專利名稱：基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及核廢物處理領域，具體涉及核設施退役中異型管道內表面α核輻射污染測量系統與方法。
背景技術：
我國核工業運行至今，有一批核設施已相繼進入或即將進入退役階段，在退役或退役計劃中，對于核設施的異型管道的退役已引起足夠重視。異型管道退役的輻射污染探測技術及評價方法是整個退役中的關鍵技術問題之一。對于核設施異型管道的特性調查、測量，以及后續的去污、處理、處置等問題，國內可借鑒的經驗甚少，有些問題甚至是首次面對。退役核設施中的異型管道主要包括特排管道、下水管道、廢氣輸送管道和地面排水管道等，這些管道內表面存在α衰變核素。由于α射線射程短和穿透力很弱，一般的α表面 污染測量儀要求探頭與探測面平行，并且兩者之間的距離要小于某個值，才能進行表面α污染測量。這對于夠不著的污染表面，比如小直徑管道的內表面，將測量不到，造成這些物品不能釋放，循環利用或者清潔掩埋處理。在核設施退役過程中，針對放射性污染管道內表面α污染水平的測量方法有直接測量法和間接測量法。直接測量法即使用普通的表面污染測量儀進行直接測量。但由于管道內弧型結構和平面探頭測量窗不能吻合，因此測量結果不能真實地反映表面污染情況。間接測量包括化學擦拭法和電離室法，擦拭法目前應用較為普遍，但取樣代表性不足和擦拭效率的失實性會都給測量結果帶來較大不確定度。電子收集法長距離α探測技術操作較為繁雜，電子收集室收集的電子信號過于微弱，對系統穩定性要求很高，測量誤差較大，這在一定程度上限制了其應用。核設施退役中的通風管道、特排下水管道由于其結構復雜，其內表面的污染的準確監測仍是有待解決的問題。目前尚未發現有采用本發明所采用的技術方案進行異型管道內表面α輻射污染檢測，因此本發明所提供的方法是一種創新的技術手段和方法。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于利用RPC (電阻板式電離室)探測器對核設施退役中異型管道內表面α輻射污染進行探測，異型管道內表面α射線電離管道內部空氣，形成大量游離的電子-離子對。通過抽氣的方式，管道內部游離的電子-離子對在外力作用下部分會被抽到RPC探測器靈敏體積內部，電子在RPC探測器內部會產生雪崩放大。在高壓電場作用下，電子雪崩增殖過程中的電子和離子會向電極漂移，并在外層雪崩信號感應電極上產生感應電荷，對這些感應電荷信號進行測量即可實現異型管道內表面α輻射污染的測量。基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統所提供方法合理，理論基礎充分，實現的技術方案成熟可行，所使用測量系統便于實施，測量靈敏度高、能準確的檢測異型管道內表面α輻射污染。為能達到上述發明目的，所采用的技術方案是提供一種基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，具體包括被測異型管道、抽氣裝置、氣體凈化裝置、工作氣體、配氣儀、RPC測試盒、RPC探測器、前置放大器、高壓電源及數據獲取單元；抽氣裝置抽取被測異型管道內部氣體，通過氣體凈化裝置濾除空氣中的顆粒物后與一定比例的工作氣體一起輸入到配氣儀；RPC探測器置于RPC測試盒內部，配氣儀輸出的混合氣體通過安裝在RPC測試盒上的RPC探測器進氣口(9)進入RPC探測器探測靈敏區(I);高壓電源通過安裝在RPC測試盒上的高壓接頭(8)連接到RPC探測器石墨高壓電極(16)，高壓電源使RPC探測器工作在雪崩模式；RPC探測器信號輸出端通過前置放大器與數據獲取單元相連；RPC探測器探測混合氣體中由異型管道內表面α射線電離空氣產生的電子信號，從而實現異型管道內表面α輻射污染的探測。
按照本發明提供的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征是所述的被測異型管道是指核設施退役下來的不同口徑，不同形狀的特排管道、下水管道、廢氣輸送管道和地面排水管道等，在其內表面沾有α輻射體的放射性核素。按照本發明提供的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征是所述的抽氣裝置其出氣口與氣體凈化裝置進氣口相連(3)，通過氣泵將異型管道內部含有被α射線電離空氣形成電子信息的氣體經過氣體凈化裝置和配氣儀后抽取到RPC探測器探測靈敏區(I)。按照本發明提供的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征是所述的氣體凈化裝置采用微孔濾膜技術，在靠近氣體凈化裝置的進氣口(3)和出氣口
