一种密封箱向环境泄漏率检测系统和方法
阅读说明：本技术 一种密封箱向环境泄漏率检测系统和方法 (System and method for detecting leakage rate of seal box to environment ) 是由 刘鲜丽 王坤俊 丘丹圭 侯建荣 张渊 李永国 张崇文 王稹 常森 邱继林 张志凯 于 2021-07-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种密封箱向环境泄漏率检测系统和方法,系统包括外箱、示踪剂注入装置、第一采样装置、第二采样装置和γ谱仪,外箱用于包容试验箱,示踪剂注入装置置于所述试验箱内,第一采样装置通过管道连通所述试验箱,第二采样装置通过管道连通所述外箱,γ谱仪用于测定所述第一采样装置和所述第二采样装置采集到样本的活度；本发明系统和方法通过采集一段时间内试验箱和外箱内气体的变化,测定第一采样装置和第二采样装置采集到样本的活度,可以检测出不同工作条件下,高密封等级箱体内示踪剂气体向环境极微量泄漏值,方法灵敏度高,受温度、湿度等条件的影响小。(The invention relates to a system and a method for detecting the leakage rate of a seal box to the environment, wherein the system comprises an outer box, a tracer injection device, a first sampling device, a second sampling device and a gamma spectrometer, the outer box is used for containing a test box, the tracer injection device is arranged in the test box, the first sampling device is communicated with the test box through a pipeline, the second sampling device is communicated with the outer box through a pipeline, and the gamma spectrometer is used for measuring the activity of a sample collected by the first sampling device and the second sampling device; the system and the method can detect the trace leakage value of tracer gas in the box body with high sealing grade to the environment under different working conditions by acquiring the change of the gas in the test box and the outer box within a period of time and measuring the activity of the samples acquired by the first sampling device and the second sampling device, and the method has high sensitivity and is less influenced by conditions such as temperature, humidity and the like.)
技术领域
本发明属于核技术应用领域，具体涉及一种密封箱向环境泄漏率检测系统和方法。
背景技术
铀钚混合氧化物(MOX)燃料是目前应用较多的闭式循环燃料组件，符合核裂变可持续发展的战略发展要求，具有良好的市场前景。钚毒性强，且易被人体吸入，一旦渗入到环境中，会对工作人员及环境造成危害。因此，在MOX燃料组件研制试验操作线中，与钚相关的操作均在密封防护手套箱中进行。一般手套箱设计工作压力在(-300～-400)Pa，以减少箱内气体向环境的渗出。
工况条件下，箱内有害气体向环境的泄漏率是影响工作人员和环境安全的直接决定因素，因此确定负压密封箱内有害气体向环境的泄漏率是非常必要的，也是设计建立手套箱工作条件的重要参考。而关于高密封等级箱体内气体向环境泄漏率的检测技术目前国内外公开发表的文献资料中均没有报道。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种应用于高密封等级的密封箱体对环境泄漏率地检测中的密封箱向环境泄漏率检测系统和方法。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种密封箱向环境泄漏率检测系统，包括：
外箱，用于包容试验箱；
示踪剂注入装置，置于所述试验箱内，用于向所述试验箱内注入示踪剂；
第一采样装置，通过管道连通所述试验箱，用于采集所述试验箱内的气体样本；
第二采样装置，通过管道连通所述外箱，用于采集所述外箱内的气体样本；
γ谱仪，用于测定所述第一采样装置和所述第二采样装置采集到样本的活度。
进一步，密封箱向环境泄漏率检测系统还包括第一气流扰动装置，所述第一气流扰动装置内置于所述试验箱，用于扰动所述试验箱内的气流。
进一步，密封箱向环境泄漏率检测系统还包括第二气流扰动装置，所述第二气流扰动装置内置于所述外箱，用于扰动所述外箱内的气流。
进一步，密封箱向环境泄漏率检测系统还包括第一净化装置和第二净化装置，所述第一净化装置通过管道连通所述试验箱，所述第二净化装置通过管道连通所述外箱，用于去除示踪剂气体。
