Устройство для градуировки радиометров

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ РАДИОМЕТРОВ, размёщег ных у поверхности технологического. контура с контролируемой средой, содержащее точечный радиоактивный источник и установленные между источником и размещенным р коллиматоре детектором градуируемого радиометра плоский многослойный поглотитель радиоактивного излучения и плоский имитатор среды такой толщины,что ослабление радиоактивного излучения в нем и в самой контролируемой среде одинаково ,, отличающееся тем,что с целью повышения точности воспроизведения энергетической зависи-. мости показаний радиометра объемной I В :СОШЯ4§ I3:™;j3 I .ijsiiKJTt активности среды при градуировке по точечным радиоактивным источникам в диапазону энергий 6т сотен кэВ до , между точечным радиоактивным источником и. детектором установлены последовательно один за другим имитатор среды,выполненный из водоэквивалентного материала , и многослойный поглотитель , содержащий имитатор стенки технологического контура толщиной 4 0.и п имитаторов слоев ст покрытия технологического контура толщиной dl А.(, каждый,где . 1,46 oi и 1/51, °ст и dj -. ТОЛЩИНЫ стенки и i -го слош ев покрытия технологического контура соответственно, см; п - кисло слоев покрытия технологического контура, и выполненный из материалов,анелогичных по плотности и ослаблению в них радиоактивного излучения стенки технологического контура и материалам слоев покрытия технологического контура, а так}ке введены дополнительные сменные точечные радиоактивные источники, испускающие изел 1 лучение различных энергий в диапазоне от сотен кэВ до 3000 кэВ. ai :

(19) (И) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИС,ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) G 01 T 1 167

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ гс

Ма

° «Ь

\ °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И QTHFblTHA

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3312545/18-25 (22) 06.07.81 (46) 30.01.85.. Бюл. Р 4 (72). А.Е.Шермаков и В.В.ПУшкин (53) 539.1.074.9(088.8) (56) 1.Туркин A.Ä. Дозиметрия радиоактивных газов. М., Атомиздат, 1973,.с.30-38.

2.Методические указания 9 326. по проверке радиоизотопных.плотномеров типов .ПР-1024, ПР-10245 и

ПР-1024В, М., Изд-во Стандартов, 1974, с.7,8 (прототип). (54)(57) УСТРОИСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ

РАДИОМЕТРОВ, размещенных у поверхности технологического. контура с контролируемой средой, содержащее точечный радиоактивный источник и установленные между источником и размещенным в коллиматоре детектором градуируемого радиометра плоский многослойный поглотитель радиоактивного излучения и плоский имитатор среды такой толщины,что ослабле« ние радиоактивного излучения в нем и в самой контролируемой среде одинаково,. о т л и ч а ю щ е е с я тем,что с целью повышения точности воспроизведения энергетической .зависимости показаний радиометра объемной. активности среды при градуировке по точечным радиоактивным йсточникам в диапазоне энергий от сотен кэВ до 3000 кэВ, между точечным радиоактивнйм источником и детектором установлены последовательно один за другим имитатор среды,выполненный из водоэквивалентного материала, и многослойный поглотитель, содержащий имита-.ор стенки технологического контура толщиной

ll

d, 0 . 8«и и имитаторов слоев покрытия технологического контура толщиной d = 0 d< каждый,где

146 <х < 1,51, с „ и 4 †.толщины стенки и (-го слоев покрытия технологического контура соответственно, см;

n — число слоев покрытия технологического контура, и выполненный из материалов, аналогичных чо плотности и ослаблению в них радиоактивного излучения стенки технологического контура и материалам слоев покрытия технологического контура, а также введены дополнительные сменные точечные радиоактивные источники, испускающие иэ" лучение различных энергий в диапазоне от сотен кэВ до 3000 кэВ.

