一种惰性气体探测系统及方法与流程

1.本发明属于辐射监测技术领域，具体涉及一种惰性气体探测系统及方法。


背景技术：

2.为了保护核电厂工作人员和公共场所免遭放射性辐照，核电厂设置了辐射监测系统(以下简称krt系统)，用于连续监测核电厂区域和空中的悬浮物，以及核电厂工艺过程和排出物的放射性。
3.其中，核电站烟囱排放气体中包括多种射线类型，如来自惰性气体中的β射线和γ射线，通常情况下，受限于电子学部分脉冲计数器与前端处理电路的影响，单一探测器对惰性气体的探测量程较低，一般为3.7
×
103～3.7
×
109bq/m3，该探测量程不能满足核电站对于烟囱排放气体的放射性监测要求。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种惰性气体探测系统，其系统结构简单，设计合理，实现方便，结合探测方法，能够有效应用在核电厂烟囱气载流出物的探测中，扩宽对惰性气体的探测量程，探测精度高，使用效果好，便于推广使用。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种惰性气体探测系统，包括气溶胶与碘过滤器，用于过滤核电厂烟囱气载流出物中的气溶胶和碘；定容气室，用于对过滤后的气体进行取样；第一量程段探测器，用于实现对所述定容气室中惰性气体活动浓度103～109六个数量级跨度的探测量程；第二量程段探测器，用于实现对所述定容气室中惰性气体活动浓度107～10
12
五个数量级跨度的探测量程；数字处理单元，用于处理所述第一量程段探测器和第二量程段探测器的探测数据并进行数据切换；取样泵，用于提供气体取样动力。
6.上述的一种惰性气体探测系统，所述气溶胶与碘过滤器包括互相冗余的第一气溶胶与碘过滤器和第二气溶胶与碘过滤器。
7.上述的一种惰性气体探测系统，所述定容气室的容积约为3l。
8.上述的一种惰性气体探测系统，所述第一量程段探测器包括：第一塑料闪烁体，用于采集所述定容气室中惰性气体放射出的β射线；第一光电倍增管，紧贴所述第一塑料闪烁体设置，用于将采集到的光信号转换为电流信号；第二光电倍增管，紧贴所述第一塑料闪烁体设置，与第一光电倍增管同时工作，用于将采集到的光信号转换为电流信号；第一信号处理单元，与所述第一光电倍增管和第二光电倍增管均连接，用于将所述第一光电倍增管和第二光电倍增管采集的电流信号进行放大和叠加，形成第一脉冲信号。
9.上述的一种惰性气体探测系统，所述第二量程段探测器包括：第二塑料闪烁体，用于采集所述定容气室中惰性气体放射出的β射线；第三光电倍增管，紧贴所述第二塑料闪烁体设置，与第一光电倍增管同时工作，用于将采集到的光信号转换为电流信号；第二信号处
理单元，与所述第三光电倍增管连接，用于将所述电流信号进行积分，形成电压信号；第三信号处理单元，与所述第二信号处理单元连接，用于对所述电压信号进行压频转换，形成第二脉冲信号。
10.上述的一种惰性气体探测系统，所述第一塑料闪烁体的作用面积大于第二塑料闪烁体的作用面积。
11.上述的一种惰性气体探测系统，所述取样泵包括互相冗余的第一取样泵和第二取样泵。
12.本发明还公开了一种惰性气体探测方法，采用上述的探测系统，所述方法包括以下步骤：
13.步骤一、通过所述气溶胶与碘过滤器对核电厂烟囱气载流出物中的气溶胶和碘进行过滤；
14.步骤二、通过所述定容气室对过滤后的气体进行取样；
15.步骤三、通过所述第一塑料闪烁体和第二塑料闪烁体采集取样的惰性气体放射出的β射线；
16.步骤四、通过所述第一光电倍增管、第二光电倍增管和第三光电倍增管分别将采集到的光信号转换为电流信号；
17.步骤五、通过所述第一信号处理单元对第一光电倍增管和第二光电倍增管采集的电流信号进行放大和叠加，形成第一脉冲信号；同时，通过所述第二信号处理单元对第三光电倍增管采集的电流信号进行积分，形成电压信号，再通过第三信号处理单元进行压频转换，形成第二脉冲信号；
18.步骤六、通过所述数字处理单元根据第一脉冲信号和第二脉冲信号计算得到惰性气体活度浓度并进行数据切换，实现九个数量级跨度的探测量程。
