CN109596462B - 一种三维放射性淋滤实验设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三维放射性淋滤实验设备，包括柱体，柱体内由上到下依次设有喷淋机构，源项层，固相取样层和液相取样层，源项层与固相取样层之间，固相取样层与液相取样层之间设有介质层，固相取样层包括固相取样层介质体，固相取样层介质体上设有多个取样孔，取样孔内放置固体待取样品，固体待取样品外侧包裹渗透膜；液相取样层包括液相取样层介质体，液相取样层介质体内设有多个取液管，取液管的顶部开口并延伸到液相取样层介质体的表面，取液管的顶部开口覆盖有渗透膜。该设备采用可自由组装的多层柱体结构，通过将样品采集层与介质层分离，极大地简化固、液两相样品的收集步骤，从根本上解决样品获取困难的问题。

Description

一种三维放射性淋滤实验设备
技术领域
本发明涉及研究三维放射性核素迁移特性领域，尤其是一种三维放射性淋滤实验设备。
背景技术
为研究放射性核素在包气带中的迁移特性以及放射性污染土壤、铀矿废渣中的放射性核素溶出行为，淋滤实验一直都是主要的研究手段。按放射性核素迁移的方向，可将淋滤实验分为一维淋滤实验、二维淋滤实验以及三维淋滤实验，其中三维实验是最能客观的反映核素实际迁移规律的研究方式。
对于三维淋滤实验，其实验难点主要集中在不同迁移方向(X、Y、Z)上的液相、固相样品的采集，传统的解决方法是采用柱体解体的方式，通过柱体切割设备将不同纵向深度以及横向平面的固相介质样品取出，而液相样品只能收集尾部排出液体。这种采样方式一方面会产生大量的放射性废物且如果操作不当会造成大量污染；另一方面，长时间的接触放射性样品会大大增加实验人员剂量。因此，对于放射性三维淋滤实验，急需一种既能简化采样步骤又能同时提高实验样品精度的实验装置。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种三维放射性淋滤实验设备。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种三维放射性淋滤实验设备，包括柱体，柱体内由上到下依次设有喷淋机构，源项层，固相取样层和液相取样层，固相取样层和液相取样层的数量为多个且在柱体内交错分布，源项层与固相取样层之间，固相取样层与液相取样层之间设有介质层；
所述源项层包括固定在所述柱体上的源项层渗透膜，源项层渗透膜上均匀铺设放射性释放源和吸附性差的固体介质混合物；
所述固相取样层包括固相取样层介质体，固相取样层介质体上设有多个取样孔，取样孔内放置固体待取样品，固体待取样品外侧包裹渗透膜；
所述液相取样层包括液相取样层介质体，液相取样层介质体内设有多个取液管，取液管的顶部开口并延伸到液相取样层介质体的表面，取液管的顶部开口覆盖有渗透膜。
进一步，所述喷淋机构包括设置在所述柱体顶部的多个均匀分布的喷头，喷头的底部设有布流板，布流板上设有若干布流孔，布流板位于源项层上方。
进一步，所述源项层内的固体介质为石英。
进一步，柱体的底部设有尾液收集层，柱体下方设有多个与尾液收集层连接的尾液取样瓶，柱体底部的一侧连接溢流管，溢流管上设有开关。
进一步，所述介质层内的介质为野外取回的原状实验介质按层高、层数分解而成。
进一步，所述柱体的内壁经过打毛处理。
进一步，所述喷头连接供水管。
进一步，所述主体由多段柱体单元拼接而成，柱体单元之间螺纹连接或焊接。
本发明的有益效果为：该设备采用可自由组装的多层柱体结构，通过将样品采集层(多个交错排布的固相取样层和液相取样层)与介质层分离，极大地简化固、液两相样品的收集步骤，从根本上解决样品获取困难的问题，同时还提高了样品的精度与质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明液相取样层的示意图；
图3为本发明固相取样层的示意图；
图4为本发明固相取样层介质体上取样孔的分布示意图。
具体实施方式
如图1至图4所示，一种三维放射性淋滤实验设备，包括柱体1，主体由多段柱体单元拼接而成，柱体单元之间螺纹连接或焊接，柱体1内由上到下依次设有喷淋机构2，源项层3，固相取样层4和液相取样层5，固相取样层4和液相取样层5的数量为多个且在柱体内交错分布，源项层3与固相取样层4之间，固相取样层4与液相取样层5之间设有介质层6；介质层6内的介质为野外取回的原状实验介质按层高、层数分解而成。
土柱实验主要是用来研究放射性核素在环境介质(包括土壤、岩石等)中的迁移行为或研究放射性核素赋存介质(如放射性尾矿渣、受放射性污染的土壤等)经水体淋洗后放射性物质的溶出行为的实验，本发明中的介质层6的实验介质就包括环境介质与放射性核素赋存介质，一般来说介质层6的实验介质可分为两类包括扰动实验介质(例如从野外取回土壤后人为填装土柱)与原状实验介质(在野外现场环境按土柱要求取土壤样品直接填装)，目前，此类研究越来越趋向于使用原状实验介质(因为能反映野外真实环境条件)。
源项层3包括固定在柱体1上的源项层渗透膜31，源项层渗透膜31上均匀铺设放射性释放源和吸附性差的固体介质混合物。源项层内的固体介质为石英。