1015763

Изобретение относится к области ядерного приборостроения и может быть использовано на атомных электростанциях, атомных станциях теплоснабжения и других атомных производствах, а также в лабораториях, разрабатывающих аппаратуру технологического контроля, при градуировке радиометров, размещенных у поверхности технологических контуров и контролирующих в них активность среды с малых самопоглощением радиоактивного излучения, т.е. такой среды, для которой 2/3 p D< 1, где р — коэффициент линеййого ослабления радиоактивного излучения в среде, см ; П -внутренний диаметр контролируемого технологического контура, см.

Такой средой может быть, например, острый пар второго контура в основных паропроводах на атомных электростанциях с водо- водяным реактором или первого контура с канальным реактором большой мощности.

Известны устройства для градуировки радиометров объемной активности газа, содержащие макет измерительного объема радиометра, градуировочную радиоактивную среду, идентичную контролируемой среде.Известно также устройство для градуи",-. ровки рациометра активности мягких тканей организма, содержащее имитатор мягких тканей с градуировочной средой, аналогичной по своим физическим свойствам (плотность, длина свободного пробега излучения и т.д.) мягкой ткани )lj . Для градуировки радиаметров, размещенных у поверхности технологических контуров и измеряющих в них по гаммаизлучению объемную активность среды с малым самойоглощением радиоактив-. ного излучения, например объемную активность газообразных радионуклидов, которые присутствуют в паре второго контура атомных электростанций, используют образцовый радиоактивный криптон-..85, являющийся излучателем гамма-квантов с энергией 520 .эВ, в то время как энергия гамма-квантов, которые .испускают радионуклиды, содержащие в паре второго контура, лежит в диапазоне от сотен кэВ до 3 14эВ.

Недостаток известных устройств заключается в том, что при градуи.ровке по гамма-излучению радиометров, размещенных у поверхности технологических контуров и измеряющих объемную активность среды с малым самопоглощением радиоактивного излучения„ невозможно провести градуировку радиометра в энергетическом диапазоне от сотен КэВ до

3 МэВ.

5

М

Кроме того, возникают большие трудности при выполнении градуировочного устройства и проведении градуировки радиометра. Это обусловлено тем, что паропровод представляет собой длинную толстостенную стальную трубу большого диаметра, в которой находится острый пар c температурой 273ОС, под давлением

64 атм. Поэтому, чтобы сконструировать градуировочный пакет, аналогичный по своим параметрам паропроводу, необходимо взять герметичный отрезок толстостенной стальной трубы с небольшим количеством воды и нагреть его до 273оС. В этом случае в отрезке трубы будет получен пар с плотностью, равной плотности острого пара в паропроводе и, следовательно, с идентичной самопоглощающей способностью.

Такое устройство сложно по конструкции, имеет большой вес, требует специальных механизмов для его перемещения, а также всегда существует опасность разрыва его корпуса,и утечки радиоактивной среды в атмосферу, что приводит к необходимости проведения градуировки в специальном помещении °

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для градуировки радиометров, размещенных у поверхности технологического контура с контролируемой средой, содержащее точечный радиоактивный источник и установленные между источником и размещенным в коллиматоре детектором градуировочного радиометра плоский многослойный поглотитель радиоактивного излучения и плоский имитатор среды такой толщины, что ослабление радиоактивного излучения в нем и в самой контролируемой среде одинаково (2) .

Имитаторы выполнены в виде пластин из нержавеющей стали, толщина имитаторов выбрана так, чтобы ослабление гамма-потока в них было эквивалентно ослаблению гаммапотока в стенках и покрытиях технологического контура и в контролируе.мой среде.

Поскольку радионуклиды, содержащиеся в остром паре второго контура, испускают гамма-кванты в ьФроком энергетическом диапазоне от сотен кэВ до 3000 кзВ, то радиометр, измеряющий объемную активность острого пара, необходимо градуировать также в широком энергетическом диапазоне от сотен кэВ до

3000 кэВ.

