CN114870411B - 一种多浓度氚化水蒸气发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多浓度氚化水蒸气发生装置，包括内装有标准氚水的鼓泡器、冷肼、温度调节器和温度计，鼓泡器的输入端安装有进气管，进气管上依次安装有入口阀门、隔膜泵、干燥器、过滤器、流量控制阀、流量计和阀门，鼓泡器的输出端安装有出气管，出气管的一端伸入至鼓泡器内部上层且与鼓泡器内部上层的空气导通，出气管上安装有出口阀门。本发明可以在不拆解的情况下，通过温度调节器和冷肼改变用于鼓泡的标准氚水温度，进而改变同位素分馏系数和饱和含水量，最终实现不同浓度标准氚化水的产生，大幅度降低了人员对氚水的操作环节和现场校准过程的复杂性，极大地降低了氚水对操作人员的暴露风险从而增强了开展现场校准工作人员的辐射安全性。

Description

一种多浓度氚化水蒸气发生装置

技术领域

本发明属于多浓度氚化水蒸气发生技术领域，具体涉及一种多浓度氚化水蒸气发生装置。

背景技术

在核能工业和国防工业中，氚是一种极其重要且特殊的核材料，不仅能对人体产生内照射损害，还会污染涉氚场所的仪器设备，因此，对氚的监测成为涉氚操作场所常规放射性监测的一项重要内容。为了满足国家法规中对于氚监测仪器计量校准的要求，保证监测结果的正确性，对于某些特殊涉核场所的环境放射性，可在氚监测仪不离线的情况下开展现场校准工作。在国内已有的空气中氚监测仪器现场校准方案中，产生浓度可调、范围可控的氚源是有效开展现场校准工作的重要前提。现有做法是从浓度已知的标准氚水(液体)中利用鼓泡法产生一定浓度的氚化水蒸气(气体)，而这种氚化水蒸气浓度依赖于标准氚水的浓度，只能通过更换鼓泡器中的标准氚水才能实现气态氚源浓度的改变。上述过程操作复杂，危险性高，不利于现场校准过程获得多浓度的标准氚化水蒸气，显然也不利于确保现场校准结果的准确性。因此，现如今缺少一种易于操作设备、实现在不改变标准氚水浓度前提下通过改变鼓泡器内标准氚水温度进而产生不同浓度标准氚化水蒸气多浓度氚化水蒸气发生装置。

发明内容

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，提供一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其设计新颖合理，可以在不拆解的情况下，通过温度调节器和冷肼改变用于鼓泡的标准氚水温度，进而改变同位素分馏系数和饱和含水量，最终实现不同浓度标准氚化水的产生，为空气中氚监测仪器的现场校准提供易于调整、范围可控的气态氚源，减少了空气中氚监测仪器现场校准过程中的标准氚水操作环节，可在氚水固定的情况下，通过改变鼓泡器外部温度设置便可实现多种浓度氚化水蒸气的发生，大幅度降低了人员对氚水的操作环节和现场校准过程的复杂性，极大地降低了氚水对操作人员的暴露风险从而增强了开展现场校准工作人员的辐射安全性，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其特征在于：包括鼓泡器，鼓泡器外包裹有冷肼且与冷肼物理接触，鼓泡器内装有标准氚水，鼓泡器上安装有用于测量标准氚水温度的温度计，冷肼上安装有用于调节冷肼内温度的温度调节器，鼓泡器的输入端安装有进气管，进气管上依次安装有入口阀门、隔膜泵、干燥器、过滤器、流量控制阀、流量计和阀门，入口阀门前端的进气管的最前端为进气口，进气管的末端伸入到标准氚水内部且其底部与鼓泡器内部腔室下端面距离不超过0.5cm，鼓泡器的输出端安装有出气管，出气管的一端伸入至鼓泡器内部上层且与鼓泡器内部上层的空气导通，出口阀门的另一端为出气口，出气管上安装有出口阀门，伸入至鼓泡器内部上层的出气管的一端距离与鼓泡器内部腔室上端面不超过1cm。

上述的一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其特征在于：所述鼓泡器为圆柱型密封腔体，鼓泡器顶部开有三个开孔，进气管经过阀门后的部分穿过鼓泡器上的第一个开孔并插入标准氚水中；温度计穿过鼓泡器上的第二个开孔并插入标准氚水中，第二个开孔内侧垫有绝热密封胶圈，出气管穿过鼓泡器上的第三个开孔并插入鼓泡器内部上层的空气中，进气管进入鼓泡器的部分、出气管进入鼓泡器的部分和温度计进入鼓泡器的部分均与鼓泡器的竖轴线平行。

