一种宽量程惰性气体辐射探测系统的制作方法

1.本实用新型属于宽量程惰性气体辐射探测技术领域，具体涉及一种宽量程惰性气体辐射探测系统。


背景技术：

2.核反应堆运行时会由于燃料包壳破损等原因，会将核燃料中的裂变产物惰性气体释放到一回路冷却剂中。一回路冷却剂被工艺管道、反应堆压力容器等设备包裹在内，这个边界也成为一回路压力边界。一回路压力边界包含着高温、高压、高放射性的冷却剂，在核电运行过程中会由于腐蚀、磨损、振动和老化等原因会使得一回路压力边界出现破损，这就会导致将惰性气体释放到大气中，对工作人员和公众造成危害，同时也危害反应堆的安全运行。
3.现有的对惰性气体的探测方法为采用pips半导体探测器和流气式电离室探测器来对惰性气体衰变产生的β辐射进行测量，从而推断一回路压力边界的泄漏状况。核电站通常要求惰性气体探测装置的测量范围为3.7
×
103bq/m3～3.7
×
10
15
bq/m3，量程跨越12个量级。
4.但是采用pips探测器测量惰性气体时测量范围通常为3.7
×
103bq/m3～3.7
×
109bq/m3，该量程远不能达到核电站需求，因此通常采用流气式电离室辅助完成高量程段的测量，流气式电离室测量范围为3.7
×
108bq/m3～3.7
×
10
15
bq/m3，通过采用不同探测器的不同量程叠加来完成12个量级的惰性气体活度浓度测量。这就会导致整个设备结构变得复杂，故障率变高。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种宽量程惰性气体辐射探测系统，其结构简单，通过低量程光电倍增管、高量程光电倍增管和反符合光电倍增管三者的配合可以完成3.7
×
6.103bq/m3～3.7
×
10
15
bq/m3量程范围内的惰性气体活度浓度，简化设备结构，降低故障率。
7.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种宽量程惰性气体辐射探测系统，其特征在于：包括依次连接的气溶胶过滤装置、放射性碘吸附装置、惰性气体取样装置、以及用于将被测气体依次经气溶胶过滤装置和放射性碘吸附装置抽取至惰性气体取样装置内的抽气泵，所述惰性气体取样装置内设置有辐射探测装置；所述惰性气体取样装置包括铅屏蔽壳体和设置在铅屏蔽壳体内的取样气室，所述辐射探测装置设置在铅屏蔽壳体内且位于取样气室上方；
8.所述辐射探测装置包括由下至上依次设置的β塑料闪烁片、不锈钢板、光导片和γ塑料闪烁块，β塑料闪烁片贴附在取样气室顶部，γ塑料闪烁块内嵌设有用于接收β塑料闪烁片光信号的低量程光电倍增管和与低量程光电倍增管连接的第一信号处理电路板，γ塑
料闪烁块顶部设置有高量程光电倍增管、反符合光电倍增管、以及与高量程光电倍增管连接的第二信号处理电路板和与反符合光电倍增管连接的第三信号处理电路板；
9.所述第一信号处理电路板上集成有第一信号处理电路，所述第一信号处理电路包括结型场效应管q1和运算放大器u2，所述结型场效应管q1的栅极经电容c1与电阻r1的一端连接，电阻r1的另一端为所述第一信号处理电路的输入端，电容c1和电阻r1的连接端经并联的二极管d1和二极管d2接地，二极管d1的阳极与电容c1和电阻r1的连接端连接，二极管d2的阴极与电容c1和电阻r1的连接端连接，结型场效应管q1的漏极分两路，一路经电阻r2与 12v电源连接，另一路与运算放大器u2的同相输入端连接，结型场效应管q1的源极分两路，一路经电阻r3与
‑
12v电源连接，另一路经并联的电容c2和电容c3接地；运算放大器u2的反相输入端经电阻r4接地，运算放大器u2的输出端分两路，一路经并联的电阻r6和电容c5与运算放大器u2的反相输入端连接，另一路经电阻r7与电容c6的一端连接，电容c6另一端为所述第一信号处理电路的输出端；电阻r7和电容c6的连接端分两路，一路经电阻r5与结型场效应管q1的栅极连接，另一路经电容c4与电容c1和电阻r1的连接端连接。
10.上述的一种宽量程惰性气体辐射探测系统，其特征在于：所述第二信号处理电路板上集成有第二信号处理电路，所述第三信号处理电路板上集成有第三信号处理电路，所述第二信号处理电路和所述第三信号处理电路均与所述第一信号处理电路相同。
11.上述的一种宽量程惰性气体辐射探测系统，其特征在于：所述β塑料闪烁片的侧壁、光导片的侧壁、γ塑料闪烁块的外侧壁和取样气室的外侧壁均齐平。
12.上述的一种宽量程惰性气体辐射探测系统，其特征在于：所述β塑料闪烁片与取样气室贴合的一侧设置有用于防止辐射污染所述辐射探测装置的镀铝薄膜。
