Способ измерения сверхмалых значений активности выбросов трития в окружающую среду через вентиляционную систему Российский патент 2020 года по МПК G01T1/167 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений сверхмалых значений активности выброса трития в виде оксида и в элементарной форме, содержащегося в воздушном потоке, движущемся в вытяжной вентиляционной системе.

Известны системы дистанционного радиационного контроля, имеющие блоки детектирования трития в своем составе. Патент РФ №2182343, МПК G01T 1/167, 10.05.2002; патент РФ №2487372, МПК G01T 1/167, 10.07.2013. Недостатком таких систем является то, что они предназначены для контроля больших концентраций трития в трубопроводах: у блоков детектирования нет достаточной чувствительности, позволяющей контролировать концентрации трития, близкие к фоновым значениям, или даже значения концентрации трития меньшие, чем собственные шумы блоков детектирования.

Известен способ измерений концентрации оксида трития в воздухе барботированием, описание способа приведено в [1-3] и реализовано, например, в барботере HAG7000.

Также известен способ автоматического отбора трития из атмосферного водяного пара с помощью холодной ловушки. Этот способ предназначен для исследования концентрации трития, содержащегося в атмосфере или в ядерных установках, таких как строения, содержащие бассейны для хранения ядерного топлива, т.е. на помещения, имеющие очень большой объем, скоростями воздушного потока в которых обычно пренебрегают. Патент РФ №2442129, МПК G01N1/22, G01T1/167, 10.02.2012.

Недостатком вышеприведенных способов является то, что они распространяются на контроль концентрации трития в воздухе атмосферы или помещения и не применимы для контроля выброса трития в потоке воздуха, проходящем через принудительную вытяжную вентиляционную систему.

Техническим результатом является возможность измерения сверхмалых значений активности выбросов трития в вытяжной вентиляционной системе посредствам отбора пробы воздуха из вентиляционной системы и экстрагирования трития из этой пробы при помощи расходомера-пробоотборника барботированием.

Рассматриваемый способ позволяет измерять выброс трития с наименьшим обнаруживаемым выбросом трития 530 кБк за 168 ч неделю при объемной скорости воздуха в вентиляционной системе 2,9⋅10⁵ м³.

Технический результат достигается тем, что из потока воздуха, движущегося по воздуховоду вентиляционной системы, через канал пробоотбора вентиляционной системы постоянно в течение установленного периода измерений проба воздуха подается на расходомер-пробоотборник. Одновременно с этим измерительная система с помощью первичного преобразователя контролирует скорость потока воздуха в воздуховоде с известным диаметром. По истечении периода измерений измеряются массы воды и в аликвотах, отобранных на первом и втором барботерах расходомера-пробоотборника соответственно, активности трития и в счетных пробах, приготовленных из аликвот, отобранных на первом и втором барботере расходомера-пробоотборника соответственно, среднее арифметическое значение объемной скорости потока пробы воздуха через расходомер-пробоотборник ω_Б и среднее арифметическое значение объемной скорости потока воздуха в вентиляционной системе ω_B;

По полученным значениям масс и , активностей трития и и объемных скоростей потоков ω_Б и ω_B вычисляется искомое значение выброса трития по формуле

где

и - предварительно известные массы воды в барботерах Б1 и Б2 расходомера-пробоотборника до начала наблюдения,

и коэффициенты улавливания оксида трития из воздуха на коллекторах расходомера-пробоотборника Б1 и Б2; k₂ - коэффициент термического окисления (конверсии) элементарного трития в оксид. Схема контрольной точки для отбора пробы воздуха из канала ВС и экстрагирования трития из этой пробы при помощи расходомера-пробоотборника приведена на чертеже, где:

1 - воздуховод вентиляционной системы;

2 - первичный преобразователь скорости измерителя расхода воздуха;

3 - канал пробоотбора из вентиляционной системы;

4 - измеритель расхода воздуха;

5 - измерительная система;

6 - расходомер-пробоотборник;

Б1 и Б2 - первый и второй барботеры расходомера-пробоотборника;

Р - встроенный в расходомер-пробоотборник расходомер;

БД- воздуходувка расходомера-пробоотборника;

К - катализатор, укоряющий химическую реакцию окисления элементарного трития.

Способ реализуется следующим образом.

Из потока воздуха, движимого через воздуховод вентиляционной системы 1, через канал пробоотбора вентиляционной системы 3 постоянно подается проба воздуха на расходомер-пробоотборник 6, одновременно с этим измерительная система 5, включающая в себя измеритель расхода воздуха 4 с первичными преобразователями скорости 2, которые вмонтированы в воздуховод вентиляционной системы, и заборное устройство 3 для отбора пробы воздуха из вентиляционной системы, контролирует с помощью первичного преобразователя скорости 2 скорость потока воздуха в воздуховоде 1, у которого известен его диаметр. По истечении установленного периода измерений отбираются аликвоты из барботеров Б1 и Б2 расходомера-пробоотборника, измеряются значения массы воды в аликвотах и , измеряются значения активности трития в счетных пробах, приготовленных из аликвот, отобранных в барботерах Б1 и Б2 расходомера-пробоотборника и , и среднее арифметическое значение объемной скорости потока пробы воздуха через расходомер-пробоотборник ω_Б и среднее арифметическое значение объемной скорости потока воздуха в вентиляционной системе ω_B.

