一种空气中氚化氢和氚化水的含量的测量方法与流程

1.本发明涉及空气中放射性物质含量的测量技术领域，尤其涉及一种空气中氚化氢和氚化水的含量的测量方法。


背景技术：

2.氚是氢的放射性同位素，空气中的氚具有多种化学形态，主要为氚化氢(ht)和氚化水(hto)两种形态，这两种形态的氚对人体的辐射危害存在显著差异，依据国际放射防护委员会的第icrp30号出版物的记载，对于空气中相同的活度浓度，氚化水是氚化氢辐射危害的25000倍。因此，为了准确评价氚致人员辐射剂量，就需要能够对空气中典型形态的氚进行甄别测量。例如，中国工程物理研究院基于nafion气水分离膜方法，研究了氚化氢和氚化水的在线甄别测量技术，中科院上海应用物理研究所采用nafion膜气水分离、梯度冷阱、催化氧化等方法，研究了氚化氢、氚化水、氚化甲烷的甄别采样技术。但是，上述现有的空气中全氚形态在线测量，或者多形态氚甄别在线测量，都存在测量下限较高的问题，大多在105bq/m3左右。而多形态氚甄别取样技术，还需要进一步依托实验室底本底液闪设备进行测量，不能够现场快速获得空气中氚浓度水平。


