CN113701812B - 一种气载核素环境迁移模拟试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气载核素环境迁移模拟试验装置，包括密封仓、环境条件在线监控***、气体循环组件和电源控制柜，在放入农作物之后，可以通过源项释放孔向密封仓内投放气载核素，气载核素在密封仓内的农作物‑土壤中发生生态转移，核素从空气中转移至农作物并转移至土壤中；环境条件在线监控***可以实时监测密封仓内的环境，为气载核素生态转移试验的顺利进行提供了基础保障；并且气体循环组件的管道风机和风扇与电源控制柜电连接，实现气体循环的自动控制，工作人员无须进入密封仓内操作，大幅减少了工作人员的辐射剂量，试验结束后，可以采集农作物不同部位样品做判断研究，进行多方位的、全面的气载核素生态转移试验研究。

Description

一种气载核素环境迁移模拟试验装置
技术领域
本发明涉及核素测量技术领域，具体涉及一种气载核素环境迁移模拟试验装置。
背景技术
关键气载核素在关键途径—食入途径中的转移参数是核设施辐射环境影响评价的重要组成部分，14C和氚是核设施气态流出物中的关键核素，其中14C主要以14CO2形式存在，氚主要以氚化水(HTO)形式存在。核设施运行过程中，少量放射性核素通过气体形式释放到环境中，沉积降落到农作物或土壤的表面，在农作物的成长阶段，核素沉积是人类食物链污染的主要途径。气载核素在农作物的生态转移是核环境评价的重要环节，相关生态转移参数是公众食物链内照射剂量估算的关键数据。目前国内气载核素在农作物的生态转移试验研究过程中存在着污染方式简单、污染时间短、模拟程度低等缺点，研究结果有很大不确定性。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种模拟程度较高的气载核素环境迁移模拟试验装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
为解决上述技术问题，本发明的一种气载核素环境迁移模拟试验装置，包括：
密封仓，开设有源项释放孔、循环进气孔和循环出气孔；
环境条件在线监控***，安装在密封仓的内部，包括数据采集测控终端和传感器组，数据采集测控终端和传感器组电连接；
气体循环组件，包括管道风机和风扇，管道风机安装在密封仓的底部，风扇安装在密封仓的顶部；
电源控制柜，安装在密封仓的外部，与环境条件在线监控***和气体循环组件电连接。
进一步，气载核素环境迁移模拟试验装置还包括滴灌部件，滴灌部件包括滴灌管、废水收集管和水泵，水泵设置在密封仓的外部，水泵与电源控制柜电连接，水泵的出水端连接滴灌管的一端，滴灌管的另一端设置在密封仓的内部，废水收集管一端连通密封仓的内部。
进一步，气载核素环境迁移模拟试验装置还包括空气过滤器，空气过滤器安装在密封仓的外部，空气过滤器与电源控制柜电连接，空气过滤器通过管道连通密封仓的内部。
进一步，气载核素环境迁移模拟试验装置还包括空气除湿器，空气除湿器安装在密封仓的内部，空气除湿器与电源控制柜电连接。
进一步，气载核素环境迁移模拟试验装置还包括CO2反应器，CO2反应器通过聚乙烯管连通源项释放孔。
进一步，气载核素环境迁移模拟试验装置还包括采样器，采样器同时连通循环进气孔和循环出气孔。
进一步，采样器为GT-A型空气氚采样器或GT-A型空气碳-14采样器。
进一步，传感器组包括空气/温度/湿度与压力四合一传感器、二氧化碳检测传感器、光照强度传感器和土壤温度/湿度/土壤EC值三合一传感器。
进一步，传感器组包括空气传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、二氧化碳检测传感器、光照强度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器和土壤EC值传感器。
进一步，密封仓包括框架和仓壁，框架的材质为断桥铝，仓壁的材质为玻璃，密封仓的底部铺设有橡胶、聚乙烯塑料薄膜和防渗涂料。
本发明的有益效果在于：本发明所提供的一种气载核素环境迁移模拟试验装置，在放入农作物之后，可以通过源项释放孔向密封仓内投放气载核素，气载核素在密封仓内的农作物-土壤中发生生态转移，核素从空气中转移至农作物的叶子、果实中，并转移至土壤中；环境条件在线监控***的数据采集测控终端和传感器组，可以实时监测密封仓内的环境，为气载核素生态转移试验的顺利进行提供了基础保障；并且气体循环组件的管道风机和风扇与电源控制柜电连接，实现气体循环的自动控制，工作人员无须进入密封仓内操作，大幅减少了工作人员的辐射剂量，试验结束后，可以采集农作物不同部位样品做判断研究，进行多方位的、全面的气载核素生态转移试验研究。
附图说明
图1为本发明实施例中的气载核素环境迁移模拟试验装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
