一种小型固体α源辐照产物收集测量装置与方法与流程

本发明属于辐射测量技术领域，涉及一种小型固体α源辐照产物收集测量装置与方法。

背景技术：

长寿命α放射性元素一般毒性极大，需要在手套箱中完成其收集和测量等全部实验操作。在α射线对溶液的辐照研究中，由于α粒子穿透性弱，因此需要把α源放置于溶液内部或溶于溶液，从而与溶液充分接触缓慢产生辐解气体，最终将辐解气体收集转移到样品瓶中进行定性定量分析。而在放射性实验及放射性元素的储存过程中，需要对放射性溶液的辐解产物进行收集和测量。

中国专利申请cn202166555u公开了一种小型辐解气体收集器，收集器包括圆柱形的收集器主体，收集器主体与法兰相连接，收集器主体与法兰之间设有密封垫圈，法兰上焊接有石墨针型密闭阀门，阀门上设有抽气口。但该装置无法直观的实时连续测量产生的辐解气体总体积，且未对液体辐解产物进行收集测量。

国外文献radiolyticgasgenerationfromcalcinednuclearwaste，g.l.tingey；gas-generationexperimentsforlong-termstorageoftruwastesatwipp，f.s.felicione等也有报道通过测量不锈钢罐内压力变化，采用标准气体状态方程pv＝nrt计算出产生的辐解气体体积。但此类方法无法直观测量辐解气体的体积变化，且通过气压变化进而公式推导得到的体积变化数据为计算值，并不是真实测量产生的气体体积。另外，此类方法所用装置并未设置气体收集部分和液体收集部分。

技术实现要素：

本发明的首要目的是提供一种小型固体α源辐照产物收集测量装置，以能够连续定量的测量产生的微量辐解气体，并且同时能够收集液体辐解产物。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种小型固体α源辐照产物收集测量装置，所述的收集测量装置包括罐体、收集室、连通管、加液管、玻璃刻度指示管、液体取样瓶、气体取样瓶，以及各连接管路，

所述的罐体内设置所述的收集室，所述的收集室用于在底部放入固体α源进行辐照实验；

所述的收集室在侧壁底部连接有所述的连通管；

所述的连通管通过两条所述的连接管路分别连接所述的加液管与所述的玻璃刻度指示管；

所述的收集室在顶部可拆卸的连接所述的液体取样瓶与所述的气体取样瓶。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种小型固体α源辐照产物收集测量装置，其中所述的罐体为圆柱形罐体。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种小型固体α源辐照产物收集测量装置，其中所述的收集室顶部为拱形，以方便辐解气体聚集。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种小型固体α源辐照产物收集测量装置，其中所述的收集测量装置还包括设置在所述的收集室内部底部的不锈钢筛板，用于放置所述的固体α源。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种小型固体α源辐照产物收集测量装置，其中所述的收集测量装置还包括第一阀门、第二阀门，

所述的第一阀门设置在所述的连通管上紧靠所述的收集室端；

所述的第二阀门设置在所述的连通管上的另一端。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种小型固体α源辐照产物收集测量装置，其中所述的收集测量装置还包括第三阀门、第四阀门，

所述的第三阀门设置在所述的连通管与所述的加液管的连接管路上；

所述的第四阀门设置在所述的连通管与所述的玻璃刻度指示管的连接管路上。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种小型固体α源辐照产物收集测量装置，其中：

所述的液体取样瓶带有可伸入所述的收集室内部的输液管，以及连接大气与液体取样瓶的液体引流管；

所述的气体取样瓶带有可伸入所述的收集室内部的输气管，以及连接大气与气体取样瓶的气体引流管。

本发明的第二个目的是提供利用上述装置进行固体α源辐照产物收集测量的方法，以能够连续定量的测量产生的微量辐解气体，并且同时能够收集液体辐解产物。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供利用上述装置进行固体α源辐照产物收集测量的方法，依次包括如下步骤：

(1)固体α源粉末称重后加入所述的收集室内部底部，然后封闭所述的收集室；

(2)从所述的加液管缓慢加入一定浓度硝酸，直至硝酸充满所述的收集室、连通管、加液管与各连接管路，以进行排气，在只保留所述的玻璃刻度指示管与外界相通的情况下，记录所述的玻璃刻度指示管所示体积值；

(3)所述的收集室内部固体α源辐照硝酸产生的气体上升聚集到所述的收集室内部顶部，气体压力使得连通的所述的玻璃刻度指示管内液面上升，读出体积变化数值，即为辐解产气体积；

(4)在所述的收集室顶部接入所述的气体取样瓶收集所述的收集室顶部的辐解气体，在所述的收集室顶部接入所述的液体取样瓶收集所述的收集室内部的辐解液体；

(5)排空所述的收集室、连通管、加液管、玻璃刻度指示管与各连接管路内的硝酸。

在一种优选的实施方案中，本发明提供利用上述装置进行固体α源辐照产物收集测量的方法，其中步骤(4)中，所述的气体取样瓶收集所述的收集室顶部的辐解气体采用排水法，即用气体引流管连接大气与充满蒸馏水的气体取样瓶，此时聚集在收集室顶部的辐解气便被压入气体取样瓶内，气体取样瓶内蒸馏水被气体顶出气体取样瓶，顺着气体引流管流出。

