[发明专利]放射性惰性气体的测量装置及方法

说明书

本发明实施例提供了一种放射性惰性气体的测量装置及方法，其中，该装置包括：信号探测设备，用于检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生β衰变产生的β电脉冲信号，检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生γ衰变产生的γ电脉冲信号；信号采集处理设备，实时采集β电脉冲信号和γ电脉冲信号，根据β电脉冲信号和γ电脉冲信号判断是否发生了β衰变和γ衰变的级联衰变，根据γ电脉冲信号生成γ谱线；计算设备，用于在发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值。该方案可以提高放射性惰性气体测量结果的准确、可靠性。

技术领域

本发明涉及环境放射性监测技术领域，特别涉及一种放射性惰性气体的测量装置及方法。

背景技术

核设施在运行过程中，可能释放出放射性核素并向大气中扩散，危害环境安全及人员健康。其中，由于燃料包壳破损或堆芯区域物质吸收中子活化，可能产生放射性惰性气体，其监测对于保障核设施的运行安全及环境人员健康具有十分重要的意义。

放射性惰性气体是核设施环境评价的重要监测源项。源项报告是核电站环境影响评价的基础。根据环境影响评价要求，惰性气体是核电站重要的气态流出物的组成部分，核电站反应堆运行时，所排放惰性气体的放射性剂量占总气态流出物排放剂量的99％以上，烟囱气态流出物监测计划中，放射性惰性气体监测为常规监测，是重要的监测源项。

放射性惰性气体核素是核设施运行安全的重要预警信息。核裂变过程中，重核原子经中子撞击后，分裂成为两个较轻的原子，这就是最初的裂变产物。如⁸⁵Kr及其同位素，作为核反应堆裂变过程中产生的最主要的惰性气体裂变产物，最先释放出来，是重要的核燃料组件破损预警信息，对于核设施安全监测、判断事故类型具有重要意义。

目前，我国不同的核电厂对放射性惰性气体具有不同的监测能力，对于低于探测限的相关测量结果按探测限的二分之一取值，结果具有很大的不确定性，探测限较高是我国核电厂统计的排放量偏高的可能因素之一。我国多年运行的核电基地主要是江苏省田湾、浙江省秦山和广东省大亚湾三个核电基地放射性惰性气体监测能力状况分别如表1所示。

表1

其中：田湾采用的探测器为ORTEC公司GEM45P4高纯锗谱仪，样品量为3L，测量时间为5000s。秦山核电厂取样体积为7.6L、7.8L，测量时间分别为3000、5000、3600s，测量仪器分别为ADCAM-100型DSPECPLUS型、DSPEC型、HpGe多道伽马谱仪。大亚湾采用探测器为LAL2谱仪，取样体积为3L专用钢瓶，测量时间为5000s。

目前，放射性惰性气体主要采用电离室测量的方式，从水平烟道中引出三条取样管线至辐射监测室，通过设置在每条管线的惰性气体探测器，采用β测量方法连续监测排气给出总β活度，无法具体甄别⁴¹Ar、⁸⁵Ke、¹³³Xe等关键核素，甚至该β衰变是否为放射性惰性气体产生，还是由其他天然放射性核素产生都无法辨别。或利用增压泵的方式将烟囱取样惰性气体打到一定体积的不锈钢取样罐中，取样后将不锈钢取样罐拿到实验室高纯锗谱仪进行γ核素活度分析，虽然提高了惰性气体的监测能力，但是，γ测量容易受其他核素干扰，且需要经采样制样流程后，送实验室进行高纯锗测量，费工费时，不利于及时发现环境异常。我国核电厂对于流出物中的⁸⁵Kr监测采取样品γ谱仪分析的方法，其探测限较高，为1.0×10²Bq/m³，与欧盟建议书2004/2/EURATOM中对于轻水反应堆流出物中的⁸⁵Kr的探测限要求值1.0×10^-4Bq/m³相差非常大。同时，无论是采用电离室测量总β衰变还是经复杂制样送实验室进行高纯锗探测器测量γ衰变，所利用的是单一的β衰变或单一的γ衰变，使得影响测量结果的准确、可靠性。