CN105842725A - 一种空气中氚化水蒸气的比活度的测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空气中氚化水蒸气的比活度的测定方法，具体包括采用3A分子筛吸附空气中的氚化水蒸气，吸水后的3A分子筛中的氚化水在冷冻干燥装置中经冻结、升华后被收集，经过收集后的氚化水经离子交换树脂吸附和微滤后除杂进行检测氚化水的比活度，本发明的方法由于对氚化水的采集效率较高，采样介质的残留少，因而能在空气中氚化水进行收集，并且在比活度较小时即能检测出氚化水的比活度，数据的精确度较高；采用本发明的方法采集效率能达到99%，采样介质残留量＜1%。

Description

一种空气中氚化水蒸气的比活度的测定方法
技术领域
本发明涉及放射性气体的活度测量方法，具体说是一种空气中氚化水蒸气的比活度的测定方法。
背景技术
氚作为裂变动力运行堆排放的重要放射性气体核素，各种核设施泄露入周围环境的氚会导致周围环境大气氚活度的升高，而工作在核电站反应堆厂房及有关辅助厂房的工作人员会通过各种途径摄入氚，从而造成一定程度的内照射，因此，提高空气中的氚活度的检测精度是气态氚测定的关键问题。
目前氚活度测定的方法主要包括直接方法和间接方法，直接方法是采用气体探测器如电离室，正比计数器进行气体的测量，间接方法是将氚催化氧化成氚化水之后利用闪烁体探测器进行测量，前者的灵敏度低，当氚的比活度较低时，仪器检测不出精确的数值，不适用于常规空气中氚的检测，只能适用于放射性工作场所中氚的测量，后者虽然灵敏度较高，简单、可处理大量样品，但是现有的采样方法无法实现在冬季北方低温环境下的准确采样。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种空气中氚化水蒸气的比活度的测定方法。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种空气中氚化水蒸气的比活度的测定方法，包括以下步骤：
①样品的采集：样品的采集所需要的装置由粒子过滤器、流量调节阀、流量计、吸收瓶A、吸收瓶B、变色硅胶指示管和空气泵组成，所述的吸收瓶A和吸收瓶B中装有活化后的3A分子筛，将样品的采集所需要的装置安装在距离地面0.9~1.1m高的位置上，启动空气泵，调节流量调节阀使流量计的流量位于0.5~5.0L/min之间，开始采样，当变色硅胶指示管的硅胶由蓝色变为粉红色后依次关闭空气泵、流量调节阀，记录累积流量，取下吸收瓶A和吸收瓶B后将采集氚化水后的分子筛倒出备用；所述的粒子过滤器内的装有微米级滤膜；
②将步骤①所得采集氚化水后的分子筛装入真空冷冻装置的样品盘中，将其冷冻至-20℃，然后将样品盘放到真空冷冻装置的样品架上，启动真空泵收集氚化水48~50小时得到氚化水；
③将步骤②所得氚化水加入离子交换树脂，搅拌至氚化水的电导率降至5μS/cm，然后用水性微滤膜过滤得到待测氚化水，所述氚化水与离子交换树脂的质量比为4~5:1；
④将步骤③所得待测氚化水用低本底液体闪烁能谱仪测定氚化水中氚的活度，根据氚化水中氚的活度计算出空气中氚化水蒸气的比活度。
优选的，所述的粒子过滤器内装有的滤膜为PTFE微米级亲水滤膜。
优选的，所述的离子交换树脂为EC20MB电子级混合离子交换树脂。
进一步优选的空气中氚化水蒸气的比活度的测定方法，包括以下步骤：
