一种核电站烟囱排放气体综合监测系统及方法与流程

1.本发明属于辐射监测技术领域，具体涉及一种核电站烟囱排放气体综合监测系统及方法。


背景技术：

2.为了保护核电厂工作人员和公共场所免遭放射性辐照，核电厂设置了辐射监测系统(以下简称krt系统)，用于连续监测核电厂区域和空中的悬浮物，以及核电厂工艺过程和排出物的放射性。
3.krt系统由取样系统、探测器、处理单元和集中控制机柜等部分组成，包括数十个测量通道。通过监测包括反应堆的冷却水、蒸汽发生器的蒸汽、安全壳内的空气和气溶胶，以及控制室、通风管道和烟囱中的空气与气溶胶、冷凝器中的非凝物、气体和液体的流出物，放射性废物(如树脂)等介质的γ和β活性，判断工艺过程是否正常，有无放射性泄漏。
4.其中，核电站烟囱排放气体中包括多种射线类型，如来自气溶胶的α射线、β射线和γ射线和来自
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i的γ射线，以及来自惰性气体中的β射线和γ射线，而且，惰性气体中的
85
kr、
133
xe在衰变过程中同时放射出β射线和γ射线，
85
kr以99％以上的百分率发射0.67mev的β射线，0.4％的百分率发射0.51mev的γ射线，因而应使用不同的探测器以及设置不同的量程对
85
kr、
133
xe等的衰变辐射进行探测。
5.现有技术中，对核电站烟囱排放气体中惰性气体探测量程有限，还缺乏综合性的，监测范围广的，探测效率高的，能够对核电站烟囱排放气体中气溶胶、碘、惰性气体活度进行高效连续监测的综合监测系统。


技术实现要素：

6.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，提供核电站烟囱排放气体综合监测系统及方法，其系统设计合理，实现方便，结合监测方法，能够有效应用在核电站烟囱排放气体的综合监测，实现气溶胶、碘、惰性气体活度的综合监测，监测范围大，精度高，使用效果好，便于推广使用。
7.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种核电站烟囱排放气体综合监测系统，包括气溶胶探测子系统、碘探测子系统、低量程惰性气体探测子系统和高量程惰性气体探测子系统，以及气体取样子系统；所述气体取样子系统包括并行设置的第一气体取样管路和第二气体取样管路，所述气溶胶探测子系统和碘探测子系统依次设置在第一气体取样管路上，所述低量程惰性气体探测子系统和高量程惰性气体探测子系统依次设置在第二气体取样管路上。
8.上述的一种核电站烟囱排放气体综合监测系统，所述气溶胶探测子系统包括设置在第一气体取样管路上的气溶胶取样器和设置在所述气溶胶取样器一侧的气溶胶探测器，所述气溶胶探测器连接有气溶胶就地辐射处理单元。
9.上述的一种核电站烟囱排放气体综合监测系统，所述碘探测子系统包括设置在第
一气体取样管路上的碘取样器和设置在所述碘取样器一侧的碘探测器，所述碘探测器连接有碘就地辐射处理单元。
10.上述的一种核电站烟囱排放气体综合监测系统，所述低量程惰性气体探测子系统包括设置在第二气体取样管路上的低量程惰性气体测量室和设置在所述低量程惰性气体测量室上部的低量程惰性气体探测器，所述低量程惰性气体探测器连接有低量程惰性气体就地辐射处理单元。
11.上述的一种核电站烟囱排放气体综合监测系统，所述低量程惰性气体测量室包括容积固定的第一密闭腔体，所述低量程惰性气体探测器包括第一前端处理器和均设置在第一密闭腔体上部的第一β塑料闪烁体和第二β塑料闪烁体，所述第一β塑料闪烁体上部设置有第一光电倍增管和第二光电倍增管，所述第一光电倍增管和第二光电倍增管均连接有第一高压模块和第一探测信号处理模块；所述第二β塑料闪烁体上部设置有第三光电倍增管，所述第三光电倍增管连接有第二高压模块和第二探测信号处理模块，所述第一探测信号处理模块和第二探测信号处理模块均与第一前端处理器的输入端连接。