在一种优选的实施方案中，本发明提供利用上述装置进行固体α源辐照产物收集测量的方法，其中步骤(4)中，所述的液体取样瓶收集所述的收集室内部的辐解液体采用排气法，即用液体引流管连接大气与空液体取样瓶，此时收集室内部底部的辐解液体便被压入液体取样瓶内。

本发明的有益效果在于，利用本发明的小型固体α源辐照产物收集测量装置与方法，能够连续定量的测量产生的微量辐解气体，并且同时能够收集液体辐解产物。

本发明利用难溶于硝酸溶液的固体α源，且α辐照性质与其形态无关的特性，设计并提供了一种小型固体α源辐照产物收集与测量装置及其使用方法，大大减轻了α放射性元素对实验仪器、人员及环境的污染，解决了现有技术不能收集并连续测量微量辐解气体、同时无法收集辐解液体的缺陷，实现了微量辐解产物的收集与气体体积的连续测量。

本发明的有益效果具体体现在：

(1)本发明的装置能够实现固体α源的微量辐解气体收集与体积测量，以及辐解液体收集；

(2)本发明采用固态α放射源，大大降低了放射性元素对环境、人员及辐解产物的污染，也便于放射性操作，降低了实验难度；

(3)气体收集室顶部采用拱形结构，利于辐照产生的气体聚集到顶端，便于收集；

(4)通过玻璃刻度指示管实时直观测量收集到的微量辐解气体体积，通过记录产气时间可计算得到产气速率。

附图说明

图1为示例性的本发明的小型固体α源辐照产物收集测量装置的组成图。

图2为具体实施方式中，不同硝酸浓度下，产生的辐解气体体积随时间的变化图。

具体实施方式

示例性的本发明的小型固体α源辐照产物收集测量装置的组成如图1所示，包括罐体9、收集室10、连通管、加液管1、玻璃刻度指示管2、液体取样瓶5、气体取样瓶6、不锈钢筛板12、第一阀门14、第二阀门4、第三阀门13、第四阀门3，以及各连接管路。

圆柱形的罐体9内设置收集室10，收集室10用于在底部放入固体α源进行辐照实验。

收集室10在侧壁底部连接连通管。收集室10顶部为拱形，以方便辐解气体聚集。收集室10内部底部设置不锈钢筛板12，用于放置固体α源(不锈钢筛板12孔径小于固体α源粉末粒径，从而使固体α源保持在收集室10内部)。

连通管通过两条连接管路分别连接加液管1与玻璃刻度指示管2。第一阀门14设置在连通管上紧靠收集室10端，第二阀门4设置在连通管上的另一端，第三阀门13设置在连通管与加液管1的连接管路上，第四阀门3设置在连通管与玻璃刻度指示管2的连接管路上。

收集室10在顶部可拆卸的连接液体取样瓶5与气体取样瓶6。液体取样瓶5带有可伸入收集室10内部的输液管，以及连接大气与液体取样瓶5的液体引流管；气体取样瓶6带有可伸入收集室10内部的输气管，以及连接大气与气体取样瓶6的气体引流管。

利用上述示例性的本发明的小型固体α源辐照产物收集测量装置进行收集测量的方法包括如下步骤。

(1)将称量过的二氧化钚粉末放置于不锈钢筛板12上，加入磁子后旋紧罐体9。

(2)关闭第二阀门4，打开第四阀门3、第三阀门13和第一阀门14。从加液管1加入实验所需一定浓度的硝酸溶液，当硝酸溶液充满收集室10时，开始步骤(3)。

(3)关闭第一阀门14，打开第二阀门4，待有液体从第二阀门4端的排液口流出时，关闭第二阀门4，此时收集室10和管路中充满硝酸液体。

(4)关闭第三阀门13，打开第一阀门14，待玻璃刻度指示管2内的液面无波动后，记录此时刻度体积读数。

(5)打开磁力搅拌器，磁子转动使不锈钢筛板12上的二氧化钚粉末与收集室10内硝酸充分接触。辐照产生的气体辐解产物在收集室10的拱形顶聚集，液体辐解产物溶入硝酸。

(6)实验过程中辐解产生的气体聚集在收集室10拱形顶部，使得玻璃刻度指示管2内部液面上升，记录时间和玻璃刻度指示管2内液体体积变化，刻度差值即为此段时间内产生的总气体量。不同硝酸浓度条件下，辐解产气体积随时间变化见图2。记录一段时间内的体积变化，即为产气速率。

(7)待收集室10聚集足够的辐解气体后，连通收集室10与气体取样瓶6，此时收集室10顶端的辐解气体被硝酸液体压入气体取样瓶6内，气体取样瓶6内事先充满蒸馏水，排水法收集气体。拔掉气体取样瓶6并密封瓶口，完成对辐解气体样品的收集。排空气法收集收集室10内液体时，收集室10内辐解液体通过液体引流管进入到空的液体取样瓶5内，拔掉液体取样瓶5并密封瓶口，完成对辐解液体样品的收集。

(8)完成气体、液体辐解产物的收集后，打开所有阀门，排净收集室10、玻璃刻度指示管2、加液管1及各管路内所有硝酸溶液后，关闭所有阀门，重复步骤(2)到(8)，加入不同浓度硝酸料液，收集不同硝酸浓度下气相辐解产物与辐解液体样品。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。