①样品的采集：样品的采集所需要的装置由粒子过滤器、流量调节阀、流量计、吸收瓶A、吸收瓶B、变色硅胶指示管和空气泵组成，所述的吸收瓶A和吸收瓶B中装有活化后的3A分子筛，将样品的采集所需要的装置安装在距离地面1m高的位置上，启动空气泵，调节流量调节阀使流量计的流量位于1.0L/min之间，开始采样，当变色硅胶指示管的硅胶由蓝色变为粉红色后依次关闭空气泵、流量调节阀，记录累积流量，取下吸收瓶A和吸收瓶B后将采集氚化水后的分子筛倒出备用；所述的粒子过滤器内装有的滤膜为PTFE微米级亲水滤膜；
②将步骤①所得采集氚化水后的分子筛装入真空冷冻装置的样品盘中，将其冷冻至-20℃，然后将样品盘放到真空冷冻装置的样品架上，启动真空泵收集氚化水48小时得到氚化水；
③将步骤②所得氚化水加入EC20MB电子级混合离子交换树脂，搅拌至氚化水的电导率降至5μS/cm，然后用水性微滤膜过滤得到待测氚化水，所述氚化水与EC20MB电子级混合离子交换树脂的质量比为4:1；
④将步骤③所得待测氚化水用低本底液体闪烁能谱仪测定氚化水中氚的活度，根据氚化水中氚的活度计算出空气中氚化水蒸气的比活度。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明采用3A分子筛吸附空气中的氚化水蒸气，吸水后的3A分子筛中的氚化水在冷冻干燥装置中经冻结、升华后被收集，经过收集后的氚化水经离子交换树脂吸附和微滤后除杂进行检测氚化水的比活度，本发明的方法由于对氚化水的采集效率较高，采样介质的残留少，因而能在空气中氚化水进行收集，并且在比活度较小时即能检测出氚化水的比活度，数据的精确度较高；本发明的方法所用的设备投资少，连接简单易操作，对环境要求低，在一般环境下也能对空气中的氚化水进行收集检测，尤其适用于我国北方冬季低温环境下采用其他方法难以采集到样品，或仪器精确度较低无法对空气中的低活度氚化水进行精确测量时；本发明的方法设计精妙，在3A分子筛吸附空气中的氚化水之前，空气先经过粒子过滤器的过滤，除去空气中的粉尘颗粒，能提高3A分子筛吸附氚化水的效率，并且利用3A分子筛只吸附水蒸气不吸附二氧化碳、氨分子等更大的分子，将水蒸气和其他分子分开，从而提高采样的精度；后处理采用离子交换树脂吸附氚化水中其他杂质，因而使得氚化水活度较低时即检测出其数值；采用本发明的方法采集效率能达到99%，采样介质残留量＜1%。
附图说明
图1为空气中氚化水采样装置示意图。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种空气中氚化水蒸气的比活度的测定方法，通过以下技术方案实现：
一种空气中氚化水蒸气的比活度的测定方法，包括以下步骤：
①样品的采集：样品的采集所需要的装置由粒子过滤器、流量调节阀、流量计、吸收瓶A、吸收瓶B、变色硅胶指示管和空气泵组成，所述的吸收瓶A和吸收瓶B中装有活化后的3A分子筛，将样品的采集所需要的装置安装在距离地面0.9~1.1m高的位置上，启动空气泵，调节流量调节阀使流量计的流量位于0.5~5.0L/min之间，开始采样，当变色硅胶指示管的硅胶由蓝色变为粉红色后依次关闭空气泵、流量调节阀，记录累积流量，取下吸收瓶A和吸收瓶B后将采集氚化水后的分子筛倒出备用；所述的粒子过滤器内的装有微米级滤膜；
②将步骤①所得采集氚化水后的分子筛装入真空冷冻装置的样品盘中，将其冷冻至-20℃，然后将样品盘放到真空冷冻装置的样品架上，启动真空泵收集氚化水48~50小时得到氚化水；
③将步骤②所得氚化水加入离子交换树脂，搅拌至氚化水的电导率降至5μS/cm，然后用水性微滤膜过滤得到待测氚化水，所述氚化水与离子交换树脂的质量比为4~5:1；