12.上述的一种核电站烟囱排放气体综合监测系统，所述高量程惰性气体探测子系统包括设置在第二气体取样管路上的高量程惰性气体测量室和设置在所述高量程惰性气体测量室上部的高量程惰性气体探测器，所述高量程惰性气体探测器连接有高量程惰性气体就地辐射处理单元。
13.上述的一种核电站烟囱排放气体综合监测系统，所述高量程惰性气体测量室包括容积固定的第二密闭腔体，所述高量程惰性气体探测器包括第二前端处理器和设置在第二密闭腔体上部的第三β塑料闪烁体，所述第三β塑料闪烁体上部设置有第四光电倍增管，所述第四光电倍增管连接有高压调节模块和第三探测信号处理模块，所述第三探测信号处理模块与第二前端处理器的输入端连接，所述高压调节模块与第二前端处理器的输出端连接。
14.本发明还公开了一种核电站烟囱排放气体综合监测方法，采用上述的系统，所述方法包括：
15.采用所述气体取样子系统对核电站烟囱排放气体进行取样；烟囱排放气体同时进入第一气体取样管路和第二气体取样管路；
16.采用所述气溶胶探测子系统对进入第一气体取样管路中的烟囱排放气体中的放射性气溶胶进行探测；
17.采用所述碘探测子系统对进入第一气体取样管路中的烟囱排放气体中的放射性碘进行探测；
18.采用所述低量程惰性气体探测子系统和高量程惰性气体探测子系统对进入第二气体取样管路中的烟囱排放气体中的放射性惰性气体进行探测。
19.上述的一种核电站烟囱排放气体综合监测方法，所述对放射性气溶胶进行探测的具体过程包括：
20.采用pips半导体探测器探测气溶胶中的α、β和环境中的γ辐射，所述pips探测器测量α、β、γ射线产生的脉冲经由前放电路接入多道并生成低漂移、高分辨率的能谱；
21.将所述pips半导体探测器安装在铅屏蔽体内，用于扣除周围环境中的γ射线对pips半导体探测器造成的影响；
22.通过能谱解谱扣除天然氡钍字体产生的α射线，得到人工α活度浓度；
23.通过α峰扣除天然氡钍字体的β射线，通过塑闪测量信号扣除pips半导体探测器测量到的γ射线，得到人工β射线活度浓度。
24.上述的一种核电站烟囱排放气体综合监测方法，所述对烟囱排放气体中的放射性惰性气体进行探测的具体过程包括：
25.所述低量程惰性气体探测子系统的探测范围包括第一量程段和第二量程段，所述第一量程段采用两个β探测器，两个β探测器的信号经过叠加、前置放大、甄别、成形，转换为脉冲信号，计算活度浓度；所述第二量程段采用一个β探测器，信号通过电流积分、压频转换为脉冲信号，计算活度浓度；采用控制器进行第一量程段和第二量程段的切换显示；
26.所述高量程惰性气体探测子系统采用一个β探测器，信号通过电流积分、压频转换为脉冲信号，当信号超过设定阈值后，通过调节β探测器的灵敏度，提高探测上限。
27.本发明与现有技术相比具有以下优点：
28.1、本发明的系统设计合理，实现方便。
29.2、本发明通过依次设置在第一气体取样管路上的气溶胶探测子系统和碘探测子系统分别对烟囱排放气体中的气溶胶β射线和
131
iγ射线进行探测；同时，通过设置在第二气体取样管路上的低量程惰性气体探测子系统和高量程惰性气体探测子系统对烟囱排放气体中的惰性气体活度进行探测，实现综合监测。
30.3、本发明设计低量程惰性气体探测子系统和高量程惰性气体探测子系统，实现对烟囱排放气体中的惰性气体的宽范围探测。
31.4、本发明的高量程惰性气体探测器有效提高探测上限，最终达到10
15
数量级的探测量程。
32.5、本发明能够有效应用在核电站烟囱排放气体的综合监测，实现气溶胶、碘、惰性气体活度的综合监测，监测范围大，精度高，使用效果好，便于推广使用。
33.综上所述，本发明的系统设计合理，实现方便，结合监测方法，能够有效应用在核电站烟囱排放气体的综合监测，实现气溶胶、碘、惰性气体活度的综合监测，监测范围大，精度高，使用效果好，便于推广使用。
34.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