上述的一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其特征在于：所述入口阀门、流量控制阀、阀门、出口阀门均为同级别真空气体阀门。

上述的一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其特征在于：所述隔膜泵为气密性良好的单向气体控制泵。

上述的一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其特征在于：所述干燥器为一节或多节结构的干燥器，每节干燥器为不锈钢圆柱型腔体结构，腔室内设置有硅胶或氯化钙颗粒状干燥剂。

上述的一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其特征在于：所述过滤器为不锈钢圆柱型腔体结构的过滤器，过滤器内部装有多层滤纸。

上述的一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其特征在于：所述流量计为指示管路内气体单位时间内流量的浮子流量计或电子流量计。

上述的一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其特征在于：所述温度计为高精度温度计，高精度温度计的精度大于0.03℃。

上述的一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其特征在于：所述冷肼包括半导体冷肼。

上述的一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其特征在于：所述鼓泡器为不锈钢圆柱型腔体结构的鼓泡器，鼓泡器内表面镀金或者电镀铝形成Al2O3薄膜；鼓泡器内装有体积不少于鼓泡器内部腔室体积的三分之一且不大于鼓泡器内部腔室体积的二分之一的标准氚水。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明在鼓泡器外设置有冷肼和温度调节器，在整个发生装置组装完成并通过气密性检查后，可以在不拆解的情况下，通过温度调节器和冷肼改变用于鼓泡的标准氚水温度，进而改变同位素分馏系数和饱和含水量，最终实现不同浓度标准氚化水的产生，避免传统的更换标准氚水的方式，不需要对装置进行拆解换料，提供了更加灵活的氚化水蒸气浓度调整策略，直接在装置外部调整温度设置便可实现氚化水浓度的调整，将大大提高现场校准过程不同浓度标准氚化水蒸气的发生效率，可以预见也必将大大提升现场校准过程效率。

2、本发明氚水本身具有一定的放射性危险，不论是对于操作人员还是相关设备都易造成危害，本发明减少了空气中氚监测仪器现场校准过程中的标准氚水操作环节，可在氚水固定的情况下，通过改变鼓泡器外部温度设置便可实现多种浓度氚化水蒸气的发生，大幅度降低了人员对氚水的操作环节和现场校准过程的复杂性，极大地降低了氚水对操作人员的暴露风险从而增强了开展现场校准工作人员的辐射安全性。

综上所述，本发明设计新颖合理，可以在不拆解的情况下，通过温度调节器和冷肼改变用于鼓泡的标准氚水温度，进而改变同位素分馏系数和饱和含水量，最终实现不同浓度标准氚化水的产生，减少了空气中氚监测仪器现场校准过程中的标准氚水操作环节，可在氚水固定的情况下，通过改变鼓泡器外部温度设置便可实现多种浓度氚化水蒸气的发生，大幅度降低了人员对氚水的操作环节和现场校准过程的复杂性，极大地降低了氚水对操作人员的暴露风险从而增强了开展现场校准工作人员的辐射安全性，便于推广使用。

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

图1为本发明的结构示意图。

附图标记说明:

1—进气管； 2—入口阀门； 3—隔膜泵；

4—干燥器； 5—过滤器； 6—流量控制阀；

7—流量计； 8—阀门； 9—温度计；

10—出口阀门； 11—鼓泡器； 12—标准氚水；

13—冷肼； 14—出气管； 15—温度调节器。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括鼓泡器11，鼓泡器11外包裹有冷肼13且与冷肼13物理接触，鼓泡器11内装有标准氚水12，鼓泡器11上安装有用于测量标准氚水12温度的温度计9，冷肼13上安装有用于调节冷肼13内温度的温度调节器15，鼓泡器11的输入端安装有进气管1，进气管1上依次安装有入口阀门2、隔膜泵3、干燥器4、过滤器5、流量控制阀6、流量计7和阀门8，入口阀门2前端的进气管1的最前端为进气口，进气管1的末端伸入到标准氚水12内部且其底部与鼓泡器11内部腔室下端面距离不超过0.5cm，鼓泡器11的输出端安装有出气管14，出气管14的一端伸入至鼓泡器11内部上层且与鼓泡器11内部上层的空气导通，出口阀门10的另一端为出气口，出气管14上安装有出口阀门10，伸入至鼓泡器11内部上层的出气管14的一端距离与鼓泡器11内部腔室上端面不超过1cm，确保了鼓泡过程和气体交换过程充分，最大限度的提高鼓泡效率，整个装置组装完毕且关闭入口阀门2和出口阀门10时，气密性良好。