④将步骤③所得待测氚化水用低本底液体闪烁能谱仪测定氚化水中氚的活度，根据氚化水中氚的活度计算出空气中氚化水蒸气的比活度。
优选的，所述的粒子过滤器内装有的滤膜为PTFE微米级亲水滤膜。
优选的，所述的离子交换树脂为EC20MB电子级混合离子交换树脂。
进一步优选的空气中氚化水蒸气的比活度的测定方法，包括以下步骤：
①样品的采集：样品的采集所需要的装置由粒子过滤器、流量调节阀、流量计、吸收瓶A、吸收瓶B、变色硅胶指示管和空气泵组成，所述的吸收瓶A和吸收瓶B中装有活化后的3A分子筛，将样品的采集所需要的装置安装在距离地面1m高的位置上，启动空气泵，调节流量调节阀使流量计的流量位于1.0L/min之间，开始采样，当变色硅胶指示管的硅胶由蓝色变为粉红色后依次关闭空气泵、流量调节阀，记录累积流量，取下吸收瓶A和吸收瓶B后将采集氚化水后的分子筛倒出备用；所述的粒子过滤器内装有的滤膜为PTFE微米级亲水滤膜；
②将步骤①所得采集氚化水后的分子筛装入真空冷冻装置的样品盘中，将其冷冻至-20℃，然后将样品盘放到真空冷冻装置的样品架上，启动真空泵收集氚化水48小时得到氚化水；
③将步骤②所得氚化水加入EC20MB电子级混合离子交换树脂，搅拌至氚化水的电导率降至5μS/cm，然后用水性微滤膜过滤得到待测氚化水，所述氚化水与EC20MB电子级混合离子交换树脂的质量比为4:1；
④将步骤③所得待测氚化水用低本底液体闪烁能谱仪测定氚化水中氚的活度，根据氚化水中氚的活度计算出空气中氚化水蒸气的比活度。
以下结合具体实施例来对本发明作进一步的描述。
2016年初朝鲜进行了第四次核试验，我国为回应朝鲜核试验，对边境地区四个地点的辐射进行了应急测试，即分别对边境上空气中的氚化水进行了收集并检测，具体步骤及数据处理结果如下：
实施例1
对地点1（测试温度约为278K）的空气中氚化水蒸气的比活度的测定方法，包括以下步骤：
①样品的采集：样品的采集所需要的装置由粒子过滤器、流量调节阀、流量计、吸收瓶A、吸收瓶B、变色硅胶指示管和空气泵组成，如图1所示，所述的吸收瓶A和吸收瓶B中装有活化后的3A分子筛，3A分子筛的体积占吸收瓶A和吸收瓶B的三分之二以上，将样品采集所需要的装置安装在距离地面1.0m高的位置上，启动空气泵，调节流量调节阀使流量计的流量位于2.0L/min，开始采样，当变色硅胶指示管的硅胶由蓝色变为粉红色后依次关闭空气泵、流量调节阀，记录累积流量值为6.135m3，取下吸收瓶A和吸收瓶B后将采集氚化水后的分子筛倒出备用；所述的粒子过滤器内的装有微米级滤膜；
②将步骤①所得采集氚化水后的分子筛装入真空冷冻装置的样品盘中，将其冷冻至-20℃，然后将样品盘放到真空冷冻装置的样品架上，启动真空泵收集氚化水48~50小时得到氚化水10.44克；
③将步骤②所得氚化水加入离子交换树脂2.00克，搅拌至氚化水的电导率降至5μS/cm，然后用水性微滤膜过滤得到待测氚化水；
④将步骤③所得待测氚化水用低本底液体闪烁能谱仪测定氚化水中氚的活度，根据氚化水中氚的活度计算出空气中氚化水蒸气的比活度；具体方法如下：移取m=8.0g的待测液样品至聚四氟乙烯计数瓶，再加入12.0mL Hisafe Ⅲ 闪烁液，震荡混合均匀后密封，用酒精湿棉球擦拭待测试样计数瓶外壁，并将计数瓶放入低本底液体闪烁能谱仪，避光2小时后测量1000min。从低本底液体闪烁能谱仪中取出测试样并加入0.1g活度为8.72Bq/g的氚标准溶液，震荡混合均匀，经擦拭、避光后再用低本底液体闪烁能谱仪测试1000min。记录标准试样计数率为12.528cpm，待测试样计数率为0.961cpm，本底试样计数率为0.872cpm。
