一種pig取樣及監(jiān)測系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)和方法，包括取樣回路單元和放射性測量分析控制單元，取樣回路單元包括氣溶膠累積取樣子單元和放射性氣體累積取樣子單元，氣溶膠累積取樣子單元包括過濾器；放射性氣體累積取樣子單元包括氣體累積取樣器和分子濾膜；放射性測量分析控制單元包括HPGe探測器、能譜分析儀和計算機。HPGe探測器同時對上述兩個子單元的放射性進行測量，能譜分析儀對測量信息進行處理并給出放射性能譜信息，放射性能譜信息和取樣回路單元的流量控制信息一并發(fā)送到計算機處理，得到氣載流體各核素的活度濃度。本發(fā)明實現(xiàn)了對氣載流體中PIG進行累積取樣測量，提高了PIG中放射性核素測量的準確度，且具有較好的實時性。
【專利說明】—種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及放射性核素監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]氣溶膠(P)、碘(I)及惰性氣體(G)統(tǒng)稱為PIG。PIG中所含的放射性核素分為天然放射性核素和人工放射性核素。對于核電廠，人工放射性核素產(chǎn)生于反應(yīng)堆中燃料元件的裂變和中子對所接觸材料的活化；當燃料元件破損和一回路泄漏時，人工放射性物質(zhì)可能進入反應(yīng)堆大廳及相關(guān)的通風回路，這些人工放射性物質(zhì)可以以氣溶膠、氣體的形式彌撒在反應(yīng)堆大廳和通風回路中(其中放射性碘同時以氣溶膠和氣體兩種方式存在)，通風回路經(jīng)過處理凈化通過煙?排放到環(huán)境，部分未徹底處理凈化的人工放射性物質(zhì)仍以氣溶膠和氣體的形式通過煙?排放到環(huán)境。通過對工藝管線PIG的監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)工藝設(shè)備設(shè)施的狀況；通過對煙? PIG的監(jiān)測，可評估核設(shè)施對周圍環(huán)境的影響。
[0003]傳統(tǒng)PIG監(jiān)測方案缺點為氣溶膠樣品中部分分子碘被吸附，碘樣品中部分惰性氣體被吸附，取樣的代表性差。由于所監(jiān)測的數(shù)據(jù)無核素識別能力，氣溶膠的監(jiān)測數(shù)據(jù)中，同時混淆天然放射性核素和分子碘的測量數(shù)據(jù)，所測量的數(shù)據(jù)偏大；碘測量數(shù)據(jù)中，部分分子碘被氣溶膠吸附，所測數(shù)據(jù)偏小，但碘吸收體對惰性氣體有吸附能力，所測數(shù)據(jù)又偏大，綜合這些條件，無法判斷放射性碘的測量數(shù)據(jù)是否偏大或偏??；對于惰性氣體，所測數(shù)據(jù)偏小，并且經(jīng)常無法獲得數(shù)據(jù)(所測數(shù)據(jù)小于探測下限)。
[0004]由于傳統(tǒng)PIG監(jiān)測方案的局限性，如果測量數(shù)據(jù)異常，需要現(xiàn)場取樣實驗室分析測量，喪失了監(jiān)測的實時性同時增加工作量及集體劑量。急需一種新的測量方法來取代傳統(tǒng)的監(jiān)測方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)和系統(tǒng)，實現(xiàn)對PIG的實時檢測，提高PIG檢測的準確性。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)，包括取樣回路單元和放射性測量分析控制單元，所述取樣回路單元包括氣溶膠累積取樣子單元和放射性氣體累積取樣子單元，氣溶膠累積取樣子單元包括用于收集氣溶膠的過濾器；放射性氣體累積取樣子單元設(shè)置在過濾器的下方，包括氣體累積取樣器和設(shè)置在氣體累積取樣器下部的分子濾膜；放射性測量分析控制單元包括用于對過濾器和氣體累積取樣器進行放射性測量的HPGe探測器，HPGe探測器與能譜分析儀連接，能譜分析儀與計算機連接。
[0008]進一步，如上所述的一種PIG取樣及檢測系統(tǒng)，所述的氣溶膠累積取樣子單元還包括氣溶膠取樣器，過濾器設(shè)置在氣溶膠取樣器的下方。
[0009]進一步，如上所述的一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)，所述的氣溶膠取樣器為夾層容器，氣載流體由氣溶膠取樣器入口流經(jīng)夾層進入過濾器。
[0010]進一步，如上所述的一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)，所述的過濾器為氣溶膠濾紙。