13.上述的一种宽量程惰性气体辐射探测系统，其特征在于：所述取样气室上设置有进气管和出气管，抽气泵设置在出气管上，所述进气管和出气管分设在取样气室的两个对角上，所述进气管靠近β塑料闪烁片布设，所述铅屏蔽壳体上开设有供进气管和出气管穿过的通孔。
14.本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
15.1、本实用新型通过设置气溶胶过滤装置和放射性碘吸附装置对被测气体进行微尘过滤，保证进入惰性气体取样装置中的惰性气体不携带微尘杂质，从而保证惰性气体辐射探测的准确性，使用效果更好。
16.2、本实用新型通过设置不锈钢板一方面可以承载安装γ塑料闪烁块，另一方面将惰性气体发射的大部分的低能γ射线屏蔽掉，可以避免产生大量的假反符合计数，以保证探测数据的准确性。
17.3、本实用新型的所述第一信号处理电路的使用考虑到信号随探测器结电容变化和输出负载等因素,采用电荷灵敏放大器的设计，具有快速、动态范围宽、电荷灵敏度高等特点,输入端设计有限幅电路,能够很好的保护输入端的结型场效应管,结型场效应管栅极偏压由运放的输出提供,直流工作点稳定。
18.综上所述，本实用新型结构简单，通过低量程光电倍增管、高量程光电倍增管和反符合光电倍增管三者的配合可以完成3.7
×
103bq/m3～3.7
×
10
15
bq/m3量程范围内的惰性气体活度浓度，简化设备结构，降低故障率。
19.下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
20.图1为本实用新型的系统原理图。
21.图2为本实用新型惰性气体取样装置和辐射探测装置的安装关系示意图。
22.图3为本实用新型第一信号处理电路的电路原理图。
23.附图标记说明:
[0024]1‑
气溶胶过滤装置；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2‑
放射性碘吸附装置；
ꢀꢀꢀꢀꢀ3‑
惰性气体取样装置；
[0025]4‑
抽气泵；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
铅屏蔽壳体；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ6‑
取样气室；
[0026]7‑
β塑料闪烁片；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ8‑
不锈钢板；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ9‑
光导片；
[0027]
10
‑
γ塑料闪烁块；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11
‑
低量程光电倍增管；
[0028]
12
‑
第一信号处理电路板；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
13
‑
高量程光电倍增管；
[0029]
14
‑
反符合光电倍增管；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
15
‑
第二信号处理电路板；
[0030]
16
‑
第三信号处理电路板；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
17
‑
进气管；
[0031]
18
‑
出气管。
具体实施方式
[0032]
如图1、图2和图3所示，本实用新型包括依次连接的气溶胶过滤装置1、放射性碘吸附装置2、惰性气体取样装置3、以及用于将被测气体依次经气溶胶过滤装置1和放射性碘吸附装置2抽取至惰性气体取样装置3内的抽气泵4，所述惰性气体取样装置3内设置有辐射探测装置；所述惰性气体取样装置3包括铅屏蔽壳体5和设置在铅屏蔽壳体5内的取样气室6，所述辐射探测装置设置在铅屏蔽壳体5内且位于取样气室6上方；
[0033]
所述辐射探测装置包括由下至上依次设置的β塑料闪烁片7、不锈钢板8、光导片9和γ塑料闪烁块10，β塑料闪烁片7贴附在取样气室6顶部，γ塑料闪烁块10内嵌设有用于接收β塑料闪烁片7光信号的低量程光电倍增管11和与低量程光电倍增管11连接的第一信号处理电路板12，γ塑料闪烁块10顶部设置有高量程光电倍增管13、反符合光电倍增管14、以及与高量程光电倍增管13连接的第二信号处理电路板15和与反符合光电倍增管14连接的第三信号处理电路板16；
[0034]
