阅读说明：本技术 一种用于铀纯化过程的在线高浓度铀分析探测装置 (A online high concentration uranium analysis detecting device for uranium purification process ) 是由 李绍海 曹放 赵波 张红海 卓春凤 张慧妍 侯江 柳杰 于 2020-12-22 设计创作，主要内容包括：本发明属于铀纯化过程和铀水冶过程自动分析测量技术领域,具体涉及一种用于铀纯化过程的在线高浓度铀分析探测装置。碘化钠晶体设置于屏蔽部件中,碘化钠晶体下方耦合设置光电倍增管,光电倍增管下方设置电子线路,电子线路下方设置线缆,线缆穿过屏蔽部件,屏蔽部件上设置支撑架,支撑架与光电倍增管连接,碘化钠晶体上开有通孔,聚四氟乙烯管路穿过该通孔,聚四氟乙烯管路两端分别为溶液入口和溶液出口,溶液入口和溶液出口均过屏蔽部件。本发明适用于铀纯化过程和铀水冶过程自动分析的高浓度铀测量,测量溶液中的铀浓度,无需添加任何化学试剂。(The invention belongs to the technical field of automatic analysis and measurement in uranium purification process and uranium hydrometallurgy process, and particularly relates to an on-line high-concentration uranium analysis and detection device for uranium purification process. The sodium iodide crystal is arranged in the shielding part, the photomultiplier is arranged below the sodium iodide crystal in a coupling mode, an electronic circuit is arranged below the photomultiplier, a cable is arranged below the electronic circuit and penetrates through the shielding part, a supporting frame is arranged on the shielding part and connected with the photomultiplier, a through hole is formed in the sodium iodide crystal, a polytetrafluoroethylene pipeline penetrates through the through hole, the two ends of the polytetrafluoroethylene pipeline are respectively provided with a solution inlet and a solution outlet, and the solution inlet and the solution outlet are respectively connected with the shielding part. The method is suitable for high-concentration uranium measurement of automatic analysis in the uranium purification process and the uranium hydrometallurgy process, and the uranium concentration in the solution is measured without adding any chemical reagent.)

一种用于铀纯化过程的在线高浓度铀分析探测装置

技术领域

本发明属于铀纯化过程和铀水冶过程自动分析测量技术领域，具体涉及一种用于铀纯化过程的在线高浓度铀分析探测装置。

背景技术

在铀纯化过程中，重铀酸盐和U₃O₈等被溶解并进行进一步纯化，在这个过程中，溶液中铀浓度比较高，目前分析的方法主要有实验室比色分析、分光光度测量，人工滴定和软γ吸收等方法。比色方法虽实现了在线分析，但是测量高浓度的铀溶液，需要稀释和耗费大量试剂，需要人员对试剂进行配制和管理，对于目前无人值守的发展方向不相适应；软γ吸收方法，对于溶液中高浓度的酸，也是敏感的，而且软γ吸收方法需要使用放射源²⁴¹Am，增加用户管理放射源的工作。因此，研制用于铀纯化过程的在线高浓度铀分析探测装置，实现无人值守的铀浓度监测，对铀纯化过程中实现自动化，有着重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于铀纯化过程的在线高浓度铀分析探测装置，适用于铀纯化过程和铀水冶过程自动分析的高浓度铀测量，测量溶液中的铀浓度，无需添加任何化学试剂。由于所测的铀浓度比较高，其放射性强度也较高，通过对碘化钠晶体的结构设计，提高对溶液中铀放出射线的探测效率，进而对溶液中的铀浓度进行分析和测定。测量过程中不需要添加任何化学试剂，对被测溶液无污染，不产生额外废物，环保，同时减轻了人员劳动强度，便于实现无人值守的自动测量。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种用于铀纯化过程的在线高浓度铀分析探测装置，碘化钠晶体设置于屏蔽部件中，碘化钠晶体下方耦合设置光电倍增管，光电倍增管下方设置电子线路，电子线路下方设置线缆，线缆穿过屏蔽部件，屏蔽部件上设置支撑架，支撑架与光电倍增管连接，碘化钠晶体上开有通孔，聚四氟乙烯管路穿过该通孔，聚四氟乙烯管路两端分别为溶液入口和溶液出口，溶液入口和溶液出口均过屏蔽部件。

聚四氟乙烯管路中流经的是经过溶解后的重铀酸盐、U₃O₈或者经过萃取后的饱和有机相溶液，溶液中的铀-235所放出的γ射线被碘化钠晶体探测，进而根据探测结果获得总铀的含量。

碘化钠晶体和光电倍增管，以及部分聚四氟乙烯管路在屏蔽部件的屏蔽作用下，消除外部环境中存在的铀、钍、镭和钾天然放射性核素以及工作场所中大量铀溶液所产生的γ射线对测量过程的影响。

当溶液通过聚四氟乙烯管路流经碘化钠晶体时，通孔内的铀溶液中铀-235产生的γ射线，除了开孔方向，在4Π立体角内，碘化钠晶体都能探测到，溶液中的铀-235产生的γ射线对碘化钠晶体产生照射，最终在碘化钠晶体上产生激发光，再经过光电倍增管产生电信号，进一步传输至外部信号处理单元，进行幅度分析和甄别，从而得到我们所需的信息，最后转换成铀浓度。