实施例2
对地点2（测试温度约为273K）的空气中氚化水蒸气的比活度的测定方法，包括以下步骤：
①样品的采集：样品的采集所需要的装置由粒子过滤器、流量调节阀、流量计、吸收瓶A、吸收瓶B、变色硅胶指示管和空气泵组成，如图1所示，所述的吸收瓶A和吸收瓶B中装有活化后的3A分子筛，3A分子筛的体积占吸收瓶A和吸收瓶B的三分之二以上，将样品采集所需要的装置安装在距离地面1.0m高的位置上，启动空气泵，调节流量调节阀使流量计的流量位于2.0L/min，开始采样，当变色硅胶指示管的硅胶由蓝色变为粉红色后依次关闭空气泵、流量调节阀，记录累积流量值为6.135m3，取下吸收瓶A和吸收瓶B后将采集氚化水后的分子筛倒出备用；所述的粒子过滤器内装有的滤膜为PTFE微米级亲水滤膜；
②将步骤①所得采集氚化水后的分子筛装入真空冷冻装置的样品盘中，将其冷冻至-20℃，然后将样品盘放到真空冷冻装置的样品架上，启动真空泵收集氚化水48小时得到氚化水9.49克；
③将步骤②所得氚化水加入EC20MB电子级混合离子交换树脂2.10克，搅拌至氚化水的电导率降至5μS/cm，然后用水性微滤膜过滤得到待测氚化水；
④将步骤③所得待测氚化水用低本底液体闪烁能谱仪测定氚化水中氚的活度，根据氚化水中氚的活度计算出空气中氚化水蒸气的比活度；具体方法如下：移取m=8.0g的待测液样品至聚四氟乙烯计数瓶，再加入12.0mL Hisafe Ⅲ 闪烁液，震荡混合均匀后密封，用酒精湿棉球擦拭待测试样计数瓶外壁，并将计数瓶放入低本底液体闪烁能谱仪，避光2.5小时后测量1000min。从低本底液体闪烁能谱仪中取出测试样并加入0.1g活度为8.72Bq/g的氚标准溶液，震荡混合均匀，经擦拭、避光后再用低本底液体闪烁能谱仪测试1000min。记录标准试样计数率为13.008cpm，待测试样计数率为1.008cpm，本底试样计数率为0.872cpm。
实施例3
对地点3（测试温度为263K）的空气中氚化水蒸气的比活度的测定方法，包括以下步骤：
①样品的采集：样品的采集所需要的装置由粒子过滤器、流量调节阀、流量计、吸收瓶A、吸收瓶B、变色硅胶指示管和空气泵组成，如图1所示，所述的吸收瓶A和吸收瓶B中装有活化后的3A分子筛，3A分子筛的体积占吸收瓶A和吸收瓶B的三分之二以上，将样品采集所需要的装置安装在距离地面0.9m高的位置上，启动空气泵，调节流量调节阀使流量计的流量位于3.0L/min，开始采样，当变色硅胶指示管的硅胶由蓝色变为粉红色后依次关闭空气泵、流量调节阀，记录累积流量值为10.214m3，取下吸收瓶A和吸收瓶B后将采集氚化水后的分子筛倒出备用；所述的粒子过滤器内的装有微米级滤膜；
②将步骤①所得采集氚化水后的分子筛装入真空冷冻装置的样品盘中，将其冷冻至-20℃，然后将样品盘放到真空冷冻装置的样品架上，启动真空泵收集氚化水48~50小时得到氚化水8.85克；
③将步骤②所得氚化水加入离子交换树脂2.09克，搅拌至氚化水的电导率降至5μS/cm，然后用水性微滤膜过滤得到待测氚化水；
④将步骤③所得待测氚化水用低本底液体闪烁能谱仪测定氚化水中氚的活度，根据氚化水中氚的活度计算出空气中氚化水蒸气的比活度；具体方法如下：移取m=8.0g的待测液样品至聚四氟乙烯计数瓶，再加入12.0mL Hisafe Ⅲ 闪烁液，震荡混合均匀后密封，用酒精湿棉球擦拭待测试样计数瓶外壁，并将计数瓶放入低本底液体闪烁能谱仪，避光3小时后测量1000min。从低本底液体闪烁能谱仪中取出测试样并加入0.1g活度为8.72Bq/g的氚标准溶液，震荡混合均匀，经擦拭、避光后再用低本底液体闪烁能谱仪测试1000min。记录标准试样计数率为14.024cpm，待测试样计数率为1.012cpm，本底试样计数率为0.872cpm。
