医院放射性废水总β在线监测设备研制.pdf

第卷第期年月核电子学与探测技术 医院放射性废水总在线监测设备研制苏晓书李元岗“，刘颖冀东贾景 光，刘 晓超王金明（中核第四研究设计工程有限公司，石家庄；中核（北京）核仪器有限责任公司，北京）摘要：为了实现医院放射性废水总放射性活度的在线测量，设计了医院放射性废水在线监测设备。该设备包括取样装置和测量控制单元。采样装置使用吸人式蠕动泵，实现定时定量采样。测量控制单元使用厚度铅进行屏蔽，采用薄窗平板型流气式正比计数器，测量医院放射性废水总。探测器自带反符合屏蔽计数器，用于减少周围环境的射线影响。电路具有脉冲成形放大、甄别、反符合、计数和固态继电器输出控制 功 能，实现自动采样、测量和联锁控制。设备水中总探测下限低于，可以为医院放射性废水排放提供数据参考。关键词：放射性废水；在线监测；总；流气式；自动控制中图分类号：文献标志码：文章编 号：（）核医学在我国的发展已有多年历史。目前，核素治疗被广泛 地应用于临床，其使用的放射性药物通过新陈代谢以排泄物、体液形式排出，与卫生间冲洗水及实验室的各类清洗水混合形成放射性废水，此类放射性废水不允许直接外排，需要先集中收集并衰变处理，待 放射性 水平达标后排人污水处理站。我国针对医疗机构放射性废水，已制定了较为完善的国家标准，其中年实施的核医学 辐射防护 与安全要求（）对医疗放射性废水的外排做了详细规定：核医学工作场所根据核素使用种类和方式，可设置槽式衰变池和推流式衰变池。槽式衰变池排放要求为：所含核素半衰期小于小时的放射性废液暂存时间超过天后可直接解控收稿日期作者简介：苏晓书（），男，河北石家庄人，高级工程师，主要从事辐射防护设计与环境影响评价工作。通讯作者：李元岗（），男，陕西宝鸡人，高级工程师，主要从事核工业环保设计及环境影响评价工作。排放；所含核素半衰期大于小时的放射性废液暂存时间超过倍最长半衰期（含核素的暂存超过天），监测结果经审管部门认可后，按照电离辐射防护与辐射源安全基本标准（）中规定方式进行排放；放射性废液总排放口总不大于、总不大于、核素的放射性活度浓度不大于。推流式衰变池排放要求为：所含核素半衰期大于小时的，每年应对衰变池中的放射性废液进行监测，核素和最长半衰期核素的放射性活度应满足电离 辐射防护与辐射源安全基本标准（）附录表的要求。通过分析上述排放要求可知，无论是设置槽式衰变池还是推流式衰变池，均需要对池内放射性废液活度浓度进行监测。本文针对此要求并结合目前医院应用最广泛的核素为放射性核素（包括核素）这一特点，设计了一套用于医院放射性废水总活度浓度 在线监测的设备，测量下限可达到。设备总体设计我国医院放射性废 水活度浓度范围为主要来自诊断、治疗过程中患者服用或注射放射性同位素后所产生的排泄物，分装同位素的容器、杯皿和实验室的清洗水，标记化合物等。放射性试验冲洗废水可直接排人衰变池，粪便生活污水经过化粪池或污水处理池净化后再排入衰变池。在衰变池最后一级排放口加装采样接口，用于衰变池在排放前的放射性水平监测。采样时，先使用滤网的前置过滤器，去除固体和漂浮物等杂质，然后利用较髙 吸程的蠕动泵，自吸采样。采集的溶液暂存于测量室内，等待监测设备测量，测量完成后，将测量室内样品液体排放回衰变池。设备系统见图。迸誠俩门调门尉爾图医院放射性废水在线监测设备系统总体结构示意图整个系统主要包括两部分：采样部分和测量控制部分。采样部分主要由过滤器，蠕动泵，测量室，号阀门，溢出管和进、出液管路组成；测量部分由铅屏蔽、流气式探测器、气体及气动管路设备、号阀、号阀、处理电路和控制电路组成。其中号阀为 常开，号阀和号阀为 常闭。测量步骤为：（）测量前，关闭号阀，开启号阀；（）开启蠕动粟，定时 吸人衰变池内废水至测量室；（）测量室内废水达到测量液位，停止蠕动泵，开始测量；（）测量达到预设测量时间，停止测量，计算总计数及活度浓度，计算结果与设定的活度浓度判定标准（）进行比较。连续三次测量结果都小于设定的活度浓度标定，开启号阀，否则关闭号阀；（）打开号阀，定时结束后，关闭号阀，继续 步骤（）直至关机，关闭号阀、号阀。探测器设计探测器使用流气式正比计数器，结构设计为薄窗平板型，主要由不锈钢腔体、镀铝薄膜、薄膜保护栅网、阳极钨丝、绝缘柱等组成。该探测器分为部分：测量室、薄窗流气室和屏蔽计数室。测量室位于底层，作为污水采样的容器，存放待测液体；薄窗流气室位于中间层，测量穿过薄窗的射线。屏蔽计数室位于顶层，测量周围伽马射线，用于反符合。探测器结构示意图见图。测量室容积，薄窗面积，镀铝薄膜厚。设计了双层薄膜保护栅网，分别放置于镀铝薄膜的上、下层，保护镀铝薄膜免受上下腔体压力差破坏，流气室和屏蔽室内部布置钨丝。