(4)各安裝一片微孔濾膜(5 )，濾除空氣中的微粒物，在進氣口和微孔濾膜之間、出氣口和微孔濾膜之間以及兩個微孔濾膜之間都留有氣體緩沖腔(6)。按照本發明提供的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征是所述的工作氣體為RPC探測器工作所需的混合氣體，主要由能有效吸收RPC工作時氣體分子退激時所發射的紫外光子的有機氣體和鹵素氣體組成，從而抑制流光的產生而實現RPC探測器氣體倍增的自熄。按照本發明提供的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征是所述的配氣儀包含若干組氣體輸入端口、混合氣體輸出端口以及各路氣體輸入流量控制單元，使輸入的各組氣體按一定組分和流量輸出，配氣儀氣體輸入端口連接到氣體凈化裝置出氣口(4)和工作氣體輸出口上，配氣儀氣體輸出端口連接到RPC探測器進氣口(9)。按照本發明提供的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征是所述的RPC測試盒為一個金屬腔體，具體包括密封蓋(7)、高壓接頭(8)、RPC探測器進氣口( 9 )、RPC探測器出氣口、前置放大器連接口( 10 )、連接固定螺孔(11)，在RPC測試盒的內部安裝RPC探測器(12);通過高壓導線將RPC的石墨高壓電極(16)連接到測試盒的高壓接頭上，通過氣管將RPC探測器探測靈敏區氣隙連接到測試盒上RPC探測器進氣口。按照本發明提供的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征是所述的RPC探測器是采用半導體玻璃制成的高計數率RPC探測器，主要用于探測管道內部氣體被α射線電離后形成電子信號，具體包括蜂窩板(13)、雪崩信號感應電路板(14)、高絕緣聚酯薄膜(15)、石墨高壓電極(16)、半導體玻璃(17)、高絕緣聚四氟乙烯墊片(18)、高絕緣聚四氟乙烯限位條(19);通過雙面膠將蜂窩板緊貼在雪崩信號感應電路板上，使其保持平整性；與蜂窩板表面相貼的信號感應電路板表面附有信號感應銅層(20)，信號感應銅層作為信號輸出端被引到雪崩信號感應電路板的其中一側，雪崩信號感應電路板的另一面為電路板裸露基材；雪崩信號感應電路板通過高絕緣聚酯薄膜與表面均勻噴涂有石墨高壓電極的半導體玻璃緊密貼在一起構成RPC探測器的其中一個電極；這個電極通過四個聚四氟乙烯限位條與另外一個同樣結構的電極平行相連，在安裝孔(21)采用尼龍螺釘將兩極相連起來；前后兩側兩個聚四氟乙烯限位條側面分別均勻分布若干個氣孔(22)，通過氣管將其中一側氣孔與安裝在RPC測試盒上的RPC探測器進氣口相連，另一側與RPC測試盒上的RPC探測器出氣口相連；兩個半導體玻璃電 極之間表面安裝高絕緣聚四氟乙烯墊片，使兩極之間的氣隙保持均勻；兩極半導體玻璃之間的空間為RPC探測靈敏區(I);高壓導線穿過高壓焊接孔(23)與石墨高壓電極相連。按照本發明提供的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征是所述的前置放大器(24)密封在一個屏蔽盒內(25)，屏蔽盒上裝有前置放大器工作電源輸入端(26)和前置放大器信號輸出端(27);前置放大器的工作電源通過導線連接到屏蔽盒上的前置放大器工作電源輸入端(26);前置放大器的信號輸出通過導線連接到屏蔽盒上的前置放大器信號輸出端(27);前置放大器通過前置放大器連接口與RPC探測器的信號輸出端相連；通過固定螺絲將前置放大器屏蔽盒與RPC測試盒固定在一起。按照本發明提供的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征是所述的高壓電源為RPC探測器的工作電源，給RPC探測器提供一個使其工作在電子雪崩模式的高壓電源，高壓電源輸出值可以根據需要調整大小。按照本發明提供的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征是所述的數據獲取系統包括數據采集模塊、數據分析模塊、人機交互模塊；通過數據采集模塊采集被RPC探測器探測到的電子信息，通過數據分析模塊分析這些被探測到的電子信息并通過人機交互模塊進行輸出，從而實現對異型管道內表面α輻射污染的檢測。
