放射性碘-131蒸气处理装置

技术领域

本发明属于放射性同位素制备技术领域，具体涉及一种放射性碘-131蒸气处理装置。

背景技术

目前，核医学临床诊断与治疗使用的碘化钠（Na^{>I）及碘-131标记药品的原料主要来自于从反应堆辐照后的TeO₂和从235U的裂片混合物中蒸馏提取。不论采取何种原料和蒸馏方式（干法/湿法）生产放射性碘-131，都会采用碱液吸收和活性碳吸附的方法处理碘-131蒸气，即被蒸馏出的放射性碘-131蒸气（一般以空气作为载气）依次经过稀碱液（如浓度小于0.5mol/L的NaOH溶液）吸收瓶和浓碱液（如浓度大于4mol/L的NaOH溶液）吸收瓶、活性炭柱，载气中的碘-131被多级捕集，其中被稀碱液吸收的大部分的碘-131（高于95%）可以回收利用，其余的碘-131被浓碱吸收液和活性炭吸附柱吸收/吸附，并作为放射性废物处理。}

在国内，本发明提供单位-中国工程物理研究院核物理与化学研究所,和中国原子能科学研究院、中国核动力研究院，均曾经在Na^{>I生产工艺中采用多级的碱吸收和活性炭吸附方法处理碘-131蒸气。目前，公开报道的与蒸馏装置相连的放射性碘-131蒸气处理装置，均由多个独立的碱吸收瓶、活性炭柱、阀门等功能部件通过塑料管或乳胶管连接，而且这些功能部件多为玻璃材质的，须将这些部件依次并排固定在铁架台上以方便机械手操作和保证操作安全。这些碘-131蒸气处理装置的体积较大，往往需要占据屏蔽工作箱内至少2个剑式机械手操作位的有效空间，而且玻璃材质的部件在装卸和使用过程中易被损坏外，而连接各部件所用的塑料管或乳胶管在高强度碘-131的γ射线长时间辐照下容易老化开裂，往往导致载气流速不稳定和碘蒸气泄漏，而且对沾有放射性碘-131的老化塑料管或乳胶管以及对失效活性炭等的更换比较麻烦，操作人员会受到更多的辐照剂量。另外，现有的放射性碘-131蒸气处理装置缺少对活性炭柱的吸附效果和放射性碘-131尾气排放的现场即时监测，存在活性炭因饱和吸附、吸潮等导致吸附效率降低甚至失效，导致放射性碘-131尾气超标排放的风险。目前，尚未有国内单位使用具有尾气在线监测功能，并将碘捕集功能部件集成一体的放射性碘-131蒸气处理装置的实例报道。}

由于现有的放射性碘-131蒸气处理装置存在占用屏蔽工作箱有效操作空间较大、所用塑料管或乳胶管在长时间高剂量放射性碘-131的γ射线辐照下容易老化开裂、管道及失效活性炭等的更换操作麻烦且工作人员受辐照剂量较大、缺少对活性炭柱的吸附效果和尾气排放的现场即时监测而导致放射性碘-131尾气超标排放等风险。现实中迫切需要结构紧凑、处理高效、操作便利、使用安全和有效工作时间更长的放射性碘-131蒸气处理装置。

发明内容

为了克服已有技术中的放射性碘-131蒸气处理装置占用屏蔽工作箱有效操作空间较大、所用塑料管或乳胶管在长时间高剂量放射性碘-131的γ射线辐照下容易老化开裂、管道及失效活性炭等的更换操作麻烦且工作人员受辐照剂量较大、缺少对活性炭柱的吸附效果和尾气排放的现场即时监测而导致放射性碘-131尾气超标排放的不足，能够实现在有效操作空间较小的屏蔽工作箱内对放射性碘-131蒸气的高效处理，方便回收大部分（高于95%）的碘-131，并且达到控制放射性污染风险和尾气达标排放的目的，本发明提供一种放射性碘-131蒸气处理装置。