实施例4
对地点4（测试温度为258K）的空气中氚化水蒸气的比活度的测定方法，包括以下步骤：
①样品的采集：样品的采集所需要的装置由粒子过滤器、流量调节阀、流量计、吸收瓶A、吸收瓶B、变色硅胶指示管和空气泵组成，如图1所示，所述的吸收瓶A和吸收瓶B中装有活化后的3A分子筛，3A分子筛的体积占吸收瓶A和吸收瓶B的三分之二以上，将样品采集所需要的装置安装在距离地面0.9m高的位置上，启动空气泵，调节流量调节阀使流量计的流量位于3L/min，开始采样，当变色硅胶指示管的硅胶由蓝色变为粉红色后依次关闭空气泵、流量调节阀，记录累积流量值为12.245m3，取下吸收瓶A和吸收瓶B后将采集氚化水后的分子筛倒出备用；所述的粒子过滤器内的装有微米级滤膜；
②将步骤①所得采集氚化水后的分子筛装入真空冷冻装置的样品盘中，将其冷冻至-20℃，然后将样品盘放到真空冷冻装置的样品架上，启动真空泵收集氚化水50小时得到氚化水9.68克；
③将步骤②所得氚化水加入离子交换树脂1.80克，搅拌至氚化水的电导率降至5μS/cm，然后用水性微滤膜过滤得到待测氚化水；
④将步骤③所得待测氚化水用低本底液体闪烁能谱仪测定氚化水中氚的活度，根据氚化水中氚的活度计算出空气中氚化水蒸气的比活度；具体方法如下：移取m=8.0g的待测液样品至聚四氟乙烯计数瓶，再加入12.0mL Hisafe Ⅲ 闪烁液，震荡混合均匀后密封，用酒精湿棉球擦拭待测试样计数瓶外壁，并将计数瓶放入低本底液体闪烁能谱仪，避光3小时后测量1000min。从低本底液体闪烁能谱仪中取出测试样并加入0.1g活度为8.72Bq/g的氚标准溶液，震荡混合均匀，经擦拭、避光后再用低本底液体闪烁能谱仪测试1000min。记录标准试样计数率为13.254cpm，待测试样计数率为0.989cpm，本底试样计数率为0.872cpm。
对比例
采用MARC7000型空气中氚采样器对地点2空气中的水蒸气进行采集，然后对水蒸气中的氚的活度进行检测，未检测出地点2空气中的水蒸气含有氚化水。
结果处理
按照以下公式对实施例1~4的数据进行处理，得到各个地点空气中氚化水蒸气的比活度的数据如表1所示。
①仪器效率计算公式：
×100%
式中，E——仪器效率，%；
N2——标准试样计数率，cpm；
N1————待测试样计数率，cpm；
A1——氚标准溶液活度，Bq/g；
m1——加入氚标准溶液质量，g。
②氚化水试样活度浓度计算公式：
式中，A2——氚化水试样活度，Bq/g；
N1——待测试样计数率，cpm；
N0————本底试样计数率，cpm；
E——仪器效率，%；
m——氚化水试样体积，g。
③累积样品体积修正为标况体积计算公式：
式中，V——采集空气标况体积，m3；
V0——采集样品累积体积，m3；
P0——样品采集时大气压，Pa；
P——标准状态下的大气压力，101.3kPa；
T——标准状态下的温度，K；
T0——样品采集时的温度，K。
④空气中氚比活度计算公式：
式中，A——空气中氚化水蒸气比活度，Bq/m3；
A2——氚化水试样活度，Bq/mL；
m——氚化水试样体积，mL；
V——采集空气体积（标况），m3；
m1——采集氚化水样品总体积，mL。
表1 实施例1~4的空气中氚化水蒸气的比活度结果表
仪器效率/% 氚化水试样活度浓度/Bq/g 标况体积/m3 空气中氚比活度/mBq/m3