19.上述的一种惰性气体探测方法，步骤六中所述进行数据切换的具体过程包括：
20.步骤601、所述数字处理单元根据第一脉冲信号计算惰性气体活度浓度；
21.步骤602、当所述惰性气体活度浓度上升到108数量级时，所述数字处理单元根据第二脉冲信号计算惰性气体活度浓度；
22.步骤603、当所述惰性气体活度浓度下降到108数量级时，所述数字处理单元根据第一脉冲信号计算惰性气体活度浓度。
23.本发明与现有技术相比具有以下优点：
24.1、本发明系统结构简单，设计合理，实现方便。
25.2、本发明设计第一塑料闪烁体，配合第一光电倍增管和第二光电倍增管，以脉冲计数方式实现惰性气体的探测量程为一般的六个数量级的跨度；在此基础上，设计第二塑料闪烁体配合第三光电倍增管，以电流积分方式实现惰性气体的探测，将探测量程的上限提高三个数量级，将六个数量级的跨度扩展为九个数量级的跨度。
26.3、本发明设计第一气溶胶与碘过滤器和第二气溶胶与碘过滤器，一用一备，当一个过滤器需要更换后，使用另一个过滤器，确保整个探测过程的连续性。
27.4、本发明设计第一取样泵和第二取样泵，一用一备，当一台运行过热停机或损坏后，另一台立即启动，保证连续取样和测量。
28.5、本发明能够有效应用在核电厂烟囱气载流出物的探测中，扩宽对惰性气体的探
测量程，探测精度高，使用效果好，便于推广使用。
29.综上所述，本发明系统结构简单，设计合理，实现方便，结合探测方法，能够有效应用在核电厂烟囱气载流出物的探测中，扩宽对惰性气体的探测量程，探测精度高，使用效果好，便于推广使用。
30.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
31.图1为本发明的系统原理框图。
32.附图标记说明:
33.1—气溶胶与碘过滤器；2—定容气室；3—第一量程段探测器；
34.3-1—第一塑料闪烁体；3-2—第一光电倍增管；3-3—第二光电倍增管；
35.3-4—第一信号处理单元；4—第二量程段探测器；4-1—第二塑料闪烁体；
36.4-2—第三光电倍增管；4-3—第二信号处理单元；4-4—第三信号处理单元；
37.5—数字处理单元；6—取样泵。
具体实施方式
38.如图1所示，本发明的惰性气体探测系统，包括气溶胶与碘过滤器1，用于过滤核电厂烟囱气载流出物中的气溶胶和碘；定容气室2，用于对过滤后的气体进行取样；第一量程段探测器3，用于实现对所述定容气室2中惰性气体活动浓度103～109六个数量级跨度的探测量程；第二量程段探测器4，用于实现对所述定容气室2中惰性气体活动浓度107～10
12
五个数量级跨度的探测量程；数字处理单元5，用于处理所述第一量程段探测器3和第二量程段探测器4的探测数据并进行数据切换；取样泵6，用于提供气体取样动力。
39.具体实施时，受限于电子学部分脉冲计数器与前端处理电路的影响，单一探测器脉冲计数电路只能实现六个数量级的跨度，只能够达到3.7
×
103～3.7
×
109bq/m3的探测量程，因此，本实施例通过设计第一量程段探测器3和第二量程段探测器4，实现对核电厂烟囱气载流出物中惰性气体探测的拓宽，为了缓冲和数据平滑，第一量程段探测器3和第二量程段探测器4衔接两个数量级的探测量程，实现探测量程由六个数量级的跨度扩展为九个数量级的跨度。
40.本实施例中，所述气溶胶与碘过滤器1包括互相冗余的第一气溶胶与碘过滤器和第二气溶胶与碘过滤器。
41.具体实施时，通过第一气溶胶与碘过滤器和第二气溶胶与碘过滤器一用一备，当一个过滤器需要更换后，使用另一个过滤器，确保整个探测过程的连续性。
42.本实施例中，所述定容气室2的容积约为3l。