35.图1为本发明的系统原理框图；
36.图2为本发明低量程惰性气体探测子系统的原理框图；
37.图3为本发明高量程惰性气体探测子系统的原理框图。
38.附图标记说明:
39.1—气溶胶探测子系统；
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1-1—气溶胶取样器；
40.1-2—气溶胶探测器；
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1-3—气溶胶就地辐射处理单元；
41.2—碘探测子系统；
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2-1—碘取样器；
42.2-2—碘探测器；
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2-3—碘就地辐射处理单元；
43.3—低量程惰性气体探测子系统；
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3-1—低量程惰性气体测量室；
44.3-2—低量程惰性气体探测器；
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3-21—第一前端处理器；
45.3-22—第一β塑料闪烁体；
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3-23—第二β塑料闪烁体；
46.3-24—第一光电倍增管；
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3-25—第二光电倍增管；
47.3-26—第一高压模块；
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3-27—第一探测信号处理模块；
48.3-28—第三光电倍增管；
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3-29—第二高压模块；
49.3-210—第二探测信号处理模块；
50.3-3—低量程惰性气体就地辐射处理单元；
51.4—高量程惰性气体探测子系统；
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4-1—高量程惰性气体测量室；
52.4-2—高量程惰性气体探测器；
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4-21—第二前端处理器；
53.4-22—第三β塑料闪烁体；
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4-23—第四光电倍增管；
54.4-24—高压调节模块；
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4-25—第三探测信号处理模块；
55.4-3—高量程惰性气体就地辐射处理单元；5—第一气体取样管路；
56.6—第二气体取样管路。
具体实施方式
57.如图1所示，本发明的核电站烟囱排放气体综合监测系统，包括气溶胶探测子系统1、碘探测子系统2、低量程惰性气体探测子系统3和高量程惰性气体探测子系统4，以及气体取样子系统；所述气体取样子系统包括并行设置的第一气体取样管路5和第二气体取样管路6，所述气溶胶探测子系统1和碘探测子系统2依次设置在第一气体取样管路5上，所述低量程惰性气体探测子系统3和高量程惰性气体探测子系统4依次设置在第二气体取样管路6上。
58.具体实施时，气溶胶探测子系统1用于监测核电站烟囱排放气体中气溶胶的能量范围为80kev～3.0mev的β射线，碘探测子系统2用于监测核电站烟囱排放气体中能量为364.5kev的
131