[0011]進一步，如上所述的一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)，所述的氣溶膠累積取樣子單元還包括用于固定氣溶膠濾紙的濾紙支撐片、以及用于控制氣溶膠濾紙移動的電機。
[0012]進一步，如上所述的一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)，所述氣體累積取樣器為一底部內(nèi)凹的圓柱體，HPGe探測器嵌入在圓柱體的底部內(nèi)凹中。
[0013]再進一步，如上所述的一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)，放射性測量分析控制單元還包括與HPGe探測器連接的電制冷設(shè)備。
[0014]更進一步，如上所述的一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括用于控制氣載流體流動方向的取樣管線回路，所述取樣管線回路包括取樣泵，取樣泵通過取樣管與分子濾膜下方連通，取樣泵與分子濾膜連通的取樣管上還設(shè)有質(zhì)量流量計；取樣泵和質(zhì)量流量計均與計算機連接。
[0015]一種PIG取樣及監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0016](I)氣載流體進入氣溶膠累積取樣子單元，氣載流體中的氣溶膠沉積在過濾器中，過濾后的氣體進氣體累積取樣器中；所述氣流載體中包含PIG ；
[0017](2)過濾后的氣體中的非放射性氣體通過分子濾膜，放射性氣體在氣體累積取樣器中累積；
[0018](3) HPGe探測器對過濾器和氣體累積取樣器中的各放射性核素進行計數(shù)，并將計數(shù)數(shù)據(jù)能譜分析儀中，得到各放射性核素的放射性能譜信息；
[0019](4)將所述放射性能譜信息和取樣回路單元的流量控制信息發(fā)送到計算機處理，得到氣載流體中各放射性核素的活度濃度；所述流量控制信息包括氣流載體在設(shè)定時間內(nèi)的累積流量。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明所述的系統(tǒng)和方法，通過將氣溶膠和放射性氣體進行分別取樣，之后再通過HPGe探測器和能譜分析儀對樣品進行數(shù)量及種類的分析，有效提高了 PIG中放射性核素測量的準確度，且該系統(tǒng)和方法具有較好的實時性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為【具體實施方式】中一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為【具體實施方式】中一種PIG取樣及監(jiān)測方法的流程圖；
[0023]圖3為【具體實施方式】中一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)的示意圖；
[0024]圖中:
[0025]10.氣溶膠累積取樣子單元；11.過濾器；12.氣溶膠取樣器；
[0026]13.濾紙支撐片；14.電機；
[0027]20.放射性氣體累積取樣子單元；21.氣體累積取樣器；22.分子濾膜；
[0028]30.放射性測量分析控制單元；31.HPGe探測器；32.能譜分析儀；
[0029]33.計算機；34.電制冷設(shè)備；35.就地處理單元；
[0030]40.取樣管線回路；41.取樣泵；42.質(zhì)量流量計；
[0031]50.屏蔽體。

【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合說明書附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0033]圖1和圖3示出了本發(fā)明【具體實施方式】中一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)主要包括取樣回路單元和放射性測量分析控制單元30兩大部分，取樣回路單元包括氣溶膠累積取樣子單元10和放射性氣體累積取樣子單元20，氣溶膠累積取樣子單元10包括用于收集氣溶膠的過濾器11 ;放射性氣體累積取樣子單元20設(shè)置在過濾器11的下方，包括氣體累積取樣器21和設(shè)置在氣體累積取樣器21下部的分子濾膜22 ;放射性測量分析控制單元30包括用于對過濾器11和氣體累積取樣器21進行放射性測量的HPGe探測器31，HPGe探測器31與能譜分析儀32連接，能譜分析儀32與計算機33連接。
[0034]其中，所述的氣溶膠累積取樣子單元10還包括氣溶膠取樣器12，過濾器11設(shè)置在氣溶膠取樣器12的下方。本實施方式中的氣溶膠取樣器12為一夾層容器，夾層容器內(nèi)表面光滑，氣載流體由氣溶膠取樣器12入口流經(jīng)夾層進入過濾器11，過濾器11沉積氣流載體中的氣溶膠。本實施方式中的過濾器11為氣溶膠濾紙。氣溶膠累積取樣子單元10還包括用于固定氣溶膠濾紙的濾紙支撐片13、以及用于控制氣溶膠濾紙移動的電機14。電機14按規(guī)定要求轉(zhuǎn)動，移動氣溶膠濾紙，氣溶膠累積取樣子單元10所用材料選用低本底材料。在實際安裝時，可以將氣溶膠濾紙繞在兩端固定的軸上，但兩軸可以轉(zhuǎn)動；電機14通過轉(zhuǎn)動一個軸，另一個軸從動，完成濾紙的更換，電機受控于計算機33。
[0035]本實施方式中的氣體累積取樣器21其形狀為馬林杯形，即一底部內(nèi)凹的圓柱體，HPGe探測器31嵌入在圓柱體的底部內(nèi)凹中，即內(nèi)凹的形狀與探測器外形匹配。本實施方式中馬林杯形的上部中間外層開洞，氣溶膠累積取樣子單元10固定在洞上，分子濾膜22設(shè)置在馬林杯形的下部。馬林杯形內(nèi)層材料采用低質(zhì)量數(shù)材料，馬林杯形夾層內(nèi)表面光滑。所選用的分子濾膜22要求氧氣、氮氣易于通過此膜，氪、氙及有機碘難于通過此膜。
[0036]放射性測量分析控制單元30還包括與HPGe探測器31連接的電制冷設(shè)備34，以及用于接收電機14信息并給電機14提供電源的就地處理單元15，就地處理單元35與計算機33連接。通過電制冷設(shè)備34能夠保證HPGe探測器31連續(xù)運行在低溫狀態(tài)，計算機33通過就地處理單元35控制電機14的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)氣溶膠濾紙的更換。
[0037]此外，本發(fā)明的PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)還包括用于控制氣載流體流動方向的取樣管線回路40，取樣管線回路40包括取樣泵41，取樣泵41通過取樣管與分子濾膜22下方連通，取樣泵41與分子濾膜22連通的取樣管上還設(shè)有質(zhì)量流量計42 ;取樣泵41和質(zhì)量流量計42均與計算機33連接,取樣泵41自動抽出氣流載體使被監(jiān)測的氣流載體沿指定的方向流動。在實際應(yīng)用中，本系統(tǒng)的取樣管線回路40還可以包括用于閥門、壓力表43、壓差表44等部件；取樣管線回路40通過取樣泵41實現(xiàn)氣載流體由氣溶膠取樣器12入口流入，由氣體累積取樣器21下部設(shè)置的分子濾膜22流出，并能實現(xiàn)整個回路的吹掃；質(zhì)量流量計42用于計算被取樣氣載流體的標準體積。如圖3中所示的連接線路中，虛線表示的是電纜，實現(xiàn)為取樣管線。
[0038]由于本發(fā)明適用于放射性物質(zhì)的取樣及監(jiān)測，在溶膠累積取樣子單元10和放射性氣體累積取樣子單元20的外圍還設(shè)有屏蔽體50，如圖3所示。
[0039]本實施方式中的HPGe探測器嵌入在氣體累積取樣器21的底部，用于監(jiān)測馬林杯形(氣體累積取樣器21)及氣溶膠濾紙中的Y放射性物質(zhì)，能譜分析儀32接收HPGe探測器31的信息并給HPGe探測器31提供電源；計算機33接收能譜分析儀32、就地處理單元
35、取樣泵41、質(zhì)量流量計42等部件的信息，同時控制就地處理單元35、取樣泵41、能譜分析儀32等部件的運行方式。
[0040]圖2示出了基于圖3中所示系統(tǒng)的一種PIG取樣及監(jiān)測方法的流程圖，該方法主要包括以下步驟:
[0041]步驟S1:氣載流體進入氣溶膠累積取樣子單元10，氣載流體中的氣溶膠沉積在過濾器11中，過濾后的氣體進氣體累積取樣器21中；所述氣流載體中包含PIG，即氣溶膠P、碘I及惰性氣體G ；
[0042]步驟S2:過濾后的氣體中的非放射性氣體通過分子濾膜22，放射性氣體在氣體累積取樣器21中累積；
[0043]步驟S3 =HPGe探測器對過濾器11和氣體累積取樣器21中的各放射性核素進行計數(shù)，并將計數(shù)數(shù)據(jù)能譜分析儀31中，得到各放射性核素的放射性能譜信息；；
[0044]步驟S4:將所述放射性能譜信息和取樣回路單元的流量控制信息發(fā)送到計算機33處理，得到氣載流體中各放射性核素的活度濃度。
[0045]其中，所述的取樣回路單元的流量控制信息包括氣流載體的流速與時間的對應(yīng)關(guān)系、以及一段時間內(nèi)(設(shè)定時間)的氣流載體的累積流量等信息。能譜信息指被監(jiān)測介質(zhì)(本實施方式中的放射性核素)在被測量時，X軸為能量信息、Y軸為計數(shù)信息形成的曲線。能譜信息通過校準可以給出各放射性核素的活度，各放射性核素的活度除流量控制信息中的的累積流量即可獲得“各放射性核素的活度濃度”。放射性核素活度及放射性核素活度濃度的上述獲取計算方式為現(xiàn)有技術(shù)。
