核素吸收溶剂中。

优选地，所述气体供应组件包括依次连通的过滤阀、抽气泵以及流量计，所述过滤阀具有供待检测的放射性气体进入的进气口。

本实用新型另一方面提供一种放射性气体在线检测装置，包括：壳体和本实用新型提供的放射性气体在线检测系统，所述放射性气体在线检测系统设置于所述壳体内；

优选地，所述壳体内还设置有酸液检测装置。

本实用新型另一方面还提供一种放射性气体在线检测方法，包括以下步骤：

将待检测的放射性气体通入核素吸收溶剂中，以将所述放射性气体中的放射性核素溶解于所述核素吸收溶剂，以得到放射性核素溶液；

对所述放射性核素溶液浓缩处理，得到进样溶液；

利用电感耦合等离子体质谱对所述进样溶液进行检测，以检测所述进样溶液的放射性核素的含量。

与现有技术相比，本申请提供的放射性气体在线检测系统，解决了核设施排放气体中核素含量低难以测量的问题，并可在线获取核设施气态排放物中的人工放射性核素活度和含量，及时反应工艺运行状态和排放异常情况。核素分析时，利用标准库进行定性和趋势判定，并利用配套的核素特征化因子有效消除其他干扰，增强核素量化数据的可靠性。该技术同时俱备ICP-MS的在线应用和气态排放物中关键核素的高灵敏度检出方法，可同时分析多种元素及其同位素，元素浓度达多个数量级，分析速度非常快，实时程度高，自动化程度较高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1是本实用新型一实施例的放射性气体在线检测系统的原理图；

图2是图1中第一溶解吸收装置的结构示意图；

图3是本实用新型另一实施例的放射性气体在线检测系统的原理图；

图4是图3中放射性气体在线检测系统的结构示意图。

附图中：

10-气体供应组件；11-过滤阀；12-抽气泵；13-流量计；

20-第一溶解吸收装置；21-第一溶解瓶；22-第一加热装置；23-第一阀门；

30-第一浓缩装置；

40-第一电感耦合等离子体质谱；41-第一进样泵；

50-第二溶解吸收装置；51-第二溶解瓶；52-第二加热装置；53-第二阀门；

60-第二浓缩装置；

70-第二电感耦合等离子体质谱；71-第二进样泵；

80-清洗装置；81-酸液储送罐；82-酸液阀门；83-清水储送罐；84-清水阀门；85-四通阀；86-第一清洗泵；87-第二清洗泵；

90-废液装置；91-废液泵。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

针对现有技术中提到的问题，本实用新型的核心思想在于：先将所要检测的放射性气体输送至核素吸收溶剂中进行溶解，然后对核素吸收溶剂进行浓缩以提高放射性核素的浓度，达到ICP-MS(Inductively coupled plasma mass spectrometry，指电感耦合等离子体质谱的意思，通常由ICP焰炬、接口装置、质谱仪组成)装置的检测范围，然后用ICP-MS装置进行量化分析。其中，核素吸收溶剂通常可采用稀硝酸溶液，能够溶解待检测气体中携带的锕系元素以及其它放射性核素，通过调节硝酸浓度、温度及气体流速等参数，优化锕系元素和其它放射性核素的吸收效率，达到在线快速分析的目的。

本实施方式首先提供一种放射性气体在线检测方法，包括以下步骤：

将待检测的放射性气体通入核素吸收溶剂，以将所述放射性气体中的放射性核素溶解于所述核素吸收溶剂，并得到放射性核素溶液；(这里所述的放射性核素溶液也就是溶解了放射性气体的核素吸收溶剂)