i的γ射线，低量程惰性气体探测子系统3和高量程惰性气体探测子系统4用于监测核电站烟囱排放气体中惰性气体的
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kr、
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xe在衰变过程中放射出的β射线和γ射线。气溶胶探测子系统1和碘探测子系统2安装在第一支架上，作为核电站的n1e级监测设备，低量程惰性气体探测子系统3和高量程惰性气体探测子系统4安装在第二支架上，作为核电站的1e级监测设备。
59.本实施例中，如图1所示，所述气溶胶探测子系统1包括设置在第一气体取样管路5上的气溶胶取样器1-1和设置在所述气溶胶取样器1-1一侧的气溶胶探测器1-2，所述气溶胶探测器1-2连接有气溶胶就地辐射处理单元1-3。
60.具体实施时，气溶胶取样器1-1和气溶胶探测器1-2通过不锈钢壳一体封装，并安装在铅屏蔽体内，气溶胶取样器1-1包括自动化走纸机构，通过滤纸对核电站烟囱排放气体中的放射性气溶胶进行取样，气溶胶探测器1-2包括pips探测器，pips探测器正对滤纸，测量滤纸上沉积的氡钍子体的α和β辐射，通过对α活度的测量，根据分支系数扣除与α辐射伴生的β计数；气溶胶就地辐射处理单元1-3对气溶胶探测器1-2探测的数据进行处理和显示，并在探测结果超过预定的阈值时，发出报警信号。
61.本实施例中，如图1所示，所述碘探测子系统2包括设置在第一气体取样管路5上的碘取样器2-1和设置在所述碘取样器2-1一侧的碘探测器2-2，所述碘探测器2-2连接有碘就地辐射处理单元2-3。
62.具体实施时，碘取样器2-1和碘探测器2-2一起封装在铅屏蔽体内，碘取样器2-1包括碘活性碳吸附盒，通过固定式碘活性碳吸附盒对核电站烟囱排放气体中的放射性碘进行取样，碘探测器2-2包括nai(tl)探测器，nai(tl)探测器正对碘活性碳吸附盒。为提高对碘的吸附效率，碘活性碳使用teda浸渍过的椰壳活性炭。碘就地辐射处理单元2-3对碘探测器2-2探测的数据进行处理和显示，并在探测结果超过预定的阈值时，发出报警信号。
63.本实施例中，如图1所示，所述低量程惰性气体探测子系统3包括设置在第二气体取样管路6上的低量程惰性气体测量室3-1和设置在所述低量程惰性气体测量室3-1上部的低量程惰性气体探测器3-2，所述低量程惰性气体探测器3-2连接有低量程惰性气体就地辐射处理单元3-3。
64.本实施例中，如图2所示，所述低量程惰性气体测量室3-1包括容积固定的第一密闭腔体，所述低量程惰性气体探测器3-2包括第一前端处理器3-21和均设置在第一密闭腔体上部的第一β塑料闪烁体3-22和第二β塑料闪烁体3-23，所述第一β塑料闪烁体3-22上部设置有第一光电倍增管3-24和第二光电倍增管3-25，所述第一光电倍增管3-24和第二光电倍增管3-25均连接有第一高压模块3-26和第一探测信号处理模块3-27；所述第二β塑料闪烁体3-23上部设置有第三光电倍增管3-28，所述第三光电倍增管3-28连接有第二高压模块3-29和第二探测信号处理模块3-210，所述第一探测信号处理模块3-27和第二探测信号处理模块3-210均与第一前端处理器3-21的输入端连接。
65.具体实施时，受限于电子学部分脉冲计数器与前端处理电路的影响，单一探测器脉冲计数电路只能实现六个数量级的跨度，只能够达到3.7
×
103～3.7
×
109bq/m3的探测量程，该量程不能满足核电站需求。因此，本实施例通过大面积的第一β塑料闪烁体3-22配合第一光电倍增管3-24和第二光电倍增管3-25，以脉冲计数方式实现测量惰性气体的量程3.7
×
103～3.7
×
109bq/m3，设计大面积的第一β塑料闪烁体3-22提高探测效率；同时，为了避免边缘效应，在第一β塑料闪烁体3-22上设计第一光电倍增管3-24和第二光电倍增管3-25；同时，通过小面积的第二β塑料闪烁体3-23配合第三光电倍增管3-28，以电流积分方式实现测量惰性气体的量程3.7