所述第一信号处理电路板12上集成有第一信号处理电路，所述第一信号处理电路包括结型场效应管q1和运算放大器u2，所述结型场效应管q1的栅极经电容c1与电阻r1的一端连接，电阻r1的另一端为所述第一信号处理电路的输入端，电容c1和电阻r1的连接端经并联的二极管d1和二极管d2接地，二极管d1的阳极与电容c1和电阻r1的连接端连接，二极管d2的阴极与电容c1和电阻r1的连接端连接，结型场效应管q1的漏极分两路，一路经电阻r2与 12v电源连接，另一路与运算放大器u2的同相输入端连接，结型场效应管q1的源极分两路，一路经电阻r3与
‑
12v电源连接，另一路经并联的电容c2和电容c3接地；运算放大器u2的反相输入端经电阻r4接地，运算放大器u2的输出端分两路，一路经并联的电阻r6和电容c5与运算放大器u2的反相输入端连接，另一路经电阻r7与电容c6的一端连接，电容c6另一端为所述第一信号处理电路的输出端；电阻r7和电容c6的连接端分两路，一路经电阻r5与结型场效应管q1的栅极连接，另一路经电容c4与电容c1和电阻r1的连接端连接。
[0035]
本实施例中，所述光导片9为有机玻璃光导，低量程光电倍增管11和高量程光电倍增管13均为cr173型光电倍增管，反符合光电倍增管14选用cr105型光电倍增管。
[0036]
本实施例中，所述气溶胶过滤装置1选用申请号为200420092720.7的《放射性气溶胶净化装置》。
[0037]
本实施例中，所述放射性碘吸附装置2选用申请号为201922324348.7的《一种去除放射性碘离子的吸附装置》。
[0038]
需要说明的是，所述被测气体为携带有微尘的惰性气体，需将气溶胶和碘离子等微尘过滤后在进行放射性检测，检测结果更加准确。
[0039]
需要说明的是，所述高量程光电倍增管13和反符合光电倍增管14与γ塑料闪烁块10之间也均设置有光导。
[0040]
需要说明的是，反符合光电倍增管14的设置一方面用于反符合扣除低量程探测器的本底计数，另一方面用于计算中量程的惰性气体活度浓度；高量程光电倍增管13的设置用于高放射性条件下的放射性惰性气体的活度浓度计算，高量程光电倍增管13的高压可根据实际探测的积分信号的大小自动调节。
[0041]
需要说明的是，所述第一信号处理电路采用电荷灵敏放大器的设计，结型场效应管q1的偏置电阻r3，电阻c4和电阻r5组成反馈电路,在电路输入端信号线上反向两只二极管d1与二极管d2，以实现对信号进行限幅。
[0042]
需要说明的是，通过设置气溶胶过滤装置1和放射性碘吸附装置2对被测气体进行微尘过滤，保证进入惰性气体取样装置3中的惰性气体不携带微尘杂质，从而保证惰性气体辐射探测的准确性，使用效果更好；
[0043]
通过设置不锈钢板8一方面可以承载安装γ塑料闪烁块10，另一方面将惰性气体发射的大部分的低能γ射线屏蔽掉，可以避免产生大量的假反符合计数，以保证探测数据的准确性；
[0044]
通过低量程光电倍增管11、高量程光电倍增管13和反符合光电倍增管14三者的配合可以完成3.7
×
103bq/m3～3.7
×
10
15
bq/m3量程范围内的惰性气体活度浓度，简化设备结构，降低故障率；
[0045]
所述第一信号处理电路的使用考虑到信号随探测器结电容变化和输出负载等因素,采用电荷灵敏放大器的设计，具有快速、动态范围宽、电荷灵敏度高等特点,输入端设计有限幅电路,能够很好的保护输入端的结型场效应管,结型场效应管栅极偏压由运放的输出提供,直流工作点稳定。
[0046]
本实施例中，所述第二信号处理电路板15上集成有第二信号处理电路，所述第三信号处理电路板16上集成有第三信号处理电路，所述第二信号处理电路和所述第三信号处理电路均与所述第一信号处理电路相同。
[0047]
本实施例中，所述β塑料闪烁片7的侧壁、光导片9的侧壁、γ塑料闪烁块10的外侧壁和取样气室6的外侧壁均齐平。
[0048]
需要说明的是，β塑料闪烁片7与取样气室6尺寸匹配，保证β塑料闪烁片7吸收光的效率，有利于辐射探测。
[0049]
本实施例中，所述β塑料闪烁片7与取样气室6贴合的一侧设置有用于防止辐射污染所述辐射探测装置的镀铝薄膜。
[0050]
需要说明的是，镀铝薄膜的厚度为10μm。
[0051]
本实施例中，所述取样气室6上设置有进气管17和出气管18，抽气泵4设置在出气
管18上，所述进气管17和出气管18分设在取样气室6的两个对角上，所述进气管17靠近β塑料闪烁片7布设，所述铅屏蔽壳体5上开设有供进气管17和出气管18穿过的通孔。
[0052]
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型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，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。