实施例一
结合图1所示，本实施例的一种气载核素环境迁移模拟试验装置包括密封仓1、环境条件在线监控***2、气体循环组件3、滴灌部件4、空气过滤器5、空气除湿器6、CO2反应器7、采样器8和电源控制柜9。
其中，本实施例的密封仓1上开设有源项释放孔11、循环进气孔12和循环出气孔13；源项释放孔11用于连接CO2反应器7，CO2反应器7能够产生带有核素的CO2，从而将核素送到密封仓1内部，被密封仓1内部的农作物吸收。值得注意的是，CO2反应器7通过聚乙烯管连通源项释放孔11。当然，除了本实施例的CO2反应器7外，还可以通过其他能够产生气载核素的反应器7连通源项释放孔11。
进一步地，本实施例的环境条件在线监控***2，安装在密封仓1的内部，包括数据采集测控终端21和传感器组22，数据采集测控终端21和传感器组22电连接。传感器组22包括空气/温度/湿度与压力四合一传感器、二氧化碳检测传感器、光照强度传感器和土壤温度/湿度/土壤EC值三合一传感器。当然，在其他实施例中，也可以采用单独的传感器进行数据的监测，例如传感器组22包括空气传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、二氧化碳检测传感器、光照强度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器和土壤EC值传感器。环境条件在线监控***2可在线实时测量密封仓1内空气湿度、温度、CO2浓度、光照强度、气压、土壤含水量、土壤湿度和土壤温度等参数。
进一步地，本实施例的气体循环组件3包括管道风机31和风扇32，管道风机31和风扇32都是两个，两个管道风机31安装在密封仓1的底部的对角处，两个风扇32安装在密封仓1的顶部；管道风机31和风扇32的共同作用可以混合密封仓1内的气体，使核素分布均匀，便于农作物吸收。
进一步地，本实施例的电源控制柜9安装在密封仓1的外部，电源控制柜9与环境条件在线监控***2和气体循环组件3电连接，电源控制柜9用于控制环境条件在线监控***2和气体循环组件3的动作。
进一步的，本实施例的滴灌部件4包括滴灌管41、废水收集管42和水泵43，水泵43设置在密封仓1的外部，水泵43与电源控制柜9电连接，水泵43的出水端连接滴灌管41的一端，滴灌管41的另一端设置在密封仓1的内部，废水收集管42一端连通密封仓1的内部。在使用时，滴灌管41的另一端可以直接插设在农作物附近的土壤内。
进一步，空气过滤器5安装在密封仓1的外部，空气过滤器5与电源控制柜9电连接，空气过滤器5通过管道连通密封仓1的内部。在实际使用时，本实施例的气载核素环境迁移模拟试验装置是放置在人工气候室内部的，因此，空气过滤器5与人工气候室是相连通的，从而通过人工气候室内部的管道和通向室外的主通风换气管道连接在一起，实现仓内气体去污排放。密封污染试验结束后，密封仓1与空气过滤器5连接，空气经过滤后排入人工气候室的过滤***，经二次过滤后排放。
进一步，空气除湿器6安装在密封仓1的内部，空气除湿器6与电源控制柜9电连接。空气除湿器6可以控制试验过程中密封仓1内的湿度，还可以起到除氚的作用，空气除湿器6实现了密封仓1外的定时控制，根据需要进行除湿量、除湿时间的定时控制。
进一步地，本实施例的采样器8同时连通循环进气孔12和循环出气孔13。采样器8为GT-A型空气氚采样器8或GT-A型空气碳-14采样器8。
进一步地，密封仓1包括框架和仓壁，框架的材质为断桥铝，仓壁的材质为玻璃，密封仓1的底部铺设有橡胶、聚乙烯塑料薄膜和防渗涂料。
本实施例的气载核素环境迁移模拟试验装置的具体使用步骤为：
第一步：密封仓1通风换气；启动气体循环组件3，将密封仓1内的气体吹动，并打开密封仓1上的循环进气孔12和循环出气孔13，从而在密封仓1内注入新的空气。
第二步：在密封仓1内放入试验农作物，密封仓1由东向西为a、b、c、d、e、f编号，由北向南为1、2、3、4、5、6编号，作为密封仓1内农作物定位，将相同编号的滴灌管41***对应的农作物盆中。关闭密封仓1的仓门及循环进气孔12和循环出气孔13，进入密封仓1密封试验环节。
第三步：根据农作物的生长需要和整体试验要求，来设定人工气候室的温度和光照强度，间接控制密封仓1的温度和光照强度。同时开启密封仓1的环境条件在线监控***2。
第四步：在CO2反应器7内加入Na2CO3放射性溶液，14CO2的释放采用Na2CO3溶液与硫酸反应生成CO2的方法，为了保证14C尽可能全部释放，以一定浓度的稳定Na2CO3溶液来稀释放射源，然后与过量的硫酸反应，生成14CO2和CO2的混合气体，将生成的气体通入密封密封仓1开展实验。
第五步：采用压缩空气式雾化器做为源项发射器，将气载氚化水通过源项释放孔11喷入密封仓1。