×
107～3.7
×
10
12
bq/m3，实现对核电站烟囱排放气体中惰性气体探测的低量程阶段的拓宽，由六个数量级的跨度扩展为九个数量级的跨度。低量程惰性气体就地辐射处理单元3-3对低量程惰性气体探测器3-2探测的数据进行处理和显示。
66.本实施例中，如图1所示，所述高量程惰性气体探测子系统4包括设置在第二气体取样管路6上的高量程惰性气体测量室4-1和设置在所述高量程惰性气体测量室4-1上部的高量程惰性气体探测器4-2，所述高量程惰性气体探测器4-2连接有高量程惰性气体就地辐射处理单元4-3。
67.本实施例中，如图3所示，所述高量程惰性气体测量室4-1包括容积固定的第二密闭腔体，所述高量程惰性气体探测器4-2包括第二前端处理器4-21和设置在第二密闭腔体上部的第三β塑料闪烁体4-22，所述第三β塑料闪烁体4-22上部设置有第四光电倍增管4-23，所述第四光电倍增管4-23连接有高压调节模块4-24和第三探测信号处理模块4-25，所述第三探测信号处理模块4-25与第二前端处理器4-21的输入端连接，所述高压调节模块4-24与第二前端处理器4-21的输出端连接。
68.具体实施时，为了进一步提高对核电站烟囱排放气体中惰性气体的探测上限，实现高量程探测，通过第三β塑料闪烁体4-22配合第四光电倍增管4-23，以电流积分方式实现
测量惰性气体的量程1.0
×
106～3.7
×
10
11
bq/m3，当测量值达到3.7
×
10
11
bq/m3的探测上限时，通过第二前端处理器4-21控制调节高压调节模块4-24的电压输出值，降低第四光电倍增管4-23的灵敏度因子，进而提高探测上限，最终达到10
15
数量级的探测量程。高量程惰性气体就地辐射处理单元4-3对高量程惰性气体探测器4-2探测的数据进行处理和显示，并在探测结果超过预定的阈值时，发出报警信号。
69.本发明的核电站烟囱排放气体综合监测方法包括：
70.采用所述气体取样子系统对核电站烟囱排放气体进行取样；烟囱排放气体同时进入第一气体取样管路5和第二气体取样管路6；
71.采用所述气溶胶探测子系统1对进入第一气体取样管路5中的烟囱排放气体中的放射性气溶胶进行探测；
72.采用所述碘探测子系统2对进入第一气体取样管路5中的烟囱排放气体中的放射性碘进行探测；
73.采用所述低量程惰性气体探测子系统3和高量程惰性气体探测子系统4对进入第二气体取样管路6中的烟囱排放气体中的放射性惰性气体进行探测。
74.本实施例中，所述对放射性气溶胶进行探测的具体过程包括：
75.采用pips半导体探测器探测气溶胶中的α、β和环境中的γ辐射，所述pips探测器测量α、β、γ射线产生的脉冲经由前放电路接入多道并生成低漂移、高分辨率的能谱；
76.将所述pips半导体探测器安装在铅屏蔽体内，用于扣除周围环境中的γ射线对pips半导体探测器造成的影响；
77.通过能谱解谱扣除天然氡钍字体产生的α射线，得到人工α活度浓度；
78.通过α峰扣除天然氡钍字体的β射线，通过塑闪测量信号扣除pips半导体探测器测量到的γ射线，得到人工β射线活度浓度。
79.本实施例中，所述对烟囱排放气体中的放射性惰性气体进行探测的具体过程包括：
80.所述低量程惰性气体探测子系统3的探测范围包括第一量程段和第二量程段，所述第一量程段采用两个β探测器，两个β探测器的信号经过叠加、前置放大、甄别、成形，转换为脉冲信号，计算活度浓度；所述第二量程段采用一个β探测器，信号通过电流积分、压频转换为脉冲信号，计算活度浓度；采用控制器进行第一量程段和第二量程段的切换显示；
81.所述高量程惰性气体探测子系统4采用一个β探测器，信号通过电流积分、压频转换为脉冲信号，当信号超过设定阈值后，通过调节β探测器的灵敏度，提高探测上限。
82.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。