对所述放射性核素溶液浓缩处理，得到进样溶液；

利用电感耦合等离子体质谱对所述进样溶液进行检测，以检测所述进样溶液的放射性核素的含量。

ICP-MS装置中的质谱仪在线应用在石油化工、钢铁工业、材料、生物医药等诸多领域均已取得广泛应用，一般采用气态进样或者液态直接进样的方式实现测量分析。而在核设施的放射性气体核素检测分析时，一直难以应用，其原因包括：核设施的放射性气体核素的含量通常低于ICP-MS装置的探测下限，放射性气体直接进样检测通常难以测到放射性核素的含量。鉴于此，实用新型人提出了上述方案，将放射性气体中携带的放射性核素溶解在核素吸收溶剂中，溶解期间，可通过对容纳核素吸收溶剂的容器辅助加热的方式提高其溶解率，另外提高溶解吸收效率的方式还包括调节硝酸浓度、放射性气体流速等参数，以及将这几种方式相互结合的方式。溶解完成之后导入第一浓缩装置进一步浓缩，之后送入ICP-MS装置进行核素含量测量。

通过上述技术方案，可实时获取核设施气态排放物中的人工放射性核素活度和含量，及时反应工艺运行状态和排放异常情况。核素分析时，利用标准库进行定性和趋势判定，并利用配套的核素特征化因子有效消除其他干扰，增强核素量化数据的可靠性。该技术同时俱备ICP-MS的在线应用和气态排放物中关键核素的高灵敏度检出方法，可同时分析多种元素及其同位素，元素浓度达多个数量级，分析速度非常快，实时程度高，自动化程度较高。

基于上述放射性气体在线检测方法，本实施方式中还提供一种放射性气体在线检测系统，结合图1，其示出的是本实施方式中放射性气体在线检测系统的原理图，该放射性气体在线检测系统包括：气体供应组件10，用于输送待检测的放射性气体；第一溶解吸收装置20，用于容纳核素吸收溶剂，所述第一溶解吸收装置20与所述气体供应组件10连通，以接受所述气体供应组件10输送的放射性气体，并将所述放射性气体中的放射性核素溶解于所述核素吸收溶剂中；第一浓缩装置30，用于浓缩溶解了所述放射性核素的核素吸收溶剂，以形成进样溶液，所述第一浓缩装置30与所述第一溶解吸收装置20连通，以接收所述第一溶解吸收装置20中的溶解了所述放射性核素的核素吸收溶剂；以及第一电感耦合等离子体质谱40，用于检测所述进样溶液的放射性核素的含量，所述第一电感耦合等离子体质谱40与所述第一浓缩装置30连通，以接收所述第一浓缩装置30中的进样溶液。上述方案通过气体供应组件10和第一溶解吸收装置20实现了对放射性气体中放射性核素的溶解，进一步通过第一浓缩装置30实现对核素吸收溶剂的去溶再浓缩，形成了符合第一电感耦合等离子体质谱40要求的进样溶液。整个系统联系紧密，便于各个工作流程的及时转换，应用于核设施中，可及时地反应核设施气态排放物中的人工放射性核素活度和含量。在上述方案中，可根据实际需求省去气体供应组件10，也就是说气体供应组件10并非是本方案的必要部件，它也可以由其他装置代替；当省去气体供应组件10时，本领域技术人员在使用该放射性气体在线检测系统时，可直接将一定量的放射性气体通入第一溶解吸收装置20中进行溶解即可。

其中，第一浓缩装置30一般可选用膜去溶装置，当然本领域技术人员还可以实际设计要求选用类似的装置替换膜去溶装置。对于第一浓缩装置30输送至第一电感耦合等离子体质谱40的过程可以由设置在第一电感耦合等离子体质谱40和第一浓缩装置30之间的管路上的第一进样泵41直接输送，若第一电感耦合等离子体质谱内设置有泵体装置，则可以省去第一进样泵41。进一步，为了便于控制液体流动，所述第一浓缩装置30和所述第一溶解吸收装置20之间可设置第一阀门23来控制管路的断开和关闭。