实施例1 22.1 8.4×10-4 5.81 15.7
实施例2 22.9 1.2×10-3 5.85 19.0
实施例3 22.7 1.3×10-3 9.15 11.0
实施例4 23.4 1.0×10-3 10.76 9.1
由实施例2和对比例的数据对比表明，现有的空气中氚采样器无法实现在氚的浓度较低时的准确采样，因而不能准确检测出空气中的氚化水蒸气的比活度，本发明的采样方法能实现在低温环境下对空气中氚化水的准确采样，尤其是在空气中氚化水浓度较低时实现对辐射环境的准确监测。

Claims (4)

1.一种空气中氚化水蒸气的比活度的测定方法，其特征在于：包括以下步骤：
①样品的采集：样品的采集所需要的装置由粒子过滤器、流量调节阀、流量计、吸收瓶A、吸收瓶B、变色硅胶指示管和空气泵组成，所述的吸收瓶A和吸收瓶B中装有活化后的3A分子筛，将样品的采集所需要的装置安装在距离地面0.9~1.1m高的位置上，启动空气泵，调节流量调节阀使流量计的流量位于0.5~5.0L/min之间，开始采样，当变色硅胶指示管的硅胶由蓝色变为粉红色后依次关闭空气泵、流量调节阀，记录累积流量，取下吸收瓶A和吸收瓶B后将采集氚化水后的分子筛倒出备用；所述的粒子过滤器内的装有微米级滤膜；
②将步骤①所得采集氚化水后的分子筛装入真空冷冻装置的样品盘中，将其冷冻至-20℃，然后将样品盘放到真空冷冻装置的样品架上，启动真空泵收集氚化水48~50小时得到氚化水；
③将步骤②所得氚化水加入离子交换树脂，搅拌至氚化水的电导率降至5μS/cm，然后用水性微滤膜过滤得到待测氚化水，所述氚化水与离子交换树脂的质量比为4~5:1；
④将步骤③所得待测氚化水用低本底液体闪烁能谱仪测定氚化水中氚的活度，根据氚化水中氚的活度计算出空气中氚化水蒸气的比活度。
2.根据权利要求1所述的一种空气中氚化水蒸气的比活度的测定方法，其特征在于：所述的粒子过滤器内装有的滤膜为PTFE微米级亲水滤膜。
3.根据权利要求1所述的一种空气中氚化水蒸气的比活度的测定方法，其特征在于：所述的离子交换树脂为EC20MB电子级混合离子交换树脂。
4.根据权利要求1所述的一种空气中氚化水蒸气的比活度的测定方法，其特征在于：包括以下步骤：
①样品的采集：样品的采集所需要的装置由粒子过滤器、流量调节阀、流量计、吸收瓶A、吸收瓶B、变色硅胶指示管和空气泵组成，所述的吸收瓶A和吸收瓶B中装有活化后的3A分子筛，将样品的采集所需要的装置安装在距离地面1m高的位置上，启动空气泵，调节流量调节阀使流量计的流量位于1.0L/min之间，开始采样，当变色硅胶指示管的硅胶由蓝色变为粉红色后依次关闭空气泵、流量调节阀，记录累积流量，取下吸收瓶A和吸收瓶B后将采集氚化水后的分子筛倒出备用；所述的粒子过滤器内装有的滤膜为PTFE微米级亲水滤膜；
②将步骤①所得采集氚化水后的分子筛装入真空冷冻装置的样品盘中，将其冷冻至-20℃，然后将样品盘放到真空冷冻装置的样品架上，启动真空泵收集氚化水48小时得到氚化水；
③将步骤②所得氚化水加入EC20MB电子级混合离子交换树脂，搅拌至氚化水的电导率降至5μS/cm，然后用水性微滤膜过滤得到待测氚化水，所述氚化水与EC20MB电子级混合离子交换树脂的质量比为4:1；
④将步骤③所得待测氚化水用低本底液体闪烁能谱仪测定氚化水中氚的活度，根据氚化水中氚的活度计算出空气中氚化水蒸气的比活度。
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