附圖I為基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統框 附圖2為氣體凈化裝置結構 其中(3)進氣端口 ；(4)出氣端口 ；(5)微孔濾膜；(6)氣體緩沖氣腔。附圖3為RPC測試盒結構 其中(7)密封蓋；(8)高壓接頭；(9) RPC探測器進氣口 ；(10)前置放大器連接口 ；
(11)連接固定螺孔；(12 ) RPC探測器；(24 )前置放大器；(25 )屏蔽盒；(26 )前置放大器工作電源輸入端；(27)前置放大器信號輸出端；
附圖4為RPC探測器結構其中(13)蜂窩板；(14)雪崩信號感應電路板；(15)高絕緣聚酯薄膜；(16)石墨高壓電極；(17)半導體玻璃；(18)高絕緣聚四氟乙烯墊片；(19)高絕緣聚四氟乙烯限位條；
(20)信號感應銅層；(21)安裝孔;(22)氣孔，(23)高壓焊接孔。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施方式進行詳細的描述。圖I為基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統框圖。具體包括被測異型管道、抽氣裝置、氣體凈化裝置、工作氣體、配氣儀、RPC測試盒、RPC探測器、前置放大器、高壓電源及數據獲取單元；抽氣裝置抽取被測異型管道內部氣體，通過氣體凈化裝置濾除空氣中的顆粒物后與一定比例的工作氣體一起輸入到配氣儀；RPC探測器置于RPC測試盒內部，配氣儀輸出的混合氣體通過安裝在RPC測試盒上的RPC探測器進氣口(9)進入RPC探測器探測靈敏區(I);高壓電源通過安裝在RPC測試盒上的高壓接頭(8 )連接到RPC探測器石墨高壓電極(16)，高壓電源使RPC探測器工作在雪崩模式；RPC探測器信號輸出端通過前置放大器與數據獲取單元相連；異型管道內表面α輻射體衰變產生α粒子電離空氣產生電子信號，在抽氣裝置的抽動下，將這些電子信息抽到RPC探測器探測靈敏區內部；這些電子信息在高壓電場作用下在RPC探測器探測靈敏區會發生雪崩放大，雪崩放大后的電子信號在高壓電場作用下進行流動，從而在探測器兩極上感應出電流信號，數據獲取系統對這個感應電流進行測量從而實現異型管道內表面α輻射污染的探測。圖2為氣體凈化裝置結構圖。采用微孔濾膜技術濾除空氣中的灰塵微粒。包括 進氣端口(3)、出氣端口(4)、微孔濾膜(5)和氣體緩沖氣腔(6)。在氣體緩沖氣腔兩端安裝進氣口和出氣口，在氣體緩沖氣腔之間分別安裝兩片微孔濾膜，進氣口通過氣管相連被測異型管道內腔，出氣口通過氣管與抽氣裝置相連。圖3為RPC測試盒結構圖。RPC測試盒為一個腔體，包括密封蓋(7)、高壓接頭(8 )、測試盒進氣口( 9 )、測試盒出氣口、前置放大器連接口( 10 )、連接固定螺孔(11) ;RPC探測器(12)安裝在RPC測試盒內部；RPC探測器高壓電極通過高壓導線接到RPC測試盒高壓接頭上；進氣口連接抽氣裝置，將異型管道內部被α射線電離后的空氣經過氣體凈化裝置抽取到RPC探測器探測靈敏區內部；通過前置放大器連接口將RPC探測器輸出信號與前置放大器相連。前置放大器通過連接固定螺孔與測試盒固定在一起，整個前置放大器(24)置于屏蔽盒(25)內，前置放大器的工作電源通過導線接到屏蔽盒上前置放大器工作電源輸入端(26);前置放大器的信號輸出通過導線連接到屏蔽盒上的前置放大器信號輸出端(27)；前置放大器通過前置放大器連接口與RPC探測器的信號輸出端相連。圖4為RPC探測器結構圖。