具体地，在上述提供的放射性气体在线检测系统中，所述气体供应组件10包括依次连通的过滤阀11、抽气泵12以及流量计13，所述过滤阀11具有供待检测的放射性气体进入的进气口。过滤阀11可起到对放射性气体过滤的目的，从而保证气流稳定性；流量计13用于检测气体的流量，从而便于控制放射性气体的溶解以及放射性核素含量的计算。

结合图2，图2示出的是图1中第一溶解吸收装置20的结构示意图；为了便于控制核素吸收溶剂的温度，具体地，所述第一溶解吸收装置20包括：第一溶解瓶21和用于加热所述溶解瓶21的第一加热装置22；第一加热装置22包覆在所述第一溶解瓶21的外表面设置，优选地，第一溶解瓶21整体上呈圆柱状，所述第一加热装置22包覆所述第一溶解瓶21圆周面的上，且从第一溶解瓶21的底部包覆所述第一溶解瓶21轴向的二分之一处。进一步，为了便于观察第一溶解瓶21内溶液的颜色变化、液位等，可将第一溶解瓶21设置为透明的瓶子，并在第一加热装置22设置观察窗。

较佳地，为了准确的掌握并控制温度，所述第一溶解吸收装置20还包括用于检测所述第一溶解瓶21温度的第一温度检测装置(未示出)。第一温度检测装置可以为温度计、温度传感器等任意可测量温度的装置。

在上述方案中，放射性气体直接通入第一溶解吸收装置20进行溶解吸收，那么从第一溶解吸收装置20中排出的气体是否还存留有放射性元素，其含量是多少，对于放射性气体中放射性核素的测量有着至关重要的作用，若从第一溶解吸收装置20中排出的气体的放射性核素的含量很低，则说明放射性气体在第一溶解吸收装置20中已经得到充分溶解吸收，若从第一溶解吸收装置20中排出的气体的放射性核素的含量较高，则说明放射性气体在第一溶解吸收装置20中没有得到充分溶解吸收，则可通过调整温度、第一溶解吸收装置20中稀硝酸浓度、气体流量等参数来提高溶解度，从而实现对放射性气体的精准测量。

为了检测第一溶解吸收装置20中放射性气体的溶解程度，可以直接在第一溶解吸收装置20的出气口设置检测装置，也可以采取本实施方式提供的如下技术方案：

继续参阅图1，所述放射性气体在线检测系统还包括：所述第二溶解吸收装置50，用于容纳核素吸收溶剂，所述第二溶解吸收装置50与所述第一溶解吸收装置20连通，以接收被所述第一溶解吸收装置20溶解后的放射性气体，并对接收的放射性气体进行二次溶解；第二浓缩装置60，用于浓缩所述第二溶解吸收装置50内的进行二次溶解后的核素吸收溶剂，以形成检测进样溶液，所述第二浓缩装置60与所述第二溶解吸收装置50连通，以接收所述第二溶解吸收装置50内的进行二次溶解后的核素吸收溶剂；第二电感耦合等离子体质谱70，用于检测所述检测进样溶液的放射性核素的含量，所述第二电感耦合等离子体质谱70与所述第二浓缩装置60连通，以接收所述第二浓缩装置60中的检测进样溶液。若通过第二电感耦合等离子体质谱70检测到核素含量较高，则说明第一溶解吸收装置20对放射性气体核素吸收不完全。

对于上述第二溶解吸收装置50，其结构可与第一溶解吸收装置20相同，具体地，所述第二溶解吸收装置50包括：第二溶解瓶51和用于加热所述溶解瓶51的第二加热装置52；优选地，所述第二溶解吸收装置50还包括用于检测所述第二溶解瓶51温度的第二温度检测装置。对于第二溶解瓶51、第二加热装置52以及第二温度检测装置的具体设置可结合前文第一溶解吸收装置20的具体设置，在此不予赘述。