本实施例中，所述鼓泡器11为圆柱型密封腔体，鼓泡器11顶部开有三个开孔，进气管1经过阀门8后的部分穿过鼓泡器11上的第一个开孔并插入标准氚水12中；温度计9穿过鼓泡器11上的第二个开孔并插入标准氚水12中，第二个开孔内侧垫有绝热密封胶圈，避免了温度计9的导热棒与鼓泡器11的金属腔体接触，确保了温度计9对标准氚水温度测量的准确性，出气管14穿过鼓泡器11上的第三个开孔并插入鼓泡器11内部上层的空气中，进气管1进入鼓泡器的部分、出气管14进入鼓泡器的部分和温度计9进入鼓泡器的部分均与鼓泡器11的竖轴线平行。

本实施例中，所述入口阀门2、流量控制阀6、阀门8、出口阀门10均为同级别真空气体阀门，用于改变气流方向，调节气流量大小，切断或接通气体管路。

本实施例中，所述隔膜泵3为气密性良好的单向气体控制泵，用于驱动整个管路内的气体流动。

本实施例中，所述干燥器4为一节或多节结构的干燥器，每节干燥器为不锈钢圆柱型腔体结构，腔室内设置有硅胶或氯化钙颗粒状干燥剂，用于吸附进入发生装置的气体中的水分，确保氚化水蒸气发生过程不会引入外界普通水蒸气从而破坏标准氚水的固有浓度，提高了校准过程的准确性。

本实施例中，所述过滤器5为不锈钢圆柱型腔体结构的过滤器，过滤器内部装有多层滤纸，用于吸附进入发生装置的气体中的固体颗粒、气溶胶等杂质，确保氚化水蒸气发生过程不会引入外界空气中的杂质从而破坏标准氚水的纯度，提高了校准过程的准确性。

本实施例中，所述流量计7为指示管路内气体单位时间内流量的浮子流量计或电子流量计。

本实施例中，所述温度计9为高精度温度计，高精度温度计的精度大于0.03℃。

本实施例中，所述冷肼13包括半导体冷肼。

本实施例中，所述鼓泡器11为不锈钢圆柱型腔体结构的鼓泡器，鼓泡器11内表面镀金或者电镀铝形成Al2O3薄膜；鼓泡器内装有体积不少于鼓泡器内部腔室体积的三分之一且不大于鼓泡器内部腔室体积的二分之一的标准氚水12。

本发明使用时，按照以下步骤进行：

步骤一、确定标准氚水温度T和同位素分馏系数F的函数关系，过程如下：

步骤101、在多浓度氚化水蒸气发生装置的出气口安装冷凝器和液闪测量仪，冷凝器内设置有用于收集氚化水的玻璃回收器；

步骤102、向鼓泡器11内装已知浓度已知体积的标准氚水；

步骤103、利用温度调节器15对冷肼13的温度进行设定；

步骤104、启动温度调节器15，待温度计9显示的标准氚水温度到达设定温度后，启动隔膜泵3开始鼓泡，累计气体流量达到设计体积后停止鼓泡；

将冷凝收集的氚化水取样，先通过电子天平称量，后利用液闪测量仪得到冷凝氚化水的单位质量活度值，根据公式

计算当前设定温度下的同位素分馏系数F，获取一组标准氚水温度和同位素分馏系数的数据，其中，C_冷凝水为液闪测量仪得到冷凝氚化水的单位质量活度值，

为标准氚水浓度；

步骤105、向鼓泡器11内补充标准氚水，使鼓泡器11内标准氚水与步骤102中标准氚水完全一致；

步骤106、改变温度调节器15对冷肼13的温度设定值，重复步骤104，获取下一组标准氚水温度和同位素分馏系数的数据；

步骤107、多次重复步骤105至步骤106，获取多组标准氚水温度和同位素分馏系数的数据；

步骤108、对多组标准氚水温度和同位素分馏系数的数据进行线性公式拟合，确定标准氚水温度T和同位素分馏系数F的函数关系，即F＝aT+b，其中，a和b为线性公式拟合系数；

步骤二、将多浓度氚化水蒸气发生装置安装至待校准现场：将多浓度氚化水蒸气发生装置的出气口连接至需要校准的仪器系统上，并利用氚气收集系统将输出的氚气回收至鼓泡器11中，确保产生的氚化水蒸气不污染环境；