43.本实施例中，如图1所示，所述第一量程段探测器3包括：第一塑料闪烁体3-1，用于采集所述定容气室2中惰性气体放射出的β射线；第一光电倍增管3-2，紧贴所述第一塑料闪烁体3-1设置，用于将采集到的光信号转换为电流信号；第二光电倍增管3-3，紧贴所述第一塑料闪烁体3-1设置，与第一光电倍增管3-2同时工作，用于将采集到的光信号转换为电流信号；第一信号处理单元3-4，与所述第一光电倍增管3-2和第二光电倍增管3-3均连接，用于将所述第一光电倍增管3-2和第二光电倍增管3-3采集的电流信号进行放大和叠加，形成
第一脉冲信号。
44.本实施例中，如图1所示，所述第二量程段探测器4包括：第二塑料闪烁体4-1，用于采集所述定容气室2中惰性气体放射出的β射线；第三光电倍增管4-2，紧贴所述第二塑料闪烁体4-1设置，与第一光电倍增管3-2同时工作，用于将采集到的光信号转换为电流信号；第二信号处理单元4-3，与所述第三光电倍增管4-2连接，用于将所述电流信号进行积分，形成电压信号；第三信号处理单元4-4，与所述第二信号处理单元4-3连接，用于对所述电压信号进行压频转换，形成第二脉冲信号。
45.本实施例中，所述第一塑料闪烁体3-1的作用面积大于第二塑料闪烁体4-1的作用面积。
46.具体实施时，第一塑料闪烁体3-1和第二塑料闪烁体4-1均采用β塑料闪烁体，在β塑料闪烁体的探测面表层紧贴一层10μm的铝膜，用于避光和防止污染晶体，有利于光电倍增管收集闪烁光。
47.本实施例中，所述取样泵6包括互相冗余的第一取样泵和第二取样泵。
48.具体实施时，取样泵6提供气体取样动力，为了避免取样泵6过热，保证连续取样和测量，采用两台取样泵，即第一取样泵和第二取样泵，一用一备，当一台运行过热停机或损坏后，另一台立即启动，可确保整个监测装置取样不会停。
49.本发明的惰性气体探测方法，包括以下步骤：
50.步骤一、通过所述气溶胶与碘过滤器1对核电厂烟囱气载流出物中的气溶胶和碘进行过滤；
51.步骤二、通过所述定容气室2对过滤后的气体进行取样；
52.步骤三、通过所述第一塑料闪烁体3-1和第二塑料闪烁体4-1采集取样的惰性气体放射出的β射线；
53.步骤四、通过所述第一光电倍增管3-2、第二光电倍增管3-3和第三光电倍增管4-2分别将采集到的光信号转换为电流信号；
54.步骤五、通过所述第一信号处理单元3-4对第一光电倍增管3-2和第二光电倍增管3-3采集的电流信号进行放大和叠加，形成第一脉冲信号；同时，通过所述第二信号处理单元4-3对第三光电倍增管4-2采集的电流信号进行积分，形成电压信号，再通过第三信号处理单元4-4进行压频转换，形成第二脉冲信号；
55.步骤六、通过所述数字处理单元5根据第一脉冲信号和第二脉冲信号计算得到惰性气体活度浓度并进行数据切换，实现九个数量级跨度的探测量程。
56.本实施例中，步骤六中所述进行数据切换的具体过程包括：
57.步骤601、所述数字处理单元5根据第一脉冲信号计算惰性气体活度浓度；
58.步骤602、当所述惰性气体活度浓度上升到108数量级时，所述数字处理单元5根据第二脉冲信号计算惰性气体活度浓度；
59.步骤603、当所述惰性气体活度浓度下降到108数量级时，所述数字处理单元5根据第一脉冲信号计算惰性气体活度浓度。
60.本发明使用时，先通过气溶胶与碘过滤器1对核电厂烟囱气载流出物进行过滤，滤除核电厂烟囱气载流出物中的气溶胶和碘；过滤后的气体进入定容气室2，其中，惰性气体中的
85
kr、
133
xe在衰变过程中放射出β射线，β射线中负电子撞击第一塑料闪烁体3-1和第二
塑料闪烁体4-1，产生荧光；第一光电倍增管3-2和第二光电倍增管3-3采集第一塑料闪烁体3-1上的光信号转换为电流信号，并通过第一信号处理单元3-4进行信号放大和叠加，形成第一脉冲信号；同时，第三光电倍增管4-2采集第二塑料闪烁体4-1上的光信号转换为电流信号，并通过第二信号处理单元4-3对电流信号进行积分，形成电压信号，再通过第三信号处理单元4-4进行压频转换，形成第二脉冲信号；最后，数字处理单元5根据第一脉冲信号和第二脉冲信号计算得到惰性气体活度浓度并进行数据切换，实现九个数量级跨度的探测量程。
61.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。