本公开属于反应堆技术领域，特别涉及一种反应堆空气中钠气溶胶在线探测装置及方法。该装置包括：采样分流装置、原子发射光谱激发源、光谱监测装置、校正瓶；其中所述采样分流装置将空气样品输送到原子发射光谱激发源；所述原子发射光谱激发源将空气样品中的钠气溶胶激发出原子发射光谱，并通过光谱监测装置收集原子发射光谱；所述光谱监测装置将钠原子发射光分离出来并转换为电信号；所述校正瓶为原子发射光谱激发源提供已知浓度的气溶胶样品。从而提供了一种长期稳定运行、低能耗、低检出限的空气中钠气溶胶在线探测装置及方法。
An On-line Sodium Aerosol Detection Device and Method in Air
【技术实现步骤摘要】
一种空气中钠气溶胶在线探测装置及方法
本公开属于反应堆
，特别涉及一种反应堆空气中钠气溶胶在线探测装置及方法。
技术介绍
快中子反应堆以液态金属钠作为冷却剂。正常情况下高温的钠在容器和管道中，不会发生和空气接触燃烧的情况。当发生事故导致管道或者设备破损，高温的液态钠有可能泄漏到空气中发生燃烧，钠燃烧会对设备和房间结构产生严重的损伤，同时生成大量有害的钠气溶胶。因此如何实现钠泄漏早期准确探测是钠火探测需要重点突破解决的关键问题之一，以便为快堆安全提供更重要的保障。目前应用在空气中钠气溶胶探测的装置及方法包括：感烟探测器、钠电离式探测器、压差式探测器、火焰炉原子化探测器、激光探测器等等。感烟探测器作为常规火灾探测器，对包括钠气溶胶在内的所有烟雾做出响应，无法区分钠火灾与常规火灾；钠电离式探测器主要应用于惰性气体中的含钠气溶胶的烟雾探测，这是由于对取样气体放电时空气中的其他成分也会电离，影响探测的准确性；压差式探测器对取样气体通过过滤装置前后的压差进行测量，这种方法响应缓慢，有延迟，且所需取样气体流量较大；上述方法都不是专门针对钠气溶胶进行探测，均无法实现早期钠泄漏探测。火焰炉原子化探测器一般采用有机气体燃烧火焰，对取样气体进行原子化处理，通过测量钠元素特征光谱线强度来测量气体中的钠元素浓度，能够实现钠泄漏早期探测，但是在反应堆中引入有机气体增加了额外的火灾危险源，安全隐患较大，早期法国凤凰堆采用该方法作为LBB钠泄漏早期探测的主要方法及探测手段，但是随着对核安全的要求日益增强，由于该方法引入了有机气体增加了其他火灾的风险而逐渐淡出使用，目前为止没有更好的方法及测量手段来替代该方法；激光探测器采用高能激光脉冲对取样气体进行离解，形成高温等离子体状态，通过检测分析等离子体冷却过程中钠特征光谱线的强度，得到钠元素浓度信息，能够实现早期钠泄漏探测，但是激光源能耗较大，且不易长时间稳定运行，不能实现在线连续运行监测。
技术实现思路
(一)专利技术的目的为克服现有技术的不足，本公开提供了一种长期稳定运行、低能耗、低检出限的空气中钠气溶胶在线探测装置及方法。(二)技术方案一种空气中钠气溶胶在线探测装置，该装置包括：采样分流装置、原子发射光谱激发源、光谱监测装置、校正瓶；其中所述采样分流装置将空气样品输送到原子发射光谱激发源；所述原子发射光谱激发源将空气样品中的钠气溶胶激发出原子发射光谱，并通过光谱监测装置收集原子发射光谱；所述光谱监测装置将钠原子发射光分离出来并转换为电信号；所述校正瓶为原子发射光谱激发源提供已知浓度的气溶胶样品。采样分流装置包括；采样泵、分流装置；其中所述采样泵与分流装置连接，所述分流装置与原子发射光谱激发源连接。原子发射激发源包括：功率源、能量转化装置、工作气体流量控制部件、工作气体气源；其中所述功率源与能量转化装置连接；所述工作气体气源通过工作气体流量控制部件连接在能量转化装置上。