技术实现要素：

3.本技术要解决的技术问题是提供一种空气中氚化氢和氚化水的含量的测量方法，以减少或避免前面所提到的问题。
4.为解决上述技术问题，本技术提出了一种空气中氚化氢和氚化水的含量的测量方法，用于将待测空气持续通过测量管路分别测量空气中氚化氢和氚化水的含量，其中，沿着气流方向，测量管路中依次连接有流量计、温湿度计、第一阀门、氚化水测量单元、加氢装置、氧化炉、第三阀门、氚化氢测量单元、第五阀门以及第三抽气泵；氚化水测量单元包括串联在测量管路中的第一干燥管以及与第一干燥管并联设置的第一抽气泵和第一电离室；氚化氢测量单元包括串联在测量管路中的第二干燥管以及与第二干燥管并联设置的第二抽气泵和第二电离室；测量管路之外还设置有可以分别对第一干燥管和第二干燥管进行解析操作的解析装置；
5.其中，所述测量方法包括如下步骤：
6.步骤s1：开启第一阀门、第三阀门、第五阀门，关闭第二阀门、第四阀门，启动抽气泵将待测空气抽入测量管路，使待测空气依次经过流量计和温湿度计，分别测量待测空气的温湿度与流量值q；
7.步骤s2：待测空气经过第一干燥管，其中的氚化水被干燥管吸附，随着空气持续流过测量管路，使得空气中的氚化水被不断聚集到第一干燥管中；
8.步骤s3：待测空气从第一干燥管流出后，由加氢装置对待测空气进行加氢，然后由氧化炉将待测空气中的氚化氢催化转化为氚化水，并进一步由第二干燥管对氧化产生的氚化水进行吸附，随着空气持续流过测量管路，使得空气中的氚化氢持续转化成氚化水并被
不断聚集到第二干燥管中；
9.步骤s4：待测空气经第一干燥管和第二干燥管吸附一段时间后，关闭第一阀门、第三阀门、第五阀门，开启第二阀门与第四阀门，启动解析装置对第一干燥管与第二干燥管中吸附的氚化水进行解析释放，同时启动第一抽气泵与第二抽气泵，分别将解析出来的氚化水气体循环载带至第一电离室与第二电离室进行测量，根据电离室的测量结果除以流量计测量得到的空气流量值q，分别计算获得空气中氚化氢与氚化水的含量。
10.在本发明的另一个方案中，可以将所述步骤s4替换为步骤s5：
11.待测空气经第一干燥管和第二干燥管吸附一段时间后，关闭第一阀门、第三阀门、第五阀门，开启第二阀门与第四阀门，分别取下第一干燥管与第二干燥管，通过额外的解析装置和冷凝回路，将第一干燥管与第二干燥管中的氚化水解析形成液态氚化水，然后利用液闪谱仪进行分析测量，根据液闪谱仪的测量结果除以流量计测量得到的空气流量值，分别计算获得空气中氚化氢与氚化水的含量。
12.优选地，本发明进一步包括如下步骤：测量结束之后，开启第一阀门、阀门第二、第三阀门、第四阀门、第五阀门，启动第一抽气泵、第二抽气泵、第三抽气泵，利用不含氚的纯净气体对测量管路进行吹除，以清除测量管路中的含氚物质。
13.优选地，氧化炉中采用pd基催化剂和/或pt基催化剂对氚化氢进行催化氧化。
14.优选地，第一干燥管和第二干燥管的干燥剂采用硅胶或分子筛。
15.优选地，解析装置分别对第一干燥管和第二干燥管进行加热，使其中的氚化水转化成气体释放出来。
16.优选地，步骤s4中，解析装置是共用的，或者针对第一干燥管和第二干燥管分别设置一个解析装置。
17.有益效果：本发明的测量方法，通过使用干燥吸附和催化氧化对待测空气中的氚化水和氚化氢进行分离并持续吸附浓集，然后对氚化水进行解析和测量，实现了空气中氚化氢和氚化水的分离测量，降低了测量下限，并可以将氚化水解析为液体形态，用于实验室高精度分析。
附图说明
18.以下附图仅旨在于对本技术做示意性说明和解释，并不限定本技术的范围。
19.其中，图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的空气中氚化氢和氚化水的含量的测量方法的流程结构示意图。
具体实施方式
20.为了对本技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本技术的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。
21.如前所述，空气中的氚有多种形态，主要是氚化氢和氚化水，现有技术将这两种形态的氚分别测量出来，存在测量下限偏高、操作复杂的问题。
22.如图1所示，本发明提出了一种空气中氚化氢和氚化水的含量的测量方法，用于将待测空气持续通过测量管路分别测量空气中氚化氢和氚化水的含量，其中，沿着气流方向，测量管路中依次连接有流量计1、温湿度计2、第一阀门3、氚化水测量单元、加氢装置8、氧化
炉9、第三阀门10、氚化氢测量单元、第五阀门15以及第三抽气泵16；氚化水测量单元包括串联在测量管路中的第一干燥管4以及与第一干燥管4并联设置的第一抽气泵5和第一电离室6；氚化氢测量单元包括串联在测量管路中的第二干燥管11以及与第二干燥管11并联设置的第二抽气泵12和第二电离室13；另外，测量管路之外还设置有可以分别对第一干燥管4和第二干燥管11进行解析操作的解析装置17。
23.在一个具体实施例中，氧化炉9中可以采用pd基催化剂和/或pt基催化剂对氚化氢进行催化氧化。在另一个具体实施例中，第一干燥管4和第二干燥管11的干燥剂可以采用硅胶或分子筛。电离室可以采用任何一种现有市场上销售的产品，其测量原理和操作均为现有技术，本领域技术人员可以查阅现有文献和厂家说明书获得，在此不一一赘述。
24.具体地，本发明的空气中氚化氢和氚化水的含量的测量方法包括如下步骤：
25.步骤s1：开启第一阀门3、第三阀门10、第五阀门15，关闭第二阀门7、第四阀门14，启动抽气泵16将待测空气抽入测量管路，使待测空气依次经过流量计1和温湿度计，分别测量待测空气的温湿度与流量值q。
26.步骤s2：待测空气经过第一干燥管4，其中的氚化水被干燥管吸附，随着空气持续流过测量管路，使得空气中的氚化水被不断聚集到第一干燥管4中。
27.步骤s3：待测空气从第一干燥管4流出后，由加氢装置8对待测空气进行加氢，然后由氧化炉9将待测空气中的氚化氢催化转化为氚化水，并进一步由第二干燥管11对氧化产生的氚化水进行吸附，随着空气持续流过测量管路，使得空气中的氚化氢持续转化成氚化水并被不断聚集到第二干燥管11中。
28.步骤s4：待测空气经第一干燥管4和第二干燥管11吸附一段时间后，例如超过电离室的测量下限之后，关闭第一阀门3、第三阀门10、第五阀门15，开启第二阀门7与第四阀门14，启动解析装置17对第一干燥管4与第二干燥管11中吸附的氚化水进行解析释放，同时启动第一抽气泵5与第二抽气泵12，分别将解析出来的氚化水气体循环载带至第一电离室6与第二电离室13进行测量，测量结果稳定后，可以认为已经对干燥管充分解析完毕，根据电离室的测量结果除以流量计1测量得到的空气流量值q，分别计算获得空气中氚化氢与氚化水的含量。
29.本步骤中，解析装置17可以分别对第一干燥管4和第二干燥管11进行加热，例如加热到100℃以上使液体汽化，以将氚化水转化成气体释放出来，以便于分别通过第一电离室6与第二电离室13进行测量。在图示实施例中，解析装置17是共用的，可以分别对第一干燥管4和第二干燥管11进行加热。在另一个具体实施例中，还可以针对第一干燥管4和第二干燥管11分别设置一个解析装置17，也就是可以具有两个解析装置17。
30.作为步骤s4的替换，本发明还可以包括步骤s5：待测空气经第一干燥管4和第二干燥管11吸附一段时间后，关闭第一阀门3、第三阀门10、第五阀门15，开启第二阀门7与第四阀门14，分别取下第一干燥管4与第二干燥管11，通过额外的解析装置和冷凝回路(图中未示出)，将第一干燥管4与第二干燥管11中的氚化水解析形成液态氚化水，然后利用液闪谱仪进行分析测量，根据液闪谱仪的测量结果除以流量计1测量得到的空气流量值q，分别计算获得空气中氚化氢与氚化水的含量。
31.本步骤中，额外的解析装置也是通过对第一干燥管4与第二干燥管11进行加热，使其中吸附的氚化水转变成蒸汽释放出来，然后通过冷凝回路获得液态的氚化水，以便于利
用液闪谱仪进行分析测量。
32.测量结束之后，可以开启第一阀门3、阀门第二7、第三阀门10、第四阀门14、第五阀门15，启动第一抽气泵5、第二抽气泵12、第三抽气泵16，利用不含氚的纯净气体对测量管路进行吹除，以清除测量管路中的含氚物质。
33.现有技术中测量空气中的氚含量，通常是对确定容量的空气进行测量，空气进入系统之后，确定了空气容量之后就关闭了管路，仅对管路中的空气进行测量。如果空气中的氚含量很低，则要么电离室检测不出来，要么需要非常大容积的系统。与现有技术的固定容量的空气分析测量不同，本发明的测量方法，待测空气是持续输入测量管路，其输入的容量不是固定的，而是持续变化的，这样就使得本发明可以在有限的设备可用气体容积条件下，将空气中的氚化水和氚化氢分别持续的富集起来，即便空气中的氚含量极其微量，也可以通过持续的富集在干燥管中获得超过电离室的检测下限的量，从而提高了设备的检测下限。同时，本发明的测量方法不需要提供特定的气源，体积小，操作方便，可用于现场空气中氚含量的测量。
34.本领域技术人员应当理解，虽然本技术是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本技术的保护范围。
35.以上所述仅为本技术示意性的具体实施方式，并非用以限定本技术的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本技术的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本技术保护的范围。