本发明的具有尾气在线监测功能和碘捕集功能部件集成一体的放射性碘-131蒸气处理装置，能够高效处理从反应堆活化的二氧化碲（TeO₂）等原料中蒸馏出来的放射性碘-131蒸气，并将其中高于95%的碘-131回收用于医用Na¹³¹I溶液生产，其余的放射性碘-131蒸气将被净化至环境达标排放。

实现本发明的技术方案如下：

本发明的放射性碘-131蒸气处理装置，其特点是，所述的处理装置包括碱吸收装置、吸附装置、尾气监测器、真空泵、温控器，其连接关系是，所述的碱吸收装置置于吸附装置的下方并与吸附装置连接，吸附装置、尾气监测器、真空泵通过管路依次连接，吸附装置与温控器电连接。

所述的吸附装置包括吸附柱、干燥柱、连接器，其连接关系是，所述的吸附柱、干燥柱均通过卡扣分别与连接器连接。所述连接器的下端设置有连接头，在连接器内设置有排气管、内连管、外连管，在吸附柱内设置有热电偶、加热棒、分隔片Ⅰ，在干燥柱内设置有分隔片Ⅱ。所述吸附柱与干燥柱通过内连管连接，吸附柱通过排气管与尾气监测器连接，干燥柱与外连管连接。所述的热电偶、加热棒分别与温控器电连接。

所述的碱吸收装置包括碱吸收槽、碱吸收瓶，其中，所述的碱吸收槽为长方体形，碱吸收瓶为倒圆锥体形，其连接关系是，所述的碱吸收瓶固定在碱吸收槽上，碱吸收瓶部分置于碱吸收槽的一侧体内。所述的碱吸收瓶上设置有三通阀Ⅰ、加料瓶Ⅰ、碘蒸气进管、两通阀、流量计，碱吸收瓶通过管道与三通阀Ⅰ、加料瓶Ⅰ依次连接，碱吸收瓶还通过管道与两通阀、流量计、碱吸收槽依次连接，碘蒸气进管外接蒸馏炉。

所述碱吸收槽的顶部中央设置有卡槽，在碱吸收瓶对应一侧的碱吸收槽上设置有加料瓶Ⅱ、三通阀Ⅱ、四通阀、通孔，卡槽与连接器下端的连接头连接，碱吸收槽通过管道与三通阀Ⅱ、加料瓶Ⅱ依次连接，真空泵置于通孔内，四通阀通过管道分别与尾气监测器、真空泵连接。

所述的尾气监测器包括依次连接的采样管、探测器、定标器，采样管还与排气管、四通阀分别连接。

本发明的放射性碘-131蒸气处理装置利用了¹³¹I₂与NaOH的反应生成水溶性较好的Na¹³¹I等化合物，将气态的¹³¹I₂转变为液态的¹³¹I^-（其主要化学态为Na¹³¹I），并采用无水硫酸钠、氯化钙等干燥剂对碱吸收后的尾气脱水处理，采用对碘蒸气有良好吸附作用的活性炭对尾气中残余的碘蒸气进行净化处理，实现了Na¹³¹I产品生产工艺中放射性碘-131蒸气的高效、安全处理，其简要工作原理是：在真空泵提供的动力下，从蒸馏炉出来的放射性碘-131蒸气（载气为空气）依次缓慢经过碱吸收瓶、碱吸收槽、干燥柱、吸附柱和采样管，并被碱和活性炭吸收/吸附；通过在线测量采样管内的放射性活度，判断活性炭吸附柱的处理效果和尾气是否达标排放；作为可回收利用的碱吸收瓶内的吸碘-131碱液和作为废物处理的碱吸收槽内的吸碘-131碱液，采用负压方式分别转移至产品瓶和废液瓶，并通过其它工具转移至指定地点使用或存放。

本发明采用一体化结构设计的放射性碘-131蒸气处理装置，主要采用抗辐射和耐酸碱腐蚀的不锈钢等材料替代原有装置大量使用的玻璃材料和有机材料，增添了碱吸收后尾气干燥、活性碳柱加热除气和尾气在线监测的功能，而且碱吸收、干燥、活性碳吸附等的功能部件采用卡扣方式快速连接，显著提高了放射性碘-131蒸气处理装置的安装、使用、维护的安全性和便利性及结构紧凑性，只需要一只机械手即可完成全部加料、卸料和阀门控制等操作，延长了装置（特别是活性炭柱）的使用寿命，降低了维护维修时工作人员受到的辐射剂量和因活性炭更换不及时、管道老化开裂等而导致放射性碘-131尾气超标排放和污染等风险。

