[發(fā)明專利]一種高濃度氚探測(cè)器及測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811061986.8
• 申請(qǐng)日: 2018-09-12
• 公開（公告）號(hào): CN109085633A
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳志林;彭述明;陳平;常瑞敏;楊陽(yáng);賴財(cái)鋒;吳冠銀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01T1/167
• 分類號(hào): G01T1/167
• 代理公司: 中國(guó)工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長(zhǎng)明;韓志英

本發(fā)明公開了一種高濃度氚探測(cè)器及測(cè)量方法，屬于輻射探測(cè)領(lǐng)域，適用于高濃度氚操作中氣態(tài)氚的動(dòng)態(tài)測(cè)量。上述的探測(cè)器為一種流氣式氚探測(cè)器，探測(cè)器中的測(cè)量室外壁連接有進(jìn)氣管道和出氣管道，收集極置于測(cè)量室外壁的空腔內(nèi)，構(gòu)成測(cè)量室，電纜頭嵌入測(cè)量室內(nèi)與收集極連接。本發(fā)明的探測(cè)器通過直接收集氚衰變產(chǎn)生的β射線在測(cè)量室內(nèi)產(chǎn)生的電流信號(hào)，結(jié)合修正因子，實(shí)現(xiàn)氚濃度的定量測(cè)量。本發(fā)明的探測(cè)器無(wú)需加高壓即可實(shí)現(xiàn)氚的測(cè)量；探測(cè)器采用全焊接連接，泄漏率低；探測(cè)器的有效體積小，對(duì)氣體中氚響應(yīng)時(shí)間快；探測(cè)器的測(cè)量室外壁的內(nèi)表面及收集極均做鍍金處理，有效減少了氚的吸附產(chǎn)生的記憶效應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于輻射探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高濃度氚探測(cè)器及測(cè)量方法。主要針對(duì)氚工藝系統(tǒng)中高濃度（氚原子百分比為：100ppm~100%）氚的測(cè)量，適用于高濃度氚操作中氚的動(dòng)態(tài)測(cè)量。

背景技術(shù)

目前，地球上最可能實(shí)現(xiàn)聚變的反應(yīng)為DT聚變，使用D和T作為燃料，且DT比例為1:1。此外，聚變堆中單次進(jìn)入真空室內(nèi)的氚量將高達(dá)百克以上。因此，聚變堆中所涉及的大規(guī)模純氚級(jí)氚的操作前所未有，且氚在氚工廠各個(gè)處理系統(tǒng)之間動(dòng)態(tài)流動(dòng)。這就要求該狀況下的氚探測(cè)器能有高密封性（要求使用漏率<1.0×10^-7 Pa.L/s的探測(cè)設(shè)備）、純氚級(jí)氚測(cè)量能力、快速響應(yīng)能力，以滿足高濃度氚動(dòng)態(tài)測(cè)量需求。氣體中氚的測(cè)量主要采用流氣式電離室，即使用工作在飽和電離區(qū)的電離室通過收集氚衰變放出的β射線在電離室靈敏體積內(nèi)產(chǎn)生的初始電離離子而實(shí)現(xiàn)氣體中氚濃度的測(cè)量。然而，流氣式電離室在測(cè)量純氚級(jí)氚濃度時(shí)存在記憶效應(yīng)、氣氛依賴性、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等問題。名稱為“卡爾斯魯厄氚實(shí)驗(yàn)室對(duì)國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)堆和示范堆氚增殖包層中氚的管理和分析相關(guān)問題的研發(fā)現(xiàn)狀綜述”的文獻(xiàn)（D.Demange et al., Fusion Engineering and Design, 2012）報(bào)道了所使用的探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)15秒。聚變堆DT燃料循環(huán)系統(tǒng)中高濃度氚的動(dòng)態(tài)測(cè)量問題也被列為聚變堆涉氚問題中的待解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)聚變堆DT燃料循環(huán)系統(tǒng)中高濃度氚的測(cè)量問題，本發(fā)明提供一種高濃度氚探測(cè)器及測(cè)量方法。本發(fā)明的探測(cè)器無(wú)需加高壓，能夠通過直接收集氚的β射線來(lái)實(shí)現(xiàn)探測(cè)器內(nèi)氚含量的測(cè)量。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的一種高濃度氚探測(cè)器及測(cè)量方法，其特點(diǎn)是，所述的高濃度氚探測(cè)器的測(cè)量方法，是通過直接收集氚的β射線在探測(cè)器中產(chǎn)生的電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)測(cè)量，測(cè)量過程中探測(cè)器無(wú)需加高壓。所述的探測(cè)器包括進(jìn)氣管道、測(cè)量室、收集極、出氣管道、絕緣環(huán)、電纜頭、測(cè)量室外壁。所述探測(cè)器的連接關(guān)系為，測(cè)量室外壁構(gòu)成一個(gè)下端開口的空心腔體，柱狀的收集極置于測(cè)量室外壁的空心腔內(nèi)，收集極與測(cè)量室外壁之間的空間構(gòu)成測(cè)量室。進(jìn)氣管道固定連接在測(cè)量室外壁的上端，并與測(cè)量室相通。出氣管道固定連接在測(cè)量室外壁的側(cè)端，并與測(cè)量室相通。在測(cè)量室外壁的下端設(shè)置有電纜頭，電纜頭的一端嵌入測(cè)量室外壁內(nèi)與收集極固定連接，電纜頭的另一端外接一臺(tái)弱電流測(cè)量?jī)x。在電纜頭與測(cè)量室外壁的連接面上設(shè)置有絕緣環(huán)，用于密封隔離。

所述的進(jìn)氣管道和出氣管道均通過焊接與測(cè)量室外壁固定連接。電纜頭與測(cè)量室外壁的內(nèi)表面通過焊接密封連接。

所述的測(cè)量室外壁的內(nèi)表面及收集極的外表面均為鍍金處理，鍍金厚度為3μm。

所述的進(jìn)氣管道、測(cè)量室外壁、收集極、出氣管道的材料采用316L不銹鋼。絕緣環(huán)的材料采用聚四氟乙烯。電纜頭為標(biāo)準(zhǔn)BNC電纜頭。

高濃度氚探測(cè)器的測(cè)量方法，依次包括如下步驟：

a). 測(cè)量時(shí)，待測(cè)含氚氣體進(jìn)入探測(cè)器后，通過收集極收集氚的β射線在探測(cè)器中產(chǎn)生的電流，通過電纜頭外接的弱電流測(cè)量?jī)x測(cè)量探測(cè)器收集到的電流信號(hào)。

b). 氚在探測(cè)器中所引起的電流I₀的理論計(jì)算