当环境射线穿过探测器时，将依次穿过屏蔽室和流气室，产生反符合信号和信号，反符合信号经过非门和信号逻辑与，消除计数脉冲，减少环境辐射影响，降低本底计数。测 量室、屏蔽室和流气室设计为一体结构，整个探测器放置在厚度的铅室内。屏章计数室阳极羞薄窗嫌气室薄？系搬网测麵图薄窗平板型流气式探测器结构示意图电路设计硬件电路包括脉冲成型、脉冲放 大、反符合、脉冲甄别、计数、高压、低压和输出控制。信号处理电路示意图见图。，处理器？高压模块进液泵控制图信号处理电路示意图动层图系统软件总体结构框图信号放 大选用运算 放 大器，分别放大屏蔽计数室信号和薄 窗流气室信号选用快速比较器进行信号甄别。屏蔽计数室信号经过放大后，用于反符合信号甄别；薄窗 流气室信号经过二级放大后，进行言号的上阈和下阈鄄别。甄别后的信号输人 触发器，经过与非门逻辑处理后，输出路标准脉宽的方波信号，包括反符合计数信号和计数信号。两路计数信号分别送入独立的计数器，每路 计数器 选用片芯片，实现位计数。采集计数并进行算法处理，输出显示结果，驱动显示、控制电路，实现界面显示和联锁控制。选用芯片，通过调节髙压模块高压和设置阈值，髙压分压后，经过电压跟随后输人，驱动回采电压信号。软件设计嵌人式软件用于辐射测量数据的采集、高压控制和监测，阈值控制、进液泵和阀门控制，数据存储、处理、显示，按键和触摸屏输人，外部通信和工况显示等。分为驱动层、中间层和应用层。驱动层用于底层硬件的初始化、读写驱应用层动；中间层为逻辑层，实现高压设置及监测、菜单显示、工况分析、按键输入识别、参数读写、记录读写、泵阀控制 和 串行通信等；应用层为业务层，包括参数初始化、设备初始化参数查询和设置、记录保存和查询、用户界面显示和切换、自动化控制、工况及通信等。整个工作流程为：设备启动、参数初始化、设备初始化、工作模式选择、进人选定工作模式、工作结束、设备关机。其中参数初始化包括设定流气室和屏蔽室工作高压，设定反符合信号阈值、卩信号高、低阈值，本底计数率和标定系数等；设备初始化依次关闭进液泵、关闭号阀，打开号阀，打开号阀；工作模式包括：参数设置、仪器检定和测量模式；仪器检定包括本底计数率和标准源计数率；完成仪器检定后，可以进行测量模式，启动测量模式后，依次关闭号阀、开启进液泵、完成取样后关闭进液泵、开始样品测量，测量完成后打开号阀门，样品测量数据经过处理后，给出判定结果，联锁控制号阀。继续启动测量模式，循环测量，手动结束测量后，依次关闭进液泵、关闭号阀、关闭号阀，打开号阀，设备关机。软件结构见图，系统工作流程见图。帽层羅駐駐？渥脒盤贱植霞雲樨一标蔭标詻标荼？标荼：￥，霞霞 图图小时工作电压误差条形图主要性能测试结果主要性能包括本底计数率、探测效率、效率稳定性。测试结果见表表。高压线性及稳定性选用威思曼系列工业级高压模块，纹波电压，长期稳定性矣，温度系数丈。流气室和屏蔽室高压模块独立。选用位和电压基准芯片，其中 相对精度，温漂：；容差，温度系数。控制电压与 高压模块实际输出高压经过嵌入式软件校正后，高压线性见图。图高压输人输出线性用标准源，测得坪曲线见图，设置流气室高压为。高压是影响测量精度的主要因素之一，流气式工作高压设置为时，小时稳定性见图。设备总体性能图系统工作流程图 仪器检定 标准源坪曲线测萤完成动测萤结朿模式选择雲憂蝉）表本底测量计数表本底计数平均值标准偏差 表内置标准面源的探测效率及稳定性测量平均值标准偏差探测效率 偏差率表溶液测试结果（温度，相对湿度）活度浓度（）测量值 响应（）相对误差设备本底计数率矣，（探测效率為（标准面源），效率稳定性矣（连续小时）。实际使用中，为了增加测量精度，对于放射性水平较低的废水，测量时间一般要求不少于小时。结论及展望根据国家最新标准要求，本文针对医院放射性废水排放设计了一套水中总在线监测设备，该设备针对水中总活度浓度探测下限可达到，有效保证了医院放射性废水达标排放；同时，设备监测数据可并人国家监测网，使得监管部门能及时掌握放射性废水活度浓度数据，有利于监管部门做出正确决策，增强快速反应能力，最大限度保护水环境安全。参考文献：严源，金潇，邵明刚治疗场所放射性废气排放源项调查与评价同位素，（）：易见清，徐成琼核素治疗放射性废水处理系统设计？科技创新与应用，（）：胡建伟，戴瑜从环评及检测角度探讨放射性衰变池设置中国辐射卫生，（）：生态环境 部核医学辐射防 护 与安全要求：北京：中 国环境科学出版集团有限公司，国家质量监督检验检疫总局电离辐射防护与辐射源安全基本标 准：北京：中 国标准出版社，国家环境保护总局环发号医院污水处理技术指 南北 京：中 国环境 科学出版社，（，；（），）：，（，：；