聚四氟乙烯管路采用回折的方式引出屏蔽部件。

本发明所取得的有益效果为：

利用测量²³⁵U的185keV的γ能量峰面积测量铀浓度，特殊设计的碘化钠晶体，提高了探测效率；实现对溶液的铀浓度自动测量，对被测溶液无污染，不产生额外废物，环保；测量过程是在一个密闭的系统中进行，无放射性氡气释放到空气中，安全、环保。

应用本探测装置，实现铀纯化过程的在线高浓度铀分析，并且在测量过程中，不添加试剂，不产生废液，环保。该装置用于监测铀纯化过程的铀浓度变化，便于实现无人值守的自动测量。

附图说明

图1为用于铀纯化过程的在线高浓度铀分析探测装置示意图；

图2为具有通孔能提高溶液中γ探测效率的碘化钠晶体示意图；

图中：1、屏蔽部件；2、碘化钠晶体；3、光电倍增管；4、聚四氟乙烯管路；5、电子线路；6、线缆；7、溶液入口；8、溶液出口；9、支撑架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

探测装置由屏蔽部件1、具有通孔的碘化钠晶体2、与碘化钠晶体耦合的光电倍增管3、通过碘化钠晶体通孔的聚四氟乙烯管路4，与光电倍增管连接的电子线路5，以及与外部处理电路和电源供电电路相连的线缆6，为了使整个光电倍增管的探测部分稳定而加工的支撑架9组成。图1中的7和8为被测溶液的入口和出口。

碘化钠晶体2设置于屏蔽部件1中，碘化钠晶体2下方耦合设置光电倍增管3，光电倍增管3下方设置电子线路5，电子线路5下方设置线缆6，线缆6穿过屏蔽部件1，屏蔽部件1上设置支撑架9，支撑架9与光电倍增管3连接，碘化钠晶体2上开有通孔，聚四氟乙烯管路4穿过该通孔，聚四氟乙烯管路4两端分别为溶液入口7和溶液出口8，溶液入口7和溶液出口8均过屏蔽部件1。

进样管路采用聚四氟乙烯管，它具有耐高温、耐高酸等特点。为了在较小溶液取样的条件下，获得较高的γ探测效率，专门设计了碘化钠晶体的结构。被测溶液通过一个耐腐蚀的聚四氟管，流经一个中间具有通孔的碘化钠晶体，溶液被碘化钠晶体包裹，使得碘化钠晶体的探测效率大幅提高。因此在这种情况下，被测铀溶液的量只需要50毫升，缩小了取样体积。碘化钠晶体的具体结构见图2。

聚四氟乙烯管子从图2中所示的通孔穿过，管子中流经的是经过溶解后的重铀酸盐、U₃O₈或者经过萃取后的饱和有机相等溶液，溶液中的铀-235所放出的γ射线被碘化钠晶体探测，进而根据探测结果获得总铀的含量。

具体的工作过程：

碘化钠晶体2和光电倍增管3，以及部分聚四氟乙烯管路在屏蔽部件的屏蔽作用下，消除外部环境中存在的铀、钍、镭和钾等天然放射性核素以及工作场所中大量铀溶液所产生的γ射线对测量过程的影响。聚四氟乙烯管路从碘化钠晶体中出来后，并不是直接引出到屏蔽部件的外部，而是采用回折的方式引出屏蔽部件。具体见图1。这样做的好处是：第一，屏蔽部件外部的γ射线通过溶液的入口和出口进入碘化钠晶体的几率大大降低；第二，由于管路经过碘化钠晶体的外部，溶液中的铀-235产生的γ射线也对碘化钠晶体产生照射，进一步提高碘化钠的探测效率。

当溶液通过聚四氟管路流经碘化钠晶体时，通孔内的铀溶液中铀-235产生的γ射线，除了开孔方向，在4Π立体角内，碘化钠晶体都能探测到，因此碘化钠晶体的探测效率很高。另外在图1中，聚四氟管路采用回折的方式，从碘化钠晶体的外部经过，溶液中的铀-235产生的γ射线也对碘化钠晶体产生照射，进一步提高了探测效率。这样，在实际应用过程中，可以采用较小体积的被测溶液，达到测量的目的，进一步减小了探测装置的体积。溶液中的铀-235产生的γ射线对碘化钠晶体产生照射，最终在碘化钠晶体上产生激发光，再经过光电倍增管产生电信号，进一步传输至信号处理单元，进行幅度分析和甄别，从而得到我们所需的信息，最后转换成铀浓度。

由于管道采用聚四氟乙烯材料，这种材料耐高温、耐腐蚀、不易沾污，且可以小角度的折弯，被测溶液在管路内流动，没有死角，易于清洗。所以探测装置中采用这种材料，还是比较适合的。

该装置用于我国某铀纯化研究项目过程的在线高浓度铀分析，并且在测量过程中，不添加试剂，不产生废液，环保。该装置用于监测铀纯化过程中铀浓度变化，便于实现无人值守的自动测量。

本专利提供了一种适用于铀纯化过程和铀水冶过程自动分析测量的高浓度铀分析探测装置。通过对碘化钠晶体结构和溶液取样管路的特殊设计，提高了碘化钠晶体对溶液中铀-235的γ射线的探测效率，所需取样体积为50mL，通过测量铀-235的185keV的γ能量峰面积来测量铀浓度，无需添加任何试剂，不产生废液；测量过程是在一个密闭的系统内进行，无放射性氡气释放，安全、环保，便于实现无人值守自动测量。