固相取样层4包括固相取样层介质体41，固相取样层介质体41上设有多个取样孔42，取样孔42内放置固体待取样品43，固体待取样品外侧包裹渗透膜44，该膜具有对放射性核素吸附作用小、韧性强且能完全隔离固相介质的特点。
需要说明的是，根据实验目的的不同，固体待取样品43的类型也不形同，例如研究放射性尾矿废渣中放射性核素的溶出机理时，固体待取样品43为尾渣；当研究放射性核素在土壤介质中的迁移行为时，固体待取样品43为土壤。固体待取样品具体为特定位置上的放射性核素赋存介质或迁移阻滞介质。
液相取样层5包括液相取样层介质体51，液相取样层介质体51，固相取样层介质体41的材质与所述介质层6的材质一样。
液相取样层介质体51内设有多个取液管52，取液管52的顶部开口并延伸到液相取样层介质体51的表面，取液管52的顶部开口覆盖有渗透膜53。该膜具有对放射性核素吸附作用小、韧性强且能完全隔离固相介质的特点。
喷淋机构2包括设置在所述柱体1顶部的多个均匀分布的喷头21，喷头21连接供水管，喷头21的底部设有布流板22，布流板22上设有若干布流孔，布流板22位于源项层3上方。
进一步，柱体1的底部设有尾液收集层7，柱体1下方设有多个与尾液收集层7连接的尾液取样瓶8，柱体1底部的一侧连接溢流管9，溢流管9上设有开关10。
进一步，源项层渗透膜31和渗透膜53的渗透膜材料是一种主要利用透析原理进行固体介质与液体介质分析的实验材料，目前主要应用于大分子净化、蛋白浓缩等情况，其材料为再生纤维素(RC)。
进一步，柱体1的内壁经过打毛处理，以减少管壁流的产生，液相取样层5、固相取样层4的数量与位置可安实验设计要求自由组合，其布设原则为固相取样层4在液相取样层5上边，且尽量减少液相取样层5的数量，加工时，喷头21喷洒的水(液体)首先位于布流板22上，经过布流板22均匀导出并进入到介质层6，然后进入到固相取样层4，将固体待取样品外包渗透膜后埋入实验介质后，液体自由流动，取样时将固相取样层分离取出样品，液体流入到液相取样层5时，液体经过渗透膜53进入到取液管52中，除渗入取液管52中的样品外，其余液体将继续向下流动，实验结束后可将液相取样层取出，并用移液枪将取液管52中的液体吸出。另外，柱体1的底部设有尾液收集层7，柱体1下方设有多个与尾液收集层7连接的尾液取样瓶8，柱体1底部的一侧连接溢流管9，溢流管9上设有开关10，通过尾液取样瓶8可以收集尾液，多余的尾液可以通过溢流管9排出。
该设备的具体操作方法如下：
(3)操作方法
①根据实验设计要求，计算喷淋强度，配置实验用水；
②通过预实验以及数模结果确定柱体尺寸与宽度以及取样层的数目与分布；
③将实验介质填充到柱体中，并连接多个柱体单元组成整体的柱体结构，组成淋滤实验设备；
④打开喷头，如构造包气带环境可接入空气抽滤泵，当实验时间达到后停止实验并拆分柱体，获得实验样品；
⑤结束实验。
该设备采用可自由组装的多层柱体结构，通过将样品采集层(多个交错排布的固相取样层和液相取样层)与介质层分离，极大地简化固、液两相样品的收集步骤，从根本上解决样品获取困难的问题，同时还提高了样品的精度与质量。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种三维放射性淋滤实验设备，包括柱体，其特征在于，柱体内由上到下依次设有喷淋机构，源项层，固相取样层和液相取样层，固相取样层和液相取样层的数量为多个且在柱体内交错分布，源项层与固相取样层之间，固相取样层与液相取样层之间设有介质层；
所述源项层包括固定在所述柱体上的源项层渗透膜，源项层渗透膜上均匀铺设放射性释放源和吸附性差的固体介质混合物；
所述固相取样层包括固相取样层介质体，固相取样层介质体上设有多个取样孔，取样孔内放置固体待取样品，固体待取样品外侧包裹渗透膜；
所述液相取样层包括液相取样层介质体，液相取样层介质体内设有多个取液管，取液管的顶部开口并延伸到液相取样层介质体的表面，取液管的顶部开口覆盖有渗透膜。
2.根据权利要求1所述的一种三维放射性淋滤实验设备，其特征在于，所述喷淋机构包括设置在所述柱体顶部的多个均匀分布的喷头，喷头的底部设有布流板，布流板上设有若干布流孔，布流板位于源项层上方。
3.根据权利要求1或2所述的一种三维放射性淋滤实验设备，其特征在于，所述源项层内的固体介质为石英。
4.根据权利要求3所述的一种三维放射性淋滤实验设备，其特征在于，柱体的底部设有尾液收集层，柱体下方设有多个与尾液收集层连接的尾液取样瓶，柱体底部的一侧连接溢流管，溢流管上设有开关。
5.根据权利要求1所述的一种三维放射性淋滤实验设备，其特征在于，所述介质层内的介质为野外取回的原状实验介质按层高、层数分解而成。
6.根据权利要求5所述的一种三维放射性淋滤实验设备，其特征在于，所述柱体的内壁经过打毛处理。
7.根据权利要求2所述的一种三维放射性淋滤实验设备，其特征在于，所述喷头连接供水管。
8.根据权利要求2所述的一种三维放射性淋滤实验设备，其特征在于，所述柱体由多段柱体单元拼接而成，柱体单元之间螺纹连接或焊接。
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