本发明采用不锈钢卡扣连接和硅橡胶圈密封方式将放射性碘-131蒸气处理的多个功能部件集成一体，而且主体材料为不锈钢，避免了大量的玻璃材质的阀门、管道、吸收瓶、吸附柱等在安装和使用、维护和维修过程中易碎，和必须将阀门、吸收瓶等功能部件分别固定在占据工作箱有效操作空间较多的实验台架上以便于机械手安全操作，避免了各功能部件之间连接用的塑料管或乳胶管在高剂量放射性碘-131的γ射线长时间辐照下容易老化开裂，而导致载气流速的稳定性差和碘蒸气泄漏，以及对沾有放射性碘-131管道的更换和对失效活性炭等的更换需要较复杂的操作和更多的时间、工作人员受到的辐照剂量较大等风险；采用在线的尾气监测方法，可对活性炭柱的吸附效果和排放的放射性碘-131尾气进行现场即时监测，避免了由于活性炭吸附柱饱和吸附、吸潮或其它原因失效而导致放射性碘-131尾气超标排放等风险；采用不锈钢或聚四氟乙烯阀门并与不锈钢管道采用螺纹连接或焊接方式，可以显著提高装置的使用寿命，尽可能降低故障率。

本发明的放射性碘-131蒸气处理装置设置成一种直立式一体化结构，可以实现在有效操作空间较小的屏蔽工作箱内对放射性碘-131蒸气进行高效处理，方便回收大部分（高于95%）的碘-131用于医用Na¹³¹I溶液生产，并且达到控制放射性污染风险和尾气达标排放的目的，提高了装置的使用寿命，减轻了工作人员安装、使用、维护和维修的劳动强度和被电离辐射的风险。生产装置的结构紧凑，安全性好。

附图说明

图1是本发明的放射性碘-131蒸气处理装置的结构框图；

图2是本发明中的吸附装置的结构示意图；

图3是本发明中的碱吸收装置的结构示意图；

图4是本发明中的尾气监测器的结构示意图；

图中：1.碱吸收装置2.吸附装置 3.尾气监测器 4.真空泵 5.温控器 6.吸附柱 7.干燥柱 8.连接器 9.连接头 10.排气管 11.内连管 12.外连管 13.热电偶 14.加热棒 15.分隔片Ⅰ 16.分隔片Ⅱ 17.碱吸收槽 18.碱吸收瓶 19.三通阀Ⅰ 20.加料瓶Ⅰ 21.碘蒸气进管 22.两通阀 23.流量计 24.卡槽 25.加料瓶Ⅱ 26.三通阀Ⅱ 27.四通阀 28.通孔 29.采样管 30.探测器 31.定标器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

图1是本发明的放射性碘-131蒸气处理装置的结构框图，图2是本发明中的吸附装置的结构示意图，图3是本发明中的碱吸收装置的结构示意图，图4是本发明中的尾气监测器的结构示意图。在图1~图4中，本发明的放射性碘-131蒸气处理装置，包括碱吸收装置1、吸附装置2、尾气监测器3、真空泵4、温控器5，其连接关系是，所述的碱吸收装置1置于吸附装置2下方并与吸附装置2采用螺纹连接，吸附装置2、尾气监测器3、真空泵4通过管路依次连接，吸附装置2与温控器5电连接。如图1所示。

所述的吸附装置2包括吸附柱6、干燥柱7、连接器8，其连接关系是，所述的吸附柱6、干燥柱7均通过卡扣分别与连接器8连接。所述连接器8的下端设置有连接头9，在接器8内设置有排气管10、内连管11、外连管12，在吸附柱6内设置有热电偶13、加热棒14、分隔片Ⅰ15，在干燥柱7内设置有分隔片Ⅱ16。所述吸附柱6与干燥柱7通过内连管11连接，吸附柱6通过排气管10与尾气监测器3连接，干燥柱7与外连管12连接。所述的热电偶13、加热棒14分别与温控器5电连接。如图2所示。

