核电站废气处理系统在线辐射监测仪理论设计.pdf

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1、第３３卷第１１期核电子学与探测技术Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．１１２０１３年１１月ＮｕｃｌｅａｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆ＤｅｔｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏｖ．２０１３核电站废气处理系统在线辐射监测仪理论设计１，２１２２王洪，刘春雨，罗鹏，陈祥磊（１．哈尔滨工程大学核科学与技术学院，哈尔滨１５０００１；２．武汉第二船舶研究设计所，武汉４３００６４）摘要：针对核电站废气处理系统对所排含氢废气的放射性监测要求，提出了一种在线监测方案，有８５１３３效地解决了废气处理系统含氢废气中Ｋｒ、Ｘｅ核素放射性监测的问题。并利用模拟程序对监测仪的探测效率、环境γ

2、本底影响等进行了蒙特卡罗模拟计算，为设备的研制生产提供了重要的理论参考和依据。计算结果表明：采用尺寸为矱１５ｍｍ×０．５ｍｍ的圆形薄片塑料闪烁体，基于在线监测方案，在理论设计上可满足ＡＰ１０００核电站废气处理系统对所排含氢废气的放射性监测要求，在γ环境本底小于１０μＧｙ／ｈ条件下无需增加铅屏蔽体。关键词：废气处理；惰性气体；活度监测；模拟计算中图分类号：ＴＬ７５文献标志码：Ａ文章编号：０２５８-０９３４（２０１３）１１-１３１４-０５核电站、乏燃料处理厂等在运行过程中会隔离等措施。本文针对核电站废气处理系统的产生放射性惰性气体，这些放射性惰

3、性气体通放射性惰性气体监测需求提出了使用塑料闪烁常被废气处理系统收集处理之后排入大气。对体为探测部件的在线连续测量方案。该方案可该系统进行在线辐射监测，及时了解排气放射作为传统取样离线测量的重要补充，同时解决性总活度或瞬时活度浓度，实现对排气的有效了取样离线测量实时性差的问题。利用ＭＣＮＰ控制，是避免核电站周围环境受到污染、保障周程序对监测仪的设计方案基本参数进行了蒙特边居民安全的必要手段。对废气处理系统的放卡罗模拟计算，为该设备研发提供了重要的理射性监测，测量其所含放射性惰性气体发射的论依据和参考。β射线是一种直接准确的方法。但由于β粒子

4、1监测方案的短射程，这要求探测器可直接接触到待测对象，因此需要将探测器灵敏体积置于排放管线1畅1测量对象和测量方法的确定内部。通常废气处理系统的废气中含有氢气，核电站废气处理系统辐射监测主要是针对因此监测仪的设计还需要考虑管道密封、电气含氢废气系统而言，其废气来源于一回路冷却剂，主要成分包括核裂变反应所产生的多种放射性气体以及氢气、氮气等，此类废气虽然总量收稿日期：２０１３－０６－０８基金项目：黑龙江省自然科学基金资助项目少但活度浓度较高，必须经过特殊处理后才能［１］（Ａ２０１１１４）；中央高校基本科研业务费专项基金资向环境排放。废气处理系

5、统中废气经活性助项目（ＨＥＵＣＦ１３１５０４）。炭滞留吸附处理后，多数短寿命放射性核素作者简介：王洪（１９８９－），男，穿青人，贵州省织金县（如Ｘｅ、Ｋｒ的短寿命放射性同位素及活化气４１［２－５］人，在读硕士研究生，辐射防护与环境保护专业。通体Ａｒ等）已充分衰变，放射性碘、气溶胶信作者：刘春雨（１９７６－），男，黑龙江省海伦县人，副等被活性炭吸附，剩余放射性核素主要为教授，研究领域：辐射防护，Ｅｍａｉｌ：ｃｈｕｎｙｕ１９７６＠１６３．１３１ｍ１３３８５［６－８］Ｘｅ、Ｘｅ、Ｋｒ，其放射性数据如表１所ｃｏｍ。１３１ｍ示。其中Ｘｅ半衰期为１１．

6、９ｄ，仅具有γ衰１３１４变方式且射线能量较低，可不考虑。示单元、接线箱等，系统组成如图１所示。探测表1废气处理系统主要放射性核素数据表器将所测脉冲经放大后输出给数据处理单元。核素半衰期Ｔ１／２射线种类发射率／％Ｅ／ｋｅＶ数据处理单元由单片机控制，将测量脉冲计数γ０．４３５１４８５率换算为实际测量对象的活度浓度。数据处理Ｋｒ１０．７３ｙ－β１００２４５（平均）γ３８．４０８１单元设置接口，可实现与外部介质的信息交互。１３３Ｘｅ５．２５ｄ－１００１００（平均）β测量值通过接线箱传输到电厂监控台。另外设１３１ｍＸｅ１１．９ｄγ１００３０８５备出厂

7、前，探测器需经标准Ｋｒ气体校准得到８５该探测器对Ｋｒ气体的实际效率系数（ｃｐｓ／在实际工程中，可通过直接测量γ或者β－３（Ｂｑ·ｍ）），并将该效率系数写入单片机控８５放射性来确定被测核素的活度。由于Ｋｒ核素制程序中。５１４ｋｅＶ能量γ射线发射率仅为０．４３％，使得１３３γ射线探测装置的灵敏度较低；而Ｘｅ核素能量为８１ｋｅＶ的γ射线发射率虽到达３８．４％，但由于能量较低，光子注量率会因为管道壁、探测器外壳等的屏蔽和散射效应使得探测效率降低。然而，上述两种核素β射线发射率均接近１００％，且由于β射线穿透能力弱，容易被物质阻挡吸收，若采用合适的探

8、测器，通过直接测量β放射性来反推其活度，相较于其γ射线测量将会得到较高探测效率和准确性。因此，本文设计方案采用了直接测量管道气体β放射性来反推这两种放射性核素的活度。图１测量系统