При использовании известного устройства для градуировки по точеч» ным радиоактивным источникам радиометров необходимо подобрать толщины имитаторов элементов паропровода л015763

Недостатком известного устройства является низкая точность воспроизведения энергетической зависимости показаний радиометра при градуировке по точечным радиоактивным источникам в диапазоне от сотен кэВ до 3000 кэВ.

Кроме того, соотношения между толщинамн имитаторов элементов паропровода и толщннами самих элементов паропровода не сохраняются, если изменится. хотя бы один из параметров R, 4, или d даже при фиксированной энергии гамма-квантов. В этом случае каждый раз необМОфимо заново проводить градуировку по объемному источнику экспериментально определять новые соотношения между размерами, что удорожает и затрудняет использование известного устройства.

Необходимо также отметить,что имитатор стенки технологического контура в известном устройстве выполнен такой толщины, чтобы погло- щение гамма-квантов в нем было эквивалентно поглощению гамма-квантов в „двоенной толщине стенки технологического контура, так как точечный источник размещен от детектора с противоположной стороны контура и как бы просвечивает

его. С другой стороны гамма-кванты от объемного источника ™просвечивают только одну толщину стенки контура. Следовательно, при применении имитатора стенки для градуировки радиометров объемной актив.ности среды погрешность воспроизведения энергетической зависимости показаний радиометра велика.

Целью изобретения является повышение точности воспроизведения энергетической зависимости показанчй радиометра объемной активности среды при градуировке Uo точечным радиоактивным источникам в диапазоне энергий от сотен кэВ до 3000 кэВ.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для градуировки радиометрьв, размещенных у поверх" ности технологического контура с контролируемой. средой, содержащем точечный радиоактивный источник и установленные между источником и размещенным в коллиматоре детектором градуируемого радиометра плоский многослойный поглотитель радиоактивного излучения и плоский имитатор среды такой толщины, что ослабление радиоактивного излучения в нем и в самой контролируемой среде одинаково, между точечным радиоактивйым источником и детектором установлены последовательно один за другим имитатор среды, выполненный. из водоэквивалентного материала, и

30 так, чтобы ослабление в ннх радиоактивного излучения, испускаемого точечным источником, и ослабление радиоактивного излучения, испускаемого объемным источником (радиоактивным паром), .в самих элементах паропровода было идейтичным. Определить ослабление гаммакЭантов в элементах паропровода от объемного источника можно только .для гамма-квантов с энергией 520 кэВ, 10 испускаемых газообразным радионуклидам криптон-85 Следовательно, толщины имитаторов можно определить лишь для энергии гамма-квантов, близкой к 520 кэВ. При использова- 15 нии значений толщин имитаторов, полученных для энергии 520 кэВ, для градуировки радиометра по точечным радиоактивным источникам ва всем диапазоне энергий от сотен кэВ до 3000 кэВ, получится энергети- ческая зависимость показаний радиометра (ход с жесткостью ), значительно отличающаяся от действительной. Это является следствием того, что изменение показаний радиометра при изменении внутреннего радиуса 1 технологического контура, толщины стенки J, 1 -го слоя покрытия 3 технологического контура или эйергии гамма-квантов F обусловлено одновременным действием двух факторов: изменением расстояния от поверхности детектора до оси паропровода; изменением степени ослабления излучения стенкой и 35 слоями покрытий паропровода. . Кроме того, так как стенки и слои покрытия паропровода, а также контролируемая среда имитируются пластинками из нержавеющей стали, то толщины имитаторов зависят от энергии гамма-квантов 6 даже при неизменных R,,3 и d; . Это обус- ловлено разной энергетической зависимостью коэффициентов линейного ослабления гамла-квантов в

45 нержавеющей стали и в материалах покрытий паропровода и в паре, а .также в стенке паропровода, если она выполнена не из стали.

Следовательно, чтобы обеспечить погрешность- воспроизведения энергетической зