一種便攜式放射性元素富集采樣裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種便攜式放射性元素富集采樣裝置和方法，所述裝置包括：水泵，用于將水樣自被采樣水體中抽出，并使所述水樣流入富集器；富集器，其內(nèi)部包括吸附器，用于利用所述吸附器對流入的水樣進行放射性元素富集采樣。本發(fā)明可以直接抽采環(huán)境水樣，將環(huán)境水樣中極低含量的放射性同位素富集起來，為達到后續(xù)測量靈敏度累積足夠活度的放射性同位素，尤其可以針對銫同位素的采樣和收集。本發(fā)明替代了搬運大體積水樣到實驗室的傳統(tǒng)采樣方法，體積小巧、結構緊湊、便于攜帶和運輸。
【專利說明】一種便攜式放射性元素富集采樣裝置及方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及核科學【技術領域】，尤其涉及一種便攜式放射性元素富集采樣裝置及方法。

【背景技術】
[0002]隨著我國和世界經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，核能成為不可替代的主力能源之一，在全世界能源結構中的比重日益增大。但核能利用帶來的最重要的風險就是在事故狀態(tài)下可能對環(huán)境造成放射性污染，這種污染的直接后果就是對人居環(huán)境和食品安全的威脅。1986年前蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故和2011年日本福島核事故無一不留給人們慘痛的教訓和高昂的成本。而迫于能源供應安全，當前，我國重啟核能戰(zhàn)略，目前在建核電廠裝機容量全世界第一。
[0003]目前全世界在運行和在建的商用反應堆無一例外是以鈾235為核燃料的裂變反應堆，一旦發(fā)生核燃料失去安全屏障的事故，這類反應堆的裂變產(chǎn)物中，綜合考慮到既有較長的半衰期(環(huán)境影響持久)，又有較高的產(chǎn)額和較高的釋放率(可大量進入環(huán)境)，其中銫同位素無疑是需要被首要關注的對象。因此，從一定程度上講，銫同位素是目前民用核能利用項目對環(huán)境放射性污染風險最大的項目，這一點也得到了歷次核事故的印證，也得到了世界各核能利用大國的認同。因此，環(huán)境中的銫同位素的監(jiān)測結果可以在很大程度上反映核事故對環(huán)境的放射性污染程度。
[0004]由于冷卻的需要，目前所有核電站都修建在水源充足的地址，如沿海、沿河、沿湖等處。因此，核事故極有可能伴隨著銫同位素對水體的污染，而水體污染又是水生物、海洋食品污染的根本原因，進而對公眾輻射防護和食品安全產(chǎn)生直接威脅。因此，環(huán)境水體中銫同位素活度的監(jiān)測成為了核事故后環(huán)境監(jiān)測的首要任務。通常，由于水體的稀釋作用，在遠離事故現(xiàn)場的水域(例如我國沿海水域相對于日本福島核事故現(xiàn)場)，核事故釋放出且隨后隨洋流或大氣沉降到達的銫同位素含量可能極低(如略高于本底水平)。以現(xiàn)有的分析技術，需要將大體積水體運回實驗室，完成銫同位素的分離和富集，才能達到分析儀器的靈敏度，這將耗費大量的人力、財力和時間，流程復雜、效率低、經(jīng)濟性差是這類分析技術的最大缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種便攜式放射性元素富集采樣裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術中放射性元素分析流程復雜，效率低下的技術問題。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種便攜式放射性元素富集采樣裝置，包括:
[0007]水泵，用于將水樣自被采樣水體中抽出，并使所述水樣流入富集器；
[0008]富集器，其內(nèi)部包括吸附器，用于利用所述吸附器對流入的水樣進行放射性元素富集采樣。
[0009]進一步地，所述裝置還包括:
[0010]前置過濾器，位于所述被采樣水體中，與所述水泵的抽水管相連，用于對所述水樣進行前置過濾。
[0011]進一步地，所述富集器為:
[0012]多級富集器，其內(nèi)部分別包括所述吸附器，用于對流入的水樣進行多級采樣。
[0013]進一步地，在所述水泵和所述富集器之間還包括:
[0014]過濾器，包括一級或多級，用于對所述水樣進行一級或多級過濾。
[0015]進一步地，當所述過濾器包括一級過濾器和二級過濾器時，所述一級過濾器內(nèi)包括:25 μ m聚丙烯纖維濾芯，所述二級過濾器內(nèi)包括:5 μ m聚丙烯纖維濾芯。
[0016]進一步地，在所述水泵和所述富集器之間還包括:
[0017]分壓器，用于使所述水樣以預設流速流入所述富集器。
[0018]進一步地，所述預設流速為:500L/h?1000L/h。
[0019]進一步地，所述裝置對所述水樣的采樣量為:500?2000L ；
[0020]和/或，所述裝置還包括:流速計和/或流量計，用于對所述水樣的流速和/或流量進行測量。
[0021]進一步地，所述吸附器為:
[0022]滲透有亞鐵氰化鈷鉀顆粒的微孔棉質(zhì)介質(zhì)。
[0023]本發(fā)明還提供利用上述任一項所述的便攜式放射性元素富集采樣裝置的便攜式放射性元素富集采樣方法，所述方法包括:
[0024]利用水泵將水樣自被采樣水體中抽出，并使所述水樣流入富集器；
[0025]利用包含吸附器的富集器對流入的水樣進行放射性元素富集采樣。
[0026]可見，在本發(fā)明所提供的便攜式放射性元素富集采樣裝置和方法中，可以直接抽采環(huán)境水樣，如海水、河水、湖水、水庫水等，經(jīng)過特殊制備的吸附器，將環(huán)境水樣中極低含量的放射性同位素富集起來，為達到后續(xù)測量靈敏度累積足夠活度的放射性同位素，尤其可以針對銫同位素的采樣和收集。本發(fā)明替代了搬運大體積水樣到實驗室的傳統(tǒng)采樣方法，采用現(xiàn)場抽水采樣的便捷方式，避免了對成分復雜水樣(如海水)中放射性同位素的復雜化學分離過程。本發(fā)明實施例能夠自帶動力，不依賴于電網(wǎng)和外部動力支持，可以滿足野夕卜、船上、碼頭、漁場等環(huán)境下的采樣要求，且體積小巧、結構緊湊、便于攜帶和運輸。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1是本發(fā)明實施例便攜式放射性元素富集采樣裝置的基本結構示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明實施例便攜式放射性元素富集采樣裝置的一個優(yōu)選結構示意圖；
[0030]圖3是本發(fā)明實施例1便攜式放射性元素富集采樣裝置的結構示意圖；
[0031]圖4是本發(fā)明實施例1便攜式放射性元素富集采樣裝置中吸附器的制備裝置示意圖；
[0032]圖5是本發(fā)明實施例2便攜式放射性元素富集采樣方法的基本流程示意圖。

【具體實施方式】
[0033]為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0034]本發(fā)明實施例首先提供一種便攜式放射性元素富集采樣裝置，參見圖1，包括:
[0035]水泵I，用于將水樣自被采樣水體2中抽出，并使所述水樣流入富集器3 ；
[0036]富集器3，其內(nèi)部包括吸附器4，用于利用所述吸附器4對流入的水樣進行放射性元素富集采樣。
[0037]可選地，裝置還可以包括:前置過濾器5，如圖2所示，位于被采樣水體2中，與水泵I的抽水管相連，用于對水樣進行前置過濾。
[0038]可選地，富集器3可以為:多級富集器，其內(nèi)部分別包括吸附器4，用于對流入的水樣進行多級采樣。
[0039]可選地，在水泵I和富集器3之間還可以包括:過濾器6，過濾器6可以包括一級或多級，用于對水樣進行一級或多級過濾。
[0040]可選地，當過濾器6包括一級過濾器和二級過濾器時，一級過濾器內(nèi)可以包括:25 μ m聚丙烯纖維濾芯，二級過濾器內(nèi)可以包括:5 μ m聚丙烯纖維濾芯。
[0041]可選地，在水泵I和富集器3之間還可以包括:分壓器7，用于使水樣以預設流速流入富集器3。
[0042]其中，預設流速可以為:500L/h?1000L/h。
[0043]可選地，裝置對水樣的采樣量可以為:500?2000L。
[0044]可選地，裝置還可以包括:流速計8和/或流量計9，用于對水樣的流速和/或流量進行測量。
[0045]可選地，吸附器4可以為:滲透有亞鐵氰化鈷鉀顆粒的微孔棉質(zhì)介質(zhì)，以用于采集被采樣水體中的放射性銫元素。
[0046]實施例1:
[0047]本發(fā)明實施例1提供一種便攜式自帶動力的放射性銫元素富集采樣裝置，參見圖3，本實施例裝置包括:前置過濾器5、包含汽油機10的水泵1、分壓器7、流速計8、包含一級過濾器和二級過濾器的過濾器6、包含一級富集器和二級富集器的富集器3，每個富集器3中均包括吸附器4，以及流量計9。
[0048]其中，在本實施例裝置的工作過程中，首先需要利用如圖4所示的裝置制備吸附器4。圖4中，包括多個制備器11、循環(huán)泵12以及循環(huán)泵控制器13、流速計14和儲液槽15。具體的吸附器4制備步驟為:首先將柱狀微孔棉質(zhì)介質(zhì)分別放入多個制備器11中，在儲液槽15內(nèi)加入去離子水，在去離子水中溶解20g亞鐵氰化鉀，在另一燒杯中溶解20g亞硝酸鈷，將上述兩種溶液在儲液槽15內(nèi)攪拌混合，二者反應生成亞鐵氰化鈷鉀懸濁液，使得溶液變成醬紅色。
[0049]利用循環(huán)泵控制器13啟動循環(huán)泵12，并利用流速計14控制流速，將亞鐵氰化鈷鉀懸濁液通過反復循環(huán)以滲透進入制備器11中的微孔棉質(zhì)介質(zhì)，并使亞鐵氰化鈷鉀微顆粒固定在其中，直至儲液槽15中的溶液變?yōu)闊o色。取下制備器11，將其中的微孔棉質(zhì)介質(zhì)進行脫水、烘干，制成吸附器4，在室溫下密封保存，以備野外采樣時使用。
[0050]在制備完成吸附器4后，即可利用圖3中所示的裝置進行自帶動力放射性銫現(xiàn)場富集采樣。具體地，可以在一級過濾器中裝入25 μ m聚丙烯纖維濾芯，在二級過濾器中裝入5 μ m聚丙烯纖維濾芯，在一級富集器和二級富集器中裝入預先制備好的吸附器4。
[0051]將水泵I的抽水管與水泵I緊密連接，確保氣密，再將抽水管前端安裝好前置過濾器5，投入被采樣的水體2中，采樣水層深度可以按照具體采樣要求調(diào)整，但前置過濾器5應保持在水面以下。在水泵I中注滿待采集水樣，啟動汽油機10，完全打開分壓器7，關閉其風門，將汽油機10的油門調(diào)至最大，待水抽至水泵I泵體內(nèi)時，分壓器7即有水噴出，此時立即調(diào)整汽油機10的油門，使水樣流速下降至適當值，約為1000L/h，隨后再調(diào)整分壓器7，使流速繼續(xù)變小至約500L/h，并使流速穩(wěn)定保持在500L/h左右。因汽油機10功率變化、海水過濾阻力變化、水位漲落導致吸程變化等因素引起的流速變化通常較小且較緩慢，當由此引起的流速變化超過±5%時，應盡快通過汽油機10油門和分壓器7配合調(diào)回原流速。利用穩(wěn)定流速抽水500?2000L后采樣結束，采樣量不推薦超過2000L，否則可造成放射性元素富集效率的顯著下降。當采樣完畢后，關閉汽油機10，取出吸附器4以備后續(xù)分析過程做相應處理。
[0052]實施例2:
[0053]本發(fā)明實施例2提供一種根據(jù)上述便攜式放射性元素富集采樣裝置的便攜式放射性元素富集采樣方法，參見圖5，包括:
[0054]步驟501:利用水泵將水樣自被采樣水體中抽出，并使所述水樣流入富集器；
[0055]步驟502:利用包含吸附器的富集器對流入的水樣進行放射性元素富集采樣。
[0056]可見，在本發(fā)明實施例所提供的便攜式放射性元素富集采樣裝置和方法中，可以直接抽采環(huán)境水樣，如海水、河水、湖水、水庫水等，經(jīng)過特殊制備的吸附器，將環(huán)境水樣中極低含量的放射性同位素富集起來，為達到后續(xù)測量靈敏度累積足夠活度的放射性同位素，尤其可以針對銫同位素的采樣和收集。本發(fā)明實施例替代了搬運大體積水樣到實驗室的傳統(tǒng)采樣方法，采用現(xiàn)場抽水采樣的便捷方式，避免了對成分復雜水樣(如海水)中放射性同位素的復雜化學分離過程。本發(fā)明實施例能夠自帶動力，不依賴于電網(wǎng)和外部動力支持，可以滿足野外、船上、碼頭、漁場等環(huán)境下的采樣要求，且體積小巧、結構緊湊、便于攜帶和運輸。
[0057]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1.一種便攜式放射性元素富集采樣裝置，其特征在于，包括: 水泵，用于將水樣自被采樣水體中抽出，并使所述水樣流入富集器； 富集器，其內(nèi)部包括吸附器，用于利用所述吸附器對流入的水樣進行放射性元素富集采樣。
2.根據(jù)權利要求1所述的便攜式放射性元素富集采樣裝置，其特征在于，所述裝置還包括: 前置過濾器，位于所述被采樣水體中，與所述水泵的抽水管相連，用于對所述水樣進行前置過濾。
3.根據(jù)權利要求1所述的便攜式放射性元素富集采樣裝置，其特征在于，所述富集器為: 多級富集器，其內(nèi)部分別包括所述吸附器，用于對流入的水樣進行多級采樣。
4.根據(jù)權利要求1所述的便攜式放射性元素富集采樣裝置，其特征在于，在所述水泵和所述富集器之間還包括: 過濾器，包括一級或多級，用于對所述水樣進行一級或多級過濾。
5.根據(jù)權利要求4所述的便攜式放射性元素富集采樣裝置，其特征在于，當所述過濾器包括一級過濾器和二級過濾器時，所述一級過濾器內(nèi)包括:25μπι聚丙烯纖維濾芯，所述二級過濾器內(nèi)包括:5 μ m聚丙烯纖維濾芯。
6.根據(jù)權利要求1所述的便攜式放射性元素富集采樣裝置，其特征在于，在所述水泵和所述富集器之間還包括: 分壓器，用于使所述水樣以預設流速流入所述富集器。
7.根據(jù)權利要求6所述的便攜式放射性元素富集采樣裝置，其特征在于: 所述預設流速為:500L/h?1000L/h。
8.根據(jù)權利要求1所述的便攜式放射性元素富集采樣裝置，其特征在于: 所述裝置對所述水樣的采樣量為:500?2000L ； 和/或，所述裝置還包括:流速計和/或流量計，用于對所述水樣的流速和/或流量進行測量。
9.根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的便攜式放射性元素富集采樣裝置，其特征在于，所述吸附器為: 滲透有亞鐵氰化鈷鉀顆粒的微孔棉質(zhì)介質(zhì)。
10.利用權利要求1-9中任一項所述的便攜式放射性元素富集采樣裝置的便攜式放射性元素富集采樣方法，其特征在于，所述方法包括: 利用水泵將水樣自被采樣水體中抽出，并使所述水樣流入富集器； 利用包含吸附器的富集器對流入的水樣進行放射性元素富集采樣。
【文檔編號】G01N1/34GK104406820SQ201410675568
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權日:2014年11月21日
【發(fā)明者】陸地, 耿金培, 李鈺金, 周德慶, 任義廣 申請人:陸地