光谱监测装置包括：光谱收集部件、分光部件、探测器；其中所述光谱收集部件通过光纤与分光部件连接；所述分光部件与探测器连接。原子发射激发源还包括：点火装置，并采用自动控制点火。能量转化装置上方还设置有等离子体腔室。功率源为微波功率源。能量转化装置为微波等离子体矩管。光谱收集部件为反射式准直器。探测器为切尼-特纳结构微型光纤光谱仪搭配线性CCD探测器进行分光及光谱探测。微波等离子体矩管为不锈钢内管、铜质中管、铜质外管三重同心管结构。不锈钢内管外径为2～3mm，壁厚为0.3～0.4mm；铜质中管外径为7～9mm，壁厚为0.8～1.0mm；铜质外管外径为25～27mm，壁厚为1.5～2.0mm。一种空气中钠气溶胶在线探测方法，该方法采用上述空气中钠气溶胶在线探测装置；该方法包括：a、在探测之前，开启原子发射光谱激发源并维持原子发射光谱激发源稳定工作，具备对钠气溶胶颗粒的直接激发能力；b、启动取样泵，对待测区域样品空气进行采样，通过分流装置进入原子发射光谱激发区域，样品得到激发，产生原子发射光谱；c、开启光谱收集部件，利用光学收集装置将步骤b中产生的原子发射光谱收集、耦合于光谱检测装置，经过分光，探测对发射光谱波长、强度进行分析；d、通过校正瓶对原子发射光谱激发源提供已知浓度的钠气溶胶；e、对不同浓度的钠气溶胶进行分析，建立浓度-光谱强度标准曲线；f、根据步骤e中建立浓度-光谱强度标准曲线，以及步骤c中测得钠元素发射谱线强度，计算气溶胶浓度。(三)有益效果本公开的空气中钠气溶胶在线探测装置采用原子发射光谱为基本原理，通过采样泵不间断采样，实现了不间断在线探测的特点；同时本公开探测装置的原子发射光谱激发源采用微波等离子体装置，使得本公开的探测装置具有低能耗、长期稳定运行的优势。本公开的空气中钠气溶胶在线探测装置配备校正瓶，制备浓度已知钠气溶胶浓度-光谱强度标准曲线，为定量分析依据，从而实现在线探测空气中钠气溶胶是否存在以及具体浓度值。本公开的空气中钠气溶胶在线探测方法以本公开的探测装置为基础，形成了过程简单、操作方便、全自动化的空气中钠气溶胶在线探测方法。附图说明图1是空气中钠气溶胶在线探测装置示意图；图2是空气中钠气溶胶在线探测方法流程图；图3不同浓度钠气溶胶的钠原子发射光谱谱图；其中A采样分流装置；B原子发射光谱激发源；C光谱监测装置；1采样泵；2分流装置；3工作气体气源；4工作气体流量控制部件；5功率源；6能量转化装置；7等离子体腔室；8光谱收集部件；9分光部件；10探测器；11校正瓶；具体实施方式为了更好的说明本公开的技术方案，下面结合附图详解介绍：本公开的空气中钠气溶胶在线探测装置，以微波等离子体原子发射光谱作为技术原理，通过采用泵1对待测区域环境气不间断采样，然后将气溶胶分流进入发射光谱激发源，经过气化、原子化的激发过程，获得钠原子发射光谱，利用反射式光谱收集镜收集发射光并耦合至光纤，利用小型光纤光谱仪实现分光、探测，根据光谱信息实时判断待测区域环境空气中钠气溶胶存在与否，及进一步分析其含量。具有不间断在线监测的特点。实施例1本实施例中的采样及分流装置2利用采用泵1对待测区域样品空气进行采样，采样流速10L/min，然后对所采集的大流量样品进行分流后汇入工作气中，之后同时进入等离子体矩管内，被等离子体火焰激发，产生原子发射光谱。原子发射光谱激发源B。为实现实时在线探测，通常为可长时间稳定工作的等离子体装置，本实施例中采用稳定可靠的低功耗微波等离子体作为激发源。