具體包括蜂窩板(13)、雪崩信號感應電路板(14)、高絕緣聚酯薄膜(15)、石墨高壓電極(16)、半導體玻璃(17)、高絕緣聚四氟乙烯墊片(18)、高絕緣聚四氟乙烯限位條(19);通過雙面膠將蜂窩板緊貼在雪崩信號感應電路板，使其保持平整性；與蜂窩板表面相貼的信號感應電路板表面附有信號感應銅層(20)，信號感應銅層作為信號輸出端被引到雪崩信號感應電路板的其中一側，雪崩信號感應電路板的另一面為電路板裸露基材；雪崩信號感應電路板通過高絕緣聚酯薄膜與表面均勻噴涂有石墨高壓電極的半導體玻璃緊密貼在一起構成RPC探測器的其中一個電極；這個電極通過四個聚四氟乙烯限位條與另外一個同樣結構的電極平行相連，在安裝孔(21)采用尼龍螺釘將兩極相連起來；前后兩側兩個聚四氟乙烯限位條側面分別均勻分布若干個氣孔(22)，通過氣管其中一側氣孔與RPC測試盒上的RPC探測器進氣口相連，另一側與RPC測試盒上的RPC探測器出氣口相連；電極之間表面安裝高絕緣聚四氟乙烯墊片，使兩極之間的內部氣隙保持均勻；兩極半導體玻璃之間的空間為探測靈敏區；通過高壓導線穿過高壓焊接孔(23)與石墨高壓電極相連。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些不需要創造性勞動就能做出的各種改進和潤飾也 應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征在于，具體包括被測異型管道、抽氣裝置、氣體凈化裝置、工作氣體、配氣儀、RPC測試盒、RPC探測器、前置放大器、高壓電源及數據獲取單元；抽氣裝置抽取被測異型管道內部氣體，通過氣體凈化裝置濾除空氣中的顆粒物后與一定比例的工作氣體一起輸入到配氣儀；RPC探測器置于RPC測試盒內部，配氣儀輸出的混合氣體通過安裝在RPC測試盒上的RPC探測器進氣口(9)進入RPC探測器探測靈敏區(I);高壓電源通過安裝在RPC測試盒上的高壓接頭(8)連接到RPC探測器石墨高壓電極(16)，高壓電源使RPC探測器工作在雪崩模式；RPC探測器信號輸出端通過前置放大器與數據獲取單元相連；RPC探測器探測混合氣體中由異型管道內表面α射線電離空氣產生的電子信號，從而實現異型管道內表面α輻射污染的探測。
2.根據權利要求I所述的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征在于所述的被測異型管道是指核設施退役下來的不同口徑，不同形狀的特排管道、下水管道、廢氣輸送管道和地面排水管道等，在其內表面沾有α輻射體的放射性核素。
3.根據權利要求I所述的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征在于所述的抽氣裝置其出氣口與氣體凈化裝置進氣口相連(3)，通過氣泵將異型管道內部含有被α射線電離空氣形成電子信息的氣體經過氣體凈化裝置和配氣儀后抽取到RPC探測器探測靈敏區(I)。
4.根據權利要求I所述的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征在于所述的氣體凈化裝置采用微孔濾膜技術，在靠近氣體凈化裝置的進氣口(3)和出氣口(4)各安裝一片微孔濾膜(5)，濾除空氣中的微粒物，在進氣口和微孔濾膜之間、出氣口和微孔濾膜之間以及兩個微孔濾膜之間都留有氣體緩沖腔(6)。
5.根據權利要求I所述的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征在于所述的工作氣體為RPC探測器工作所需的混合氣體，主要由能有效吸收RPC工作時氣體分子退激時所發射的紫外光子的有機氣體和鹵素氣體組成，從而抑制流光的產生而實現RPC探測器氣體倍增的自熄。
6.根據權利要求I所述的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征在于所述的配氣儀包含若干組氣體輸入端口、混合氣體輸出端口以及各路氣體輸入流量控制單元，使輸入的各組氣體按一定組分和流量輸出，配氣儀氣體輸入端口連接到氣體凈化裝置出氣口( 4 )和工作氣體輸出口上，配氣儀氣體輸出端口連接到RPC探測器進氣口(9)。