所述的碱吸收装置1包括碱吸收槽17、碱吸收瓶18，其中，所述的碱吸收槽17为长方体形，碱吸收瓶18为倒圆锥体形，其连接关系是，所述的碱吸收瓶18固定在碱吸收槽17上，碱吸收瓶18部分置于碱吸收槽17的一侧体内。所述的碱吸收瓶18上设置有三通阀Ⅰ19、加料瓶Ⅰ20、碘蒸气进管21、两通阀22、流量计23，碱吸收瓶18通过管道与三通阀Ⅰ19、加料瓶Ⅰ20依次连接，碱吸收瓶18还通过管道与两通阀22、流量计23、碱吸收槽17依次连接，碘蒸气进管21外接蒸馏炉。如图3所示。

所述碱吸收槽17的顶部中央设置有卡槽24，在碱吸收瓶18对应一侧的碱吸收槽17上设置有加料瓶Ⅱ25、三通阀Ⅱ26、四通阀27、通孔28，卡槽24与连接器8下端的连接头9连接，碱吸收槽17通过管道与三通阀Ⅱ26、加料瓶Ⅱ25依次连接，真空泵4置于通孔28内，四通阀27通过管道分别与尾气监测器3、真空泵4连接。如图3所示。

所述的尾气监测器3包括依次连接的采样管29、探测器30、定标器31，采样管29还与排气管10、四通阀27分别连接。如图4所示。

本发明的工作流程如下，从蒸馏炉出来的碘-131蒸气在空气载带下经碘蒸气进管21进入碱吸收瓶18，首先被碱吸收瓶18内的稀碱液（如0.5mol/L的NaOH溶液）大量吸收（吸收率大于95%），然后再经管道依次通过两通阀22、气体流量计23进入碱吸收槽17，载气中少量的碘-131蒸气被碱吸收槽17内大量的浓碱液（如4mol/L的NaOH溶液）再次吸收；碱吸收处理后的尾气依次经过卡槽24、外连管12、干燥柱7、内连管11、吸附柱6、排气管10、采样管29和四通阀27，被真空泵4排出。在此过程中，尾气被干燥柱7中的干燥剂（如无水硫酸钠、氯化钙等）干燥，尾气中微量的放射性碘被吸附柱6和采样管29内的活性碳吸附。碘蒸气的流速控制与碱吸收槽17、碱吸收瓶18的加料与卸料通过阀门之间的开关配合完成。借助机械手将稀碱液和浓碱液分别加注到加料瓶Ⅰ20和加料瓶Ⅱ25，打开三通阀Ⅰ19和三通阀Ⅱ26，可将稀碱液和浓碱液分别通过管道加注到碱吸收瓶18和碱吸收槽17内。管道与阀门、碱吸收槽和18碱吸收瓶17的连接采用螺纹连接或焊接。

温控器5通过热电偶13控制加热棒14对吸附柱6内的活性碳加热，控制加热温度在150度～250度之间，可以有效去除活性碳吸附的水蒸气和其它挥发性物质，可使活性碳保持良好的吸碘效果，延长吸附柱6的工作寿命。在吸附柱6和干燥柱7内部可分别设置多个分隔片，可以延长尾气在吸附柱6和干燥柱7内的流动路径，有利于尾气的干燥和除碘效率。

采样管29内装活性炭，置于圆柱体形探测器30的中心，尾气中残留的碘-131被活性炭吸附，放射性碘-131的γ射线被探测器30转化为电信号，再由定标器31测量，得到采样管29内放射性碘-131的活度值。工作人员可以根据该活度值判断尾气中放射性碘-131的含量是否超标以及活性炭吸附柱6内的活性炭是否需要更换。采样管29、探测器30、定标器31可放置在工作箱外，以防止高剂量的电离辐射对采样管29测量的干扰和对探测器30、定标器31使用寿命的影响。