第六步：开启密封仓1内的气体循环组件3，使密封仓1内气体始终处于混匀状态，同时使得气载核素在密封仓1内的农作物-土壤中发生生态转移，核素从空气中转移至农作物的叶子、果实中，并转移至土壤中。
第七步：采集密封仓1空气中放射性核素的样品，分析测量空气中放射性核素的活度浓度变化情况。根据《水中氚的分析方法》(GB12375-90)，采用鼓泡法氚采样器8捕集空气中的HTO，用蒸馏水作捕集介质。根据《空气中碳14C的取样与测定方法》(EJ/T1008-1996)，采用鼓泡法C-14采样器8捕集空气中的C-14，用1mol/L的NaOH溶液作捕集介质。
第八步：密封仓1密封后，要进行舱内除湿，降低舱内的湿度，打开空气除湿器6，除湿时长12h。
第九步：在农作物需要浇灌时打开滴灌部件4，打开每个滴灌管41的开关，打开水泵43抽水，开始滴灌。
第十步：待密封仓1内放射性核素浓度降低到环境水平后，确保空气中放射性核素低于排放限值后，实验人员进入密封仓1内对实验农作物进行取样分析。农作物中3H、14C的测定依据是《食品安全国家标准食品中放射性物质氢-3的测定》(GB14883.2-2016)、《空气中碳14C的取样与测定方法》(EJ/T1008-1996)。
本发明的一种气载核素环境迁移模拟试验装置，在放入农作物之后，可以通过源项释放孔11向密封仓1内投放气载核素，气载核素在密封仓1内的农作物-土壤中发生生态转移，核素从空气中转移至农作物的叶子、果实中，并转移至土壤中；环境条件在线监控***2的数据采集测控终端21和传感器组22，可以实时监测密封仓1内的环境，为气载核素生态转移试验的顺利进行提供了基础保障；并且气体循环组件3的管道风机31和风扇32与电源控制柜9电连接，实现气体循环的自动控制，工作人员无须进入密封仓1内操作，大幅减少了工作人员的辐射剂量，试验结束后，可以采集农作物不同部位样品做判断研究，进行多方位的、全面的气载核素生态转移试验研究。
本发明的装置并不限于具体实施方式中的实施例，只要是本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新及保护的范围。

Claims (8)

1.一种气载核素环境迁移模拟试验装置，其特征在于，包括：
密封仓，开设有源项释放孔、循环进气孔和循环出气孔；
环境条件在线监控***，安装在所述密封仓的内部，包括数据采集测控终端和传感器组，所述数据采集测控终端和所述传感器组电连接；
气体循环组件，包括管道风机和风扇，所述管道风机安装在所述密封仓的底部，所述风扇安装在所述密封仓的顶部；
电源控制柜，安装在所述密封仓的外部，与所述环境条件在线监控***和所述气体循环组件电连接；
CO2反应器，所述CO2反应器通过聚乙烯管连通所述源项释放孔；
采样器，所述采样器同时连通所述循环进气孔和所述循环出气孔。
2.根据权利要求1所述的气载核素环境迁移模拟试验装置，其特征在于，还包括滴灌部件，所述滴灌部件包括滴灌管、废水收集管和水泵，所述水泵设置在所述密封仓的外部，所述水泵与所述电源控制柜电连接，所述水泵的出水端连接所述滴灌管的一端，所述滴灌管的另一端设置在所述密封仓的内部，所述废水收集管一端连通所述密封仓的内部。
3.根据权利要求1所述的气载核素环境迁移模拟试验装置，其特征在于，还包括空气过滤器，所述空气过滤器安装在所述密封仓的外部，所述空气过滤器与所述电源控制柜电连接，所述空气过滤器通过管道连通所述密封仓的内部。
4.根据权利要求1所述的气载核素环境迁移模拟试验装置，其特征在于，还包括空气除湿器，所述空气除湿器安装在所述密封仓的内部，所述空气除湿器与所述电源控制柜电连接。
5.根据权利要求1所述的气载核素环境迁移模拟试验装置，其特征在于，所述采样器为GT-A型空气氚采样器或GT-A型空气碳-14采样器。
6.根据权利要求1~5任一项所述的气载核素环境迁移模拟试验装置，其特征在于，所述传感器组包括空气/温度/湿度与压力四合一传感器、二氧化碳检测传感器、光照强度传感器和土壤温度/湿度/土壤EC值三合一传感器。
7.根据权利要求1~5任一项所述的气载核素环境迁移模拟试验装置，其特征在于，所述传感器组包括空气传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、二氧化碳检测传感器、光照强度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器和土壤EC值传感器。
8.根据权利要求1~5任一项所述的气载核素环境迁移模拟试验装置，其特征在于，所述密封仓包括框架和仓壁，所述框架的材质为断桥铝，所述仓壁的材质为玻璃，所述密封仓的底部铺设有橡胶、聚乙烯塑料薄膜和防渗涂料。
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