步骤三、向鼓泡器内装标准氚水：在鼓泡器11内装入体积不大于鼓泡器内部腔室体积的二分之一且浓度为

的标准氚水12，

的单位为Bq/mL；

步骤四、根据公式

确定获取所需氚化水蒸气的浓度时标准氚水的温度T，其中，C为所需氚化水蒸气的浓度，单位Bq/L；S为饱和系数，S取1；γ_T为在鼓泡器11内标准氚水温度为T时，鼓泡产生的单位体积气体内的饱和含水量，单位g/L；V_气为鼓入鼓泡器的空气总体积，单位L；

为标准氚水的体积，单位mL；

步骤五、调节获取所需氚化水蒸气的浓度时标准氚水的温度T并得到所需浓度的氚化水蒸气：使用温度调节器15设定冷肼温度为T，并通过温度计9观察标准氚水的温度T_水，当|T-T_水|≤0.03℃时，打开隔膜泵3，鼓泡开始，从出口阀门10后端输出所需浓度的氚化水蒸气；

步骤六、开始进行现场校准；

步骤七、确定获取新的所需氚化水蒸气的浓度时标准氚水的温度并得到新的所需浓度的氚化水蒸气：关闭隔膜泵3，停止鼓泡和氚化水蒸气的产生，根据现场校准需求，改变冷肼温度，并通过温度计9观察标准氚水的温度，当|T'-T_水|≤0.03℃时，再次打开隔膜泵3，鼓泡开始，从出口阀门10后侧输出新的所需浓度的氚化水蒸气，其中，T'为获取新的所需氚化水蒸气的浓度时标准氚水的温度；

步骤八、根据校准需求，重新步骤六至步骤七，在改变温度的过程中，实现多浓度氚化水蒸气的发生。

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。

Claims (8)

1.一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其特征在于：包括鼓泡器(11)，鼓泡器(11)外包裹有冷肼(13)且与冷肼(13)物理接触，鼓泡器(11)内装有标准氚水(12)，鼓泡器(11)上安装有用于测量标准氚水(12)温度的温度计(9)，冷肼(13)上安装有用于调节冷肼(13)内温度的温度调节器(15)，鼓泡器(11)的输入端安装有进气管(1)，进气管(1)上依次安装有入口阀门(2)、隔膜泵(3)、干燥器(4)、过滤器(5)、流量控制阀(6)、流量计(7)和阀门(8)，入口阀门(2)前端的进气管(1)的最前端为进气口，进气管(1)的末端伸入到标准氚水(12)内部且其底部与鼓泡器(11)内部腔室下端面距离不超过0.5cm，鼓泡器(11)的输出端安装有出气管(14)，出气管(14)的一端伸入至鼓泡器(11)内部上层且与鼓泡器(11)内部上层的空气导通，出口阀门(10)的另一端为出气口，出气管(14)上安装有出口阀门(10)，伸入至鼓泡器(11)内部上层的出气管(14)的一端距离与鼓泡器(11)内部腔室上端面不超过1cm；

所述鼓泡器(11)为圆柱型密封腔体，鼓泡器(11)顶部开有三个开孔，进气管(1)经过阀门(8)后的部分穿过鼓泡器(11)上的第一个开孔并插入标准氚水(12)中；温度计(9)穿过鼓泡器(11)上的第二个开孔并插入标准氚水(12)中，第二个开孔内侧垫有绝热密封胶圈，出气管(14)穿过鼓泡器(11)上的第三个开孔并插入鼓泡器(11)内部上层的空气中，进气管(1)进入鼓泡器的部分、出气管(14)进入鼓泡器的部分和温度计(9)进入鼓泡器的部分均与鼓泡器(11)的竖轴线平行；

所述鼓泡器(11)为不锈钢圆柱型腔体结构的鼓泡器，鼓泡器(11)内表面镀金或者电镀铝形成Al2O3薄膜；鼓泡器内装有体积不少于鼓泡器内部腔室体积的三分之一且不大于鼓泡器内部腔室体积的二分之一的标准氚水(12)；