一种密封箱向环境泄漏率检测方法，利用上述的密封箱向环境泄漏率检测系统进行，包括以下步骤：
(1)调节所述试验箱的压力符合检测要求；
(2)向所述试验箱内注入示踪剂气体；
(3)开启所述第二采样装置，采集所述外箱内的气体一段时间；
(4)开启所述第一采样装置，采集所述试验箱内的气体一段时间；
(5)通过所述γ谱仪测量所述第一采样装置和所述第二采样装置采集的样本活度值，由此计算得出所述试验箱向环境的示踪剂泄漏率值。
进一步，步骤(2)中，所述示踪剂气体为短寿命放射性核素标记的气体。
进一步，步骤(2)中，所述示踪剂气体的注入活度浓度值大于8.2×103Bq/m3。
进一步，步骤(4)中，采集所述外箱内的气体的开始时间和所述试验箱内示踪剂注入的时间相同。
进一步，步骤(5)中，计算得出试验箱向环境的示踪剂泄漏率值的计算公式为：
式中，v1为外箱总体积(m3)；v2为外箱采样总体积(m3)；a1为外箱样品测量值(Bq)；V1为试验箱采样总体积(m3)；V2为试验箱总体积(m3)；A1为内箱样品测量值(Bq)。
本发明的效果在于：采用本发明的系统和方法，通过采集一段时间内试验箱和外箱内气体的变化，测定第一采样装置和第二采样装置采集到样本的活度，可以根据示踪剂气体向环境极微量泄漏率来测定试验箱的泄漏率。
附图说明
图1是本发明系统的结构图；
图2是本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
如图1所示，一种密封箱向环境泄漏率检测系统，包括外箱1、示踪剂注入装置2、第一采样装置3、第二采样装置4和γ谱仪5。其中外箱1用于包容试验箱6，并且在外箱1和试验箱6之间形成能够模拟环境的空间，方便在空间内对环境气体进行采样。
本实施例的示踪剂注入装置2内置于试验箱6，用于向试验箱6内注入示踪剂。当示踪剂从试验箱6泄露至外箱1，可以根据示踪剂的泄露量测定试验箱6的泄漏率。
本实施例的第一采样装置3通过管道连通试验箱6，用于采集试验箱6内的气体样本；第二采样装置4则通过管道连通外箱1，用于采集外箱1内的气体样本。值得注意的是，采样装置的数量是可以根据实际需要进行设置的。
γ谱仪5用于测定第一采样装置3和第二采样装置4采集到样本的活度。在本实施例中，γ谱仪5使用MAESTRO-32γ谱仪5。当然，根据实际需要，还可以采用其他型号的γ谱仪5。
进一步地，本实施例的密封箱向环境泄漏率检测系统还包括第一气流扰动装置7和第二气流扰动装置8，第一气流扰动装置7内置于试验箱6，用于扰动试验箱6内的气流。第二气流扰动装置8内置于外箱1，用于扰动外箱1内的气流。通过第一气流扰动装置7和第二气流扰动装置8对气流的扰动，可以使放射性示踪剂更均匀的分散在箱体内，使采集的气体样本更均匀，数据更准确。值得注意的是，气流扰动装置的数量是可以根据实际需要进行设置的。例如，在本实施例中，设置两个第一气流扰动装置7，且两个第一气流扰动装置7分别布置在试验箱6内的两个对角处。
进一步，密封箱向环境泄漏率检测系统还包括第一净化装置9和第二净化装置10，第一净化装置9通过管道连通试验箱6，第二净化装置10通过管道连通外箱1，用于去除放射性气体。值得注意的是，第二净化装置10可以根据实际情况确定安装，也可以和外箱采样装置4合并使用。
利用上述示例性的本发明的密封箱向环境泄漏率检测系统进行密封箱泄漏率检测的示例性的方法及结果如下：
一种密封箱向环境泄漏率检测方法，利用上述的密封箱向环境泄漏率检测系统进行，包括以下步骤：
(1)调节试验箱6的压力符合检测要求；其中，试验箱6大气压变化小于1000Pa；试验箱6室内相对压力变化小于100Pa；内部温度变化小于3℃。
(2)向试验箱6内注入示踪剂气体；在本实施例中，在本实施例中，示踪剂气体为短寿命放射性核素标记的气体，例如放射性甲基碘气体，示踪剂气体的注入活度浓度值大于8.2×103Bq/m3。
(3)开启第二采样装置4，采集外箱1内的气体一段时间；在本实施例中，采集时间为1小时。
(4)开启第一采样装置3，采集试验箱6内的气体一段时间；采集试验箱6的气体需要在外箱1采样完毕后才能开始，采集时间为8分钟。采样器捕获样品气流中的示踪剂气体；在本实施例中示踪剂气体为放射性甲基碘气体，采样器内置碘采样炭盒，使用MAESTRO-32γ谱仪5测量其γ计数。
(5)通过γ谱仪5测量第一采样装置3和第二采样装置4采集的样本活度值，由此计算得出试验箱6向环境的示踪剂泄漏率值。
进一步，步骤(5)中，计算得出试验箱6向环境的示踪剂泄漏率值的计算公式为：
式中，v1为外箱1总体积(m3)；v2为外箱1采样总体积(m3)；a1为外箱1样品测量值(Bq)；V1为试验箱6采样总体积(m3)；V2为试验箱6总体积(m3)；A1为内箱样品测量值(Bq)。
不同密封等级的试验箱在不同环境工作压力下重复上述试验，测量得到的密封箱向环境每小时示踪剂泄漏率结果如下表1所示。
表1密封箱向环境每小时示踪剂泄漏率检测结果
如表所示，密封等级分别为1级、2级的密封箱，在(-300±100)Pa工作压力下，均定量检测出箱体向环境的每小时示踪剂泄漏，接近0Pa时，其值明显增大。结果表明：本发明提供的密封箱泄漏率检测方法及系统可以定量检测出负压工作条件下密封箱向环境的每小时示踪剂泄漏率。
本领域技术人员应该明白，本发明的方法和系统并不限于具体实施方式中的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。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范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
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