微波等离子体的工作原理可以简单的描述为：微波功率源产生微波功率，通过同轴电缆馈入微波炬管，工作气体气源氩气吸收微波能量，此时点火装置产生种子电子，等离子体迅速产生，工作气将样品带入等离子体区被激发产生光谱。原子发射光谱激发源B由微波功率源、点火装置、等离子体炬管、等离子体腔室7、微波传输缆线等构成。其功能是通过微波功率源向等离子体炬管的能量输入，形成工作气等离子体，用于激发待测样品。微波功率源是微波系统的供能系统，本实施例选用小型微波源。微波等离子体炬管是实现能量转换的器件，本实施例中采用三重同心管结构的微波等离子体炬管，由不锈钢内管、铜质中管和铜质外管组成，不锈钢内管为2.7mm外径，0.35mm壁厚，铜质中管为7.5mm外径，0.85mm壁厚，铜质外管本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种空气中钠气溶胶在线探测装置，其特征在于，该装置包括：采样分流装置(A)、原子发射光谱激发源(B)、光谱监测装置(C)、校正瓶(11)；其中所述采样分流装置(A)将空气样品输送到原子发射光谱激发源(B)；所述原子发射光谱激发源(B)将空气样品中的钠气溶胶激发出原子发射光谱，并通过光谱监测装置(C)收集原子发射光谱；所述光谱监测装置(C)将钠原子发射光分离出来并转换为电信号；所述校正瓶(11)为原子发射光谱激发源(B)提供已知浓度的气溶胶样品。
【技术特征摘要】
1.一种空气中钠气溶胶在线探测装置，其特征在于，该装置包括：采样分流装置(A)、原子发射光谱激发源(B)、光谱监测装置(C)、校正瓶(11)；其中所述采样分流装置(A)将空气样品输送到原子发射光谱激发源(B)；所述原子发射光谱激发源(B)将空气样品中的钠气溶胶激发出原子发射光谱，并通过光谱监测装置(C)收集原子发射光谱；所述光谱监测装置(C)将钠原子发射光分离出来并转换为电信号；所述校正瓶(11)为原子发射光谱激发源(B)提供已知浓度的气溶胶样品。2.根据权利要求1所述一种空气中钠气溶胶在线探测装置，其特征在于，所述采样分流装置包括；采样泵(1)、分流装置(2)；其中所述采样泵(1)与分流装置(2)连接，所述分流装置(2)与原子发射光谱激发源(B)连接。3.根据权利要求1所述一种空气中钠气溶胶在线探测装置，其特征在于，所述原子发射激发源包括：功率源(5)、能量转化装置(6)、工作气体流量控制部件(4)、工作气体气源(3)；其中所述功率源(5)与能量转化装置(6)连接；所述工作气体气源(3)通过工作气体流量控制部件(4)连接在能量转化装置(6)上。4.根据权利要求1所述一种空气中钠气溶胶在线探测装置，其特征在于，所述光谱监测装置(C)包括：光谱收集部件(8)、分光部件(9)、探测器(10)；其中所述光谱收集部件(8)通过光纤与分光部件(9)连接；所述分光部件(9)与探测器(10)连接。5.根据权利要求3所述一种空气中钠气溶胶在线探测装置，其特征在于，所述原子发射激发源还包括：点火装置，并采用自动控制点火。6.根据权利要求3所述一种空气中钠气溶胶在线探测装置，其特征在于，所述能量转化装置(6)上方还设置有等离子体腔室(7)。7.根据权利要求3所述一种空气中钠气溶胶在线探测装置，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜海鸥，周培德，段忆翔，朴君，申凤阳，谢淳，王荣东，王国芝，石文涛，韩新梅，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11
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