Способ измерений позволяет для минимизации погрешностей или неопределенности измерений в период отбора пробы многократно измерять значения скоростей ω_Б и ω_B, до начала пробоотбора проводить многократные измерения масс и после отбора пробы при приготовлении счетных проб проводить многократные измерения масс аликвот и и активности трития в счетных пробах и .

Способ обеспечивает проведение измерений значений активности выбросов трития с заданной точностью при выполнении следующих условий:

- первоначально должны быть определены и известны объемная скорость потока воздуха, линейная скорость потока воздуха, номинальное сечение воздуховода, коэффициенты улавливания оксида трития из воздуха на барботерах расходомера-пробоотборника Б1 и Б2 и коэффициент термического окисления (конверсии) элементарного трития в оксид k₂;

- измерительная система должна быть в исправном состоянии, все изменения и настройки системы выполняются до начала измерений, система включается до включения вентиляции и выключается после отключения вентиляции;

- проведены первоначальные измерения массы воды и , на барботерах Б1 и Б2 расходомера-пробоотборника;

- грубые выбросы измерений из-за сбоев работы аппаратуры исключаются программным обеспечением измерительной системы;

- распределение активности трития по сечению воздуховода вентиляционной системы равномерное;

- параметры воздушной среды остаются неизменными во всем периоде измерений;

- длина канала пробоотбора из вентиляционной системы до расходомера-пробоотборника должна быть минимальной (меньше 20 м).

Расширенная неопределенность способа оценивается по формуле 2

где

Вклады операционных величин в нижнюю границу неопределенности выброса, в бюджет неопределенности приведены в таблице 1.

Таким образом, использование представленного способа позволяет: измерять в реальном времени сверхмалые значения активности выбросов трития в вытяжной вентиляционной системе с заданной точностью.

Источники

1. Дозиметрический и радиометрический контроль при работе с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений. (Методическое руководство). Т. 1. Организация и методы контроля. - М.: Атомиздат, 1980. - с. 272.

2. Беловодский Л.Ф., Гришмановский В. И., Гаевой В.К. Тритий. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 248 с.

3. Методы измерения трития. США: Пер. с англ. Под ред. Ю.В. Сивинцева. -М.: Атомиздат, 1978. - США, 1976. - 96 с.

Изобретение относится к измерительной технике. Искомое значение выброса трития вычисляется по истечении периода измерений по измеренным значениям активности трития в счетных пробах, отобранных в барботерах расходомера-пробоотборника; измеренным значениям массы воды, отобранных в барботерах расходомера-пробоотборника по истечении периода измерения; по измеренным средним арифметическим значениям объемной скорости потока пробы воздуха через расходомер-пробоотборник и потока воздуха в вентиляционной системе; при известных значениях коэффициентов улавливания оксида трития из воздуха в барботерах расходомера-пробоотборника, коэффициенте термического окисления (конверсии) элементарного трития в оксид; известных первоначальных значениях массы воды в барботерах расходомера-пробоотборника. Технический результат – измерения сверхмалых значений активности выбросов трития в вытяжной вентиляционной системе. 1 табл., 1 ил.

Способ измерений сверхмалых значений активности выброса трития в виде оксида и в элементарной форме, содержащегося в воздушном потоке, движущемся в вытяжной вентиляционной системе, заключающийся в том, что

из потока воздуха, движущегося по воздуховоду вентиляционной системы, через канал пробоотбора вентиляционной системы постоянно в течение установленного периода измерений проба воздуха подаётся в расходомер-пробоотборник;

одновременно с этим измерительная система с помощью первичного преобразователя контролирует скорость потока воздуха в воздуховоде с известным диаметром;

по истечении периода измерений измеряются массы воды и в аликвотах, отобранных на первом и втором барботёрах расходомера-пробоотборника соответственно, активности трития и в счётных пробах, приготовленных из аликвот, отобранных на первом и втором барботёрах расходомера-пробоотборника соответственно, среднее арифметическое значение объёмной скорости потока пробы воздуха протекающей через расходомер-пробоотборник ω_Б и среднее арифметическое значение объемной скорости потока воздуха, протекающего в вентиляционной системе ω_B;

по полученным значениям масс и , активностей трития и , и объёмных скоростей потоков ω_Б и ω_B вычисляется искомое значение выброса трития по формуле

где

и - массы воды, измеренные до начала наблюдения на первом и втором барботёре расходомера-пробоотборника соответственно, и - коэффициенты улавливания оксида трития из воздуха на первом и втором барботёре расходомера-пробоотборника соответственно, k₂ - коэффициент термического окисления (конверсии) элементарного трития в оксид.