[发明专利]一种气体中高浓度氚测量装置及其测量方法

说明书

 

技术领域

本发明属于辐射防护与环境保护技术领域，具体涉及一种气体中高浓度氚测量装置及其测量方法。适用于氚操作手套箱、二级容器及其它氚包容容器内氚浓度的实时测量。

背景技术

氚是氢的唯一放射性同位素，氚衰变发出的β射线最大能量为18.6keV，其平均能量为5.65keV。氚可能对包容材料产生腐蚀，或造成材料性能的退化（脆裂、老化）。而且，氚还能够经过吸入、食入和经完好皮肤渗入进入人体，被人体组织吸收并使之受到内照射危害，由于其放射性危害和它在环境中的特性，在辐射防护监测中，氚的监测日益受到重视。

氚的低能β粒子的穿透能力非常弱，在水中最大射程为6μm，在空气中最大射程仅为5mm，难以用普通的β探测器进行测量，所以要测量氚必须将含氚气体引入探测器的内部进行测量。

目前，针对气体中高浓度氚的测量均是采用的电离室的方法。然而，在氚浓度高时，尤其是氚化水蒸汽存在时，电离室将由于室壁材料对氚的大量吸附而导致电离室本底大大升高（一般情况下将升高2个数量级以上），这在氚浓度连续监测时将直接导致电离室测量结果偏高，无法准确测量。另外，污染后电离室去污较为困难，需要很长时间使电离室本底恢复正常。

发明内容

为了消除现有技术中电离室测氚中由于室壁对氚的吸附而产生的记忆效应，提高高浓度氚测量的准确性，本发明的目的是提供一种气体中高浓度氚测量装置，本发明的另一目的是提供一种气体中高浓度氚测量方法。通过信号补偿的方式消除电离室室壁对氚的吸附而产生的记忆效应，实现气体中高浓度氚的实时测量。

本发明的气体中高浓度氚测量方法是基于不同几何结构的圆柱形在内表面积相同时体积不同的几何原理，设置两个内表面积完全相同的圆柱形电离室，利用其体积差作为电离室系统的灵敏体积进行测量。本发明的测量装置是基于两个电离室构建，两个电离室均为圆柱形，内表面积完全相同，采用相同的材料和工艺加工。在测量时，两个电离室分别加极性相反的饱和电压，使两个电离室分别收集正离子和电子，再进行信号的符合。由于内表面积相同，在经过高浓度氚后电离室室壁对氚的吸附相同，这部分在两个电离室信号符合时可完全消除，即电离室的记忆效应将被有效消除，电离室系统的最终输出信号为两个电离室体积差所输出的信号。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的气体中高浓度氚测量装置，其特点是，所述的测量装置含有两个结构相同的圆柱形的第一电离室、第二电离室。其中，第一电离室包括外壳、第一绝缘件、电离室室壁、第二绝缘件、第一气管、第一收集极、第三绝缘件、第四绝缘件、保护环、第五绝缘件、电离室上盖、第六绝缘件、高压接线柱、螺帽、高压电缆头、信号电缆头、第二气管；其连接关系为，所述收集极位于第一电离室中心轴线上，收集极的下端悬空于第一电离室内部，上端设置有第四绝缘件，收集极的上端与第四绝缘件通过螺帽固定；第四绝缘件外设置有保护环，保护环外设置有第五绝缘件，第五绝缘件设置有电离室上盖；电离室室壁与电离室上盖连接；高压接线柱固定在电离室上盖上；第一气管连接在电离室室壁上，第一气管与离室室壁之间设置有第二绝缘件；所述电离室室壁、电离室上盖均设置于外壳内，电离室室壁与外壳之间设置有第一绝缘件；电离室上盖与底座之间设置有第六绝缘件；高压电缆头与信号电缆头固定在底座侧面；所述第一电离室的收集极、电离室室壁、外壳均为同心设置；

所述第一电离室与第二电离室外壳均固定在底座上；第一电离室通过第二气管与第二电离室连接，第二气管与第一电离室的电离室上盖之间设置有第三绝缘件，第二气管与第二电离室的电离室上盖之间设置有绝缘件；第一电离室的第一收集极与第二电离室的第二收集极通过信号电缆连接。

所述收集极、第四绝缘件、保护环、第五绝缘件、电离室上盖之间均为过盈配合；第二气管、电离室上盖、第三绝缘件之间均为过盈配合；第一气管、电离室室壁、第二绝缘件之间为过盈配合。

所述第四绝缘件、第五绝缘件材料均为聚四氟乙烯；电离室室壁、收集极、保护环、电离室上盖材料均为316L不锈钢。

所述第一电离室与第二电离室的内表面积相同。

所述第一电离室、第二电离室中采用的材料相同。

本发明的气体中高浓度氚测量方法，其特征在于依次包括以下步骤：

①.电离室系统等效体积计算

记第一电离室、第二电离室灵敏体积分别为：                                                和，且，则电离室系统的等效体积为：