[发明专利]一种基于多丝正比室气态氚测量方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及核辐射探测领域，具体涉及辐射防护领域中环境气态氚的探测方法和系统。

背景技术

人类发现氢的同位素—氚，还不足百年的历史，从1965年以后，氚才进入大规模的生产活动当中。氚在医学、科学研究、工业尤其核工业领域有多方面的应用，特别是作为核聚变反应的主要轻质材料，氚是制造聚变核武器不可缺少的核材料。氚是氢唯一的放射性同位素，具有很强的渗透性。氚接触任何一种材料都会渗入其中，并在一定时间以一定的渗透率穿过材料。由于氚极易溶于水，从氚设施内氚工艺系统、氚容器阀门及手套箱中渗入空气的微量氚以HT、T2状态存在，它们被氧化后，可转变成HTO、T2O状态。由于核设施内部氚部件产生的氚渗透、工艺管线表面氚污染、含氚废气排放、通风换气及含氚粉尘扩散等均能导致人工氚向自然界扩散，形成大气污染，并随大气流动，在氚设施附近的局部区域可形成氚浓度高的烟羽区。在氚设施附近区域内的环境大气氚浓度与天然本底有显著区别。伴随着核工业的快速发展，裂变反应堆、热核材料氚生产和回收设施，以及核燃料后处理厂是现役核设施生成和释放氚的主要方式。氚设施及相关生产活动进行的过程中，低浓度的含氚废气和废水会排放到环境中。环境中的氚，除通过空气和水直接被人摄取外，还可被植物和动物吸收，并经由这些动植物食品传输到人体内，从而照成内辐射。因此，如何有效监测环境中的气态氚浓度，成为氚辐射防护的热点问题。

为了最大程度的避免工作人员通过呼吸道、皮肤接触等方式接触到放射性物质，需要及时监测环境中的气态氚浓度。自从1934年发现氚以来，对于氚的研究、开发从未停止，相应的监测防护技术也从未停止。但是由于气态氚的流动性、扩散性以及放射性，对气态氚仪器或者相应方法的要求相对比较高，需要一种高效率、稳定性好、并且具有较低本底的测量系统。

一些发达国家开始进行辐射防护及相关测量方法的研究工作。在美国，20世纪50年代，氚的生产与处理过程中辐射防护的重点是保障操作人员的安全，而70年代开始，除氚系统逐渐被广泛使用，从而使氚向环境大气的排放量大幅度降低。同时，国外相关研究单位也在氚的监测仪器的开发方面做了大量工作。如：英国Tyne公司在复杂机械系统设计以及氚治理领域有超过20年的经验，开发了1000cc电离室、后端的仪器部分及表面污染测量仪等。法国SDEC公司研制的MARC7000采用正比计数管作为探测器，可实现对空气中全氚的连续监测。德国Berthold公司生产的LB124便携式表面污染探测仪可对α，β和γ的表面污染进行同时测量，广泛使用于探测地板，墙体，桌子，物体，衣物，皮肤等的表面污染。而日本、俄罗斯等国早在80年代进行了气态、液态氚测量方法的研究。

随着中国核事业的稳步推进，核反应堆、核电站、ITER计划等的工作环境中会存在不同程度的气态氚废气，中国工程物理研究院、中国辐射防护院、原子能科学技术研究院等重点单位近年来对不同环境下氚的相关处理技术进行了大量的基础性研究。我国氚监测的技术研究工作始于60年代，当时的重点是核设施内厂房空气与生产下水中氚的监测及对工作人员的安全防护。境氚监测的最早报道见于70年代末期，80年代由于几次全国规模的环境放射性水平调查得以重视和发展。最早在现场投入使用的是中国原子能院研制的5L半圆形流气式差分电离室，测量室与补偿室完全对称结合构成一个圆柱体形的双电离室。70年代初，西安核仪器厂研制出我国第一台全晶体管化的电容式静电计。在水中氚的监测方面，原子能院与西安核仪器厂联合研制成功我国第一台FJ-353双道液体闪烁计数器。中国工程物理研究院官锐等在《产氚回路中氚的在线监测研究》中描述了一套产氚回路中氚的在线监测装置——流气式正比计数系统。

氚的比活度～356TBq/g，它是纯β辐射体，其射线的最大能量为18.6keV，平均能量为5.67keV，半衰期12.35年，在水中的最大射程69um，平均射程0.6um，在空气中的最大射程约5mm，由于β射线与物质相互作用的弹性散射，其路程最大可约为20mm，一般的β辐射探测器难于探测，同时环境中气态氚放射出的β粒子能量相对较低，容易受到天然γ射线及宇宙射线的干扰，有必要在测量过程中有效甄别其它形式的辐射或其它放射性核素，设计一种能够提高低能β探测效率的气态氚浓度测量系统。