[0046]本實施方式中的計算機33處理根據(jù)放射性能譜信息和取樣回路單元的流量控制信息處理得到放射性核素活度濃度外，還可以綜合接收和處理各方的信息，如電機14的運轉(zhuǎn)信息、取樣泵41的運轉(zhuǎn)信息等，并將處理結(jié)果進行存儲、打印，同時將控制信息傳送到相關(guān)設(shè)備，實現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備的控制；
[0047]在取樣及監(jiān)測過程中，電制冷設(shè)備34，保證HPGe探測器31連續(xù)運行在低溫狀態(tài)；當取樣泵41停止工作后，吹掃氣體啟動，設(shè)備轉(zhuǎn)入維護狀態(tài)；吹掃氣體停止，電機轉(zhuǎn)動，重新更換氣溶膠濾紙，取樣泵41啟動，設(shè)備重新進入測量狀態(tài)。
[0048]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)，包括取樣回路單元和放射性測量分析控制單元(30)，其特征在于:所述取樣回路單元包括氣溶膠累積取樣子單元(10)和放射性氣體累積取樣子單元(20)，氣溶膠累積取樣子單元(10)包括用于收集氣溶膠的過濾器(11);放射性氣體累積取樣子單元(20)設(shè)置在過濾器(11)的下方，包括氣體累積取樣器(21)和設(shè)置在氣體累積取樣器(21)下部的分子濾膜(22);放射性測量分析控制單元(30)包括用于對過濾器(11)和氣體累積取樣器(21)進行放射性測量的HPGe探測器(31)，HPGe探測器(31)與能譜分析儀(32)連接，能譜分析儀(32)與計算機(33)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種PIG取樣及檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的氣溶膠累積取樣子單元(10)還包括氣溶膠取樣器(12)，過濾器(11)設(shè)置在氣溶膠取樣器(12)的下方。
3.如權(quán)利要求2所述的一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的氣溶膠取樣器(12)為夾層容器，氣載流體由氣溶膠取樣器(12)入口流經(jīng)夾層進入過濾器(11)。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的過濾器(11)為氣溶膠濾紙。
5.如權(quán)利要求4所述的一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的氣溶膠累積取樣子單元(10)還包括用于固定氣溶膠濾紙的濾紙支撐片(13)、以及用于控制氣溶膠濾紙移動的電機(14)。
6.如權(quán)利要求1所述的一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述氣體累積取樣器(21)為一底部內(nèi)凹的圓柱體，HPGe探測器(31)嵌入在圓柱體的底部內(nèi)凹中。
7.如權(quán)利要求1所述的一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:放射性測量分析控制單元(30)還包括與HPGe探測器(31)連接的電制冷設(shè)備(34)。
8.如權(quán)利要求1所述的一種PIG取樣及監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)還包括用于控制氣載流體流動方向的取樣管線回路(40)，所述取樣管線回路(40)包括取樣泵(41)，取樣泵(41)通過取樣管與分子濾膜(22)下方連通，取樣泵(41)與分子濾膜(22)連通的取樣管上還設(shè)有質(zhì)量流量計(42);取樣泵(41)和質(zhì)量流量計(42)均與計算機(33)連接。
9.一種PIG取樣及監(jiān)測方法，包括以下步驟: (1)氣載流體進入氣溶膠累積取樣子單元(10)，氣載流體中的氣溶膠沉積在過濾器(11)中，過濾后的氣體進氣體累積取樣器(21)中；所述氣流載體中包含PIG; (2)過濾后的氣體中的非放射性氣體通過分子濾膜(22)，放射性氣體在氣體累積取樣器(21)中累積； (3)HPGe探測器(31)對過濾器(11)和氣體累積取樣器(21)中的各放射性核素進行計數(shù)，并將計數(shù)數(shù)據(jù)能譜分析儀(32)中，得到各放射性核素的放射性能譜信息； (4)將所述放射性能譜信息和取樣回路單元的流量控制信息發(fā)送到計算機(33)處理，得到氣載流體中各放射性核素的活度濃度；所述流量控制信息包括氣流載體在設(shè)定時間內(nèi)的累積流量。
【文檔編號】G01T7/04GK104166154SQ201410295421
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】孫元君, 王勇, 肖代云, 趙衛(wèi)軍, 章愛平 申請人:中國核電工程有限公司