进一步，为了保证每次测量不受前一次测量的影响，所述放射性气体在线检测系统还包括：清洗装置80，所述第一溶解吸收装置20和所述第二溶解吸收装置50均与所述清洗装置80连通。清洗装置80用于清洗第一溶解吸收装置20以及其下游的所有装置(包括第一阀门23、第一浓缩装置30、第一进样泵41、第一电感耦合等离子体质谱40以及相关的管路等)和所述第二溶解吸收装置50下游的所有装置(包括第二阀门53、第二浓缩装置60、第二进样泵71、第二电感耦合等离子体质谱70以及相关的管路等)。具体地，所述清洗装置80包括酸液储送罐81、酸液阀门82、清水储送罐83、清水阀门84、四通阀85、第一清洗泵86以及第二清洗泵87；所述酸液储送罐81与所述酸液阀门82连通，所述清水储送罐83与所述清水阀门84连通，所述清水阀门84、所述酸液阀门82、第一清洗泵86以及第二清洗泵87均与所述四通阀85连通，所述第一清洗泵86与所述第一溶解吸收装置20连通，所述第二清洗泵87与所述第二溶解吸收装置50连通。

参阅图1，所述放射性气体在线检测系统还包括：废液装置90，用于容纳废液，所述废液装置90与所述第一电感耦合等离子体质谱40连通,，若设置第二电感耦合等离子体质谱70，则可同时连接第二电感耦合等离子体质谱70。另外，可在废液装置90的一个进液口设置废液泵91，废液泵91的进液口连通第一阀门23的出液口和第二阀门53的出液口，从而可利用废液泵91抽吸第一溶解吸收装置20和第二溶解吸收装置50中的废液。而第一电感耦合等离子体质谱40和第二电感耦合等离子体质谱70中的废液则可以直接流入废液装置90，无需泵的输送。其中，废液装置90中可容纳适量的NaOH溶液，以中和酸液。

为了简化整个系统，在另一实施方式中，检测第一溶解吸收装置20中放射性气体的溶解程度的方案如下：

参阅图3，所述放射性气体在线检测系统还包括：所述第二溶解吸收装置50，用于容纳核素吸收溶剂，所述第二溶解吸收装置50与所述第一溶解吸收装置20连通，以接收被所述第一溶解吸收装置20溶解后的放射性气体，并对接收的放射性气体进行二次溶解；所述第一浓缩装置30与所述第二溶解吸收装置50连通，以接收所述第二溶解吸收装置50中的溶解了所述放射性核素的核素吸收溶剂。与前述方案不同的是，本方案中省略了第二浓缩装置60、第二进样泵71、第二电感耦合等离子体质谱70这些部件。第一电感耦合等离子体质谱40可通过第一阀门23和第二阀门53的控制，分别检测第一溶解吸收装置20中的核素吸收溶剂和第二溶解吸收装置50中的核素吸收溶剂。结合图4，其示出的是图3中放射性气体在线检测系统的结构示意图，其空间布置如图4所示，其中，第一进样泵41采用蠕动泵，以精准的控制进液流量。

再本实施方式中还提供一种放射性气体在线检测装置，包括：壳体和本实施方式提供的放射性气体在线检测系统，所述放射性气体在线检测系统设置于所述壳体内。壳体提供容纳空间，用于布置放射性气体在线检测系统，起到保护支撑等作用。在壳体上设置相应的孔，以设置酸液储送罐81的进口、清水储送罐83的进口、废气口、废液口等。

为了监控壳体内管路是否发生液体泄漏，所述壳体内还设置有酸液检测装置。主要用于检测是否有酸液泄漏，如有泄漏，则很容易对壳体等部件造成损坏。酸液检测装置具体可根据所用的核素吸收溶剂进行选择，例如，若选用稀硝酸作为核素吸收溶剂，则可将酸液检测装置设置为NO2检测计。

在本实施方式中，第一阀门23、第二阀门53、四通阀85以及酸液阀门82均可选用耐酸电磁阀，第一进样泵41和第二进样泵71等均可选用耐酸蠕动泵，以适应酸性环境，并准确的控制流量。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应理解，在本实用新型实施例中，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。