7.根據權利要求I所述的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征在于所述的RPC測試盒為一個金屬腔體，具體包括密封蓋(7)、高壓接頭(8)、RPC探測器進氣口( 9 )、RPC探測器出氣口、前置放大器連接口( 10 )、連接固定螺孔(11)，在RPC測試盒的內部安裝RPC探測器(12);通過高壓導線將RPC的石墨高壓電極(16)連接到測試盒的高壓接頭上，通過氣管將RPC探測器探測靈敏區氣隙連接到測試盒上RPC探測器進氣口。
8.根據權利要求I所述的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征在于所述的RPC探測器是采用半導體玻璃制成的高計數率RPC探測器，主要用于探測管道內部氣體被α射線電離后形成電子信號，具體包括蜂窩板(13)、雪崩信號感應電路板(14)、高絕緣聚酯薄膜(15)、石墨高壓電極(16)、半導體玻璃(17)、高絕緣聚四氟乙烯墊片(18)、高絕緣聚四氟乙烯限位條(19);通過雙面膠將蜂窩板緊貼在雪崩信號感應電路板上，使其保持平整性；與蜂窩板表面相貼的信號感應電路板表面附有信號感應銅層(20)，信號感應銅層作為信號輸出端被引到雪崩信號感應電路板的其中一側，雪崩信號感應電路板的另一面為電路板裸露基材；雪崩信號感應電路板通過高絕緣聚酯薄膜與表面均勻噴涂有石墨高壓電極的半導體玻璃緊密貼在一起構成RPC探測器的其中一個電極；這個電極通過四個聚四氟乙烯限位條與另外一個同樣結構的電極平行相連，在安裝孔(21)采用尼龍螺釘將兩極相連起來；前后兩側兩個聚四氟乙烯限位條側面分別均勻分布若干個氣孔(22)，通過氣管將其中一側氣孔與安裝在RPC測試盒上的RPC探測器進氣口相連，另一側與RPC測試盒上的RPC探測器出氣口相連；兩個半導體玻璃電極之間表面安裝高絕緣聚四氟乙烯墊片，使兩極之間的氣隙保持均勻；兩極半導體玻璃之間的空間為RPC探測靈敏區(I);高壓導線穿過高壓焊接孔(23)與石墨高壓電極相連。
9.根據權利要求I所述的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征在于所述的前置放大器(24)密封在一個屏蔽盒內(25)，屏蔽盒上裝有前置放大器工作電源輸入端(26)和前置放大器信號輸出端(27);前置放大器的工作電源通過導線連接到屏蔽盒上的前置放大器工作電源輸入端(26);前置放大器的信號輸出通過導線連接到屏蔽盒上的前置放大器信號輸出端(27);前置放大器通過前置放大器連接口與RPC探測器的信號輸出端相連；通過固定螺絲將前置放大器屏蔽盒與RPC測試盒固定在一起。
10..根據權利要求I所述的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征在于所述的高壓電源為RPC探測器的工作電源，給RPC探測器提供一個使其工作在電子雪崩模式的高壓電源，高壓電源輸出值可以根據需要調整大小。
11..根據權利要求I所述的基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，其特征在于所述的數據獲取系統包括數據采集模塊、數據分析模塊、人機交互模塊；通過數據采集模塊采集被RPC探測器探測到的電子信息，通過數據分析模塊分析這些被探測到的電子信息并通過人機交互模塊進行輸出，從而實現對異型管道內表面α輻射污染的檢測。
全文摘要
本發明提供了一種基于RPC技術異型管道內表面α輻射污染測量系統，具體包括被測異型管道、抽氣裝置、氣體凈化裝置、工作氣體、配氣儀、RPC測試盒、RPC探測器、前置放大器、高壓電源及數據獲取單元。抽氣裝置抽取被測異型管道內部氣體，通過氣體凈化裝置與工作氣體一起輸入到配氣儀；RPC探測器置于RPC測試盒內，配氣儀輸出的混合氣體通過RPC測試盒上的進氣口(9)進入RPC探測器探測靈敏區(1)；高壓電源通過RPC測試盒上的高壓接頭(8)連接到RPC探測器石墨高壓電極(16)；RPC探測器輸出信號通過前置放大器與數據獲取單元相連。RPC探測器探測混合氣體中的電子信號而實現異型管道內表面α輻射污染的探測。
文檔編號G01T1/18GK102636801SQ20121014779
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月14日 優先權日2012年5月14日
發明者丁衛撐 申請人:成都理工大學