一种放射性气溶胶集成测量装置及方法

本发明涉及放射性核素检测，具体是一种放射性气溶胶集成测量装置及方法。

背景技术：

1、在核动力装置运行期间，一回路压力边界可能由于各种原因发生破损，为判断环境中放射性水平是否正常、一回路压力边界是否泄漏，需要在一回路压力边界外布置如气溶胶探测装置、f-18探测装置等相关监测设备，通过检测放射性核素活度浓度来对环境中放射性水平进行判断，进而判断核动力装置是否产生放射性泄漏。

2、常用的气溶胶探测装置常由取样管路、滤纸、pips（表面钝化离子注入硅）探测器、前置放大器、主放大器及支架等组成。放射性气溶胶经由取样管路于滤纸处富集，pips探测器通过探测放射性气溶胶衰变时产生的α或β射线实现放射性气溶胶的探测。

3、常用的f-18探测装置常由取样管路、滤纸、碘化钠探测器、前置放大器、主放大器、符合电路及支架等组成，f-18为放射性核素，半衰期为109.77分钟，在衰变时以固定分支比产生平均能量为249kev左右的β+粒子，当β+粒子由于碰撞损失能量后将与电子结合生成两个运动方向相反、能量等于0.511mev的湮灭光子，在利用f-18探测装置探测时，f-18气溶胶经由取样管路于滤纸处富集，碘化钠探测器通过探测β+粒子湮灭后的光子实现f-18核素的探测。

4、由于f-18探测装置与其他放射性气溶胶探测装置通常采用分离式设计，导致设备总体积较大，受核动力装置空间限制，难以在有限空间内实现多核素同步监测，且无法在同一滤纸样品上同时完成f-18核素与其他α、β放射性核素活度浓度的集成测量，因此如何将气溶胶探测装置和f-18探测装置集成设置，在减少体积的同时还能实现对f-18核素气溶胶及其他核素放射性气溶胶的集成测量成为目前所要解决的难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种放射性气溶胶集成测量装置及方法，以解决现有技术中f-18探测装置与其他核素探测装置分离布置导致设备体积大、难以实现多核素同步检测的技术问题。

2、本发明的技术方案是：

3、一种放射性气溶胶集成测量装置，包括壳体、滤纸、第一探测器、前置放大器、第二探测器、光电倍增管和分压式放大器；壳体的内部由上至下依次设有第一安装腔室、支撑腔和第二安装腔室，所述壳体的顶部开设有进气口，所述壳体的内壁与所述第一安装腔室之间形成气体通过的通道，所述第一安装腔室的底部与所述支撑腔的顶部连通，所述壳体的侧壁上设有出气口，且出气口贯穿所述支撑腔设置；滤纸设置通槽内，所述通槽水平开设于壳体上，且位于第一安装腔室与支撑腔之间；第一探测器设置在所述第一安装腔室内，且位于滤纸的上方，用于探测滤纸上放射性核素衰变产生的α射线和β射线；前置放大器的输入端与所述第一探测器的输出端电连接，前置放大器的输出端分别与多道的输入端以及符合电路的输入端电连接，所述多道的输出端以及符合电路的输出端分别与数据处理电路电连接；第二探测器设置在所述第二安装腔室内，用于探测滤纸上放射性核素衰变产生的γ射线；分压式放大器的输入端与所述第二探测器电连接，分压式放大器的输出端与所述符合电路的输入端电连接。

4、较佳的，作为本发明的进一步改进，所述第一安装腔室架设固定在壳体的内壁上，所述第一安装腔室的上侧壁呈锥形，且正对所述进气口设置，所述第一安装腔室的下侧壁呈圆柱形。

5、较佳的，作为本发明的进一步改进，所述第一探测器为pips探测器或β塑料闪烁体探测器，所述第二探测器为碘化钠晶体探测器、高纯锗探测器、碲锌镉探测器和溴化镧探测器的任意一种。

6、较佳的，作为本发明的进一步改进，所述壳体上设有滤纸更换机构，所述滤纸更换机构包括主动卷筒、从动卷筒、驱动电机和两个张紧轮，主动卷筒和从动卷筒分别设置在所述壳体的内部，且位于支撑腔的两侧，所述滤纸的两端分别卷绕在所述主动卷筒和从动卷筒上；驱动电机的输出轴与所述主动卷筒连接，用于带动主动卷筒转动；两个张紧轮分别对应设置在所述主动卷筒和从动卷筒的上方，两个张紧轮与所述滤纸的下侧面接触，用于使滤纸改变移动方向。

7、较佳的，作为本发明的进一步改进，所述滤纸更换机构包括主动卷筒、从动卷筒、驱动电机和两个张紧轮；主动卷筒和从动卷筒，分别设置在所述壳体的内部，且位于支撑腔的两侧，所述滤纸的两端分别卷绕在所述主动卷筒和从动卷筒上；驱动电机输出轴与所述主动卷筒连接，用于带动主动卷筒转动；两个张紧轮分别对应设置在所述主动卷筒和从动卷筒的上方，两个张紧轮与所述滤纸的下侧面接触，用于使滤纸保持绷直状态。

8、本发明还公开了一种放射性气溶胶测量方法，采用上述的放射性气溶胶集成测量装置实现，包括以下步骤：

9、使待测气体样品流经测量装置，并通过滤纸进行过滤，将空气中的放射性气溶胶富集在滤纸表面，形成气溶胶样品；

10、利用第一探测器探测所述气溶胶样品衰变产生的α射线和β射线，并生成第一电信号，第一电信号经过前置放大器放大后分别送入多道和符合电路中，利用第二探测器探测所述气溶胶样品衰变产生的γ射线，并生成第二电信号，第二电信号经过分压式放大器放大后送入符合电路；

11、通过所述多道对第一电信号进行处理，按能量区分形成射线的能谱并传输至数据处理电路中；

12、所述数据处理电路基于形成射线的能谱及预设的感兴趣区，区分出总α计数、总β计数以及氡钍子体po-218、po-214和po-212的特征计数，通过氡钍子体补偿算法，从总β计数中结合po-218、po-214和po-212的特征计数确定人工放射性β核素计数，从总α计数中确定人工放射性α核素计数，基于人工放射性α核素计数结合测量参数确定气体中人工放射性α核素的活度浓度信息，所述测量参数包括探测器对目标射线的探测效率、测量周期、滤纸（2）的过滤效率以及测量周期内取样体积；

13、所述符合电路将f-18核素衰变时产生的β+-γ符合信号计数确定f-18核素计数，并传入数据处理电路，基于f-18核素计数结合所述测量参数确定气体中f-18核素的活度浓度。

14、较佳的，作为本发明的进一步改进，确定各核素活度浓度信息采用下式实现：

15、

16、其中：

17、，核素活度浓度；

18、，核素计数；

19、，探测器探测核素的探测效率；

20、

t，测量周期；

21、，滤纸过滤效率；

22、，测量周期内取样体积。

23、较佳的，作为本发明的进一步改进，所述符合电路将f-18核素衰变时产生的符合信号计数过程包括以下步骤：

24、所述符合电路接收经前置放大器放大后的第一电信号和经分压式放大器放大后的第二电信号后，判断两路信号的能量及时间关系，当同时满足以下条件时，判定为一个f-18核素衰变事件并产生一个符合计数：

25、a.第一探测器中沉积的能量小于或等于f-18衰变产生的β+粒子的最大能量；

26、b.第二探测器中沉积的能量为0.511mev；

27、c.前置放大器以及分压式放大器同时产生脉冲信号。

28、较佳的，作为本发明的进一步改进，当监测到位于探测位置处滤纸上收集的气溶胶样品超过预设限值时，驱动电机自动驱动主动卷筒转动，带动滤纸卷移动，更换位于探测位置处的滤纸。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

30、将气体流道、滤纸富集、α/β探测与γ探测集成于同一装置。利用单张滤纸收集样品，通过第一探测器进行α/β核素测量，并结合第二探测器与符合电路实现f-18的特异性识别，该设计解决了多核素监测设备分立、体积大的问题，在有限空间内实现了对人工α、β核素及f-18的同步测量，提高了监测效率和可靠性，相较传统的分离式设置的气溶胶探测器或f-18探测器来说，能够实现探测装置小型化的同时又可实现f-18核素气溶胶及其他核素放射性气溶胶的集成测量。