使用时，按照以下步骤进行：

步骤一、确定标准氚水温度T和同位素分馏系数F的函数关系，过程如下：

步骤101、在多浓度氚化水蒸气发生装置的出气口安装冷凝器和液闪测量仪，冷凝器内设置有用于收集氚化水的玻璃回收器；

步骤102、向鼓泡器(11)内装已知浓度已知体积的标准氚水；

步骤103、利用温度调节器(15)对冷肼(13)的温度进行设定；

步骤104、启动温度调节器(15)，待温度计(9)显示的标准氚水温度到达设定温度后，启动隔膜泵(3)开始鼓泡，累计气体流量达到设计体积后停止鼓泡；

将冷凝收集的氚化水取样，先通过电子天平称量，后利用液闪测量仪得到冷凝氚化水的单位质量活度值，根据公式

计算当前设定温度下的同位素分馏系数F，获取一组标准氚水温度和同位素分馏系数的数据，其中，C_冷凝水为液闪测量仪得到冷凝氚化水的单位质量活度值，

为标准氚水浓度；

步骤105、向鼓泡器(11)内补充标准氚水，使鼓泡器(11)内标准氚水与步骤102中标准氚水完全一致；

步骤106、改变温度调节器(15)对冷肼(13)的温度设定值，重复步骤104，获取下一组标准氚水温度和同位素分馏系数的数据；

步骤107、多次重复步骤105至步骤106，获取多组标准氚水温度和同位素分馏系数的数据；

步骤108、对多组标准氚水温度和同位素分馏系数的数据进行线性公式拟合，确定标准氚水温度T和同位素分馏系数F的函数关系，即F＝aT+b，其中，a和b为线性公式拟合系数；

步骤二、将多浓度氚化水蒸气发生装置安装至待校准现场：将多浓度氚化水蒸气发生装置的出气口连接至需要校准的仪器系统上，并利用氚气收集系统将输出的氚气回收至鼓泡器(11)中，确保产生的氚化水蒸气不污染环境；

步骤三、向鼓泡器内装标准氚水：在鼓泡器(11)内装入体积不大于鼓泡器内部腔室体积的二分之一且浓度为

的标准氚水(12)，

的单位为Bq/mL；

步骤四、根据公式

确定获取所需氚化水蒸气的浓度时标准氚水的温度T，其中，C为所需氚化水蒸气的浓度，单位Bq/L；S为饱和系数，S取1；γ_T为在鼓泡器(11)内标准氚水温度为T时，鼓泡产生的单位体积气体内的饱和含水量，单位g/L；V_气为鼓入鼓泡器的空气总体积，单位L；

为标准氚水的体积，单位mL；

步骤五、调节获取所需氚化水蒸气的浓度时标准氚水的温度T并得到所需浓度的氚化水蒸气：使用温度调节器(15)设定冷肼温度为T，并通过温度计(9)观察标准氚水的温度T_水，当|T-T_水|≤0.03℃时，打开隔膜泵(3)，鼓泡开始，从出口阀门(10)后端输出所需浓度的氚化水蒸气；

步骤六、开始进行现场校准；

步骤七、确定获取新的所需氚化水蒸气的浓度时标准氚水的温度并得到新的所需浓度的氚化水蒸气：关闭隔膜泵(3)，停止鼓泡和氚化水蒸气的产生，根据现场校准需求，改变冷肼温度，并通过温度计(9)观察标准氚水的温度，当|T'-T_水|≤0.03℃时，再次打开隔膜泵(3)，鼓泡开始，从出口阀门(10)后侧输出新的所需浓度的氚化水蒸气，其中，T'为获取新的所需氚化水蒸气的浓度时标准氚水的温度；

步骤八、根据校准需求，重新步骤六至步骤七，在改变温度的过程中，实现多浓度氚化水蒸气的发生。

2.按照权利要求1所述的一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其特征在于：所述入口阀门(2)、流量控制阀(6)、阀门(8)、出口阀门(10)均为同级别真空气体阀门。

3.按照权利要求1所述的一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其特征在于：所述隔膜泵(3)为气密性良好的单向气体控制泵。

4.按照权利要求1所述的一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其特征在于：所述干燥器(4)为一节或多节结构的干燥器，每节干燥器为不锈钢圆柱型腔体结构，腔室内设置有硅胶或氯化钙颗粒状干燥剂。

5.按照权利要求1所述的一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其特征在于：所述过滤器(5)为不锈钢圆柱型腔体结构的过滤器，过滤器内部装有多层滤纸。

6.按照权利要求1所述的一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其特征在于：所述流量计(7)为指示管路内气体单位时间内流量的浮子流量计或电子流量计。

7.按照权利要求1所述的一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其特征在于：所述温度计(9)为高精度温度计，高精度温度计的精度大于0.03℃。

8.按照权利要求1所述的一种多浓度氚化水蒸气发生装置，其特征在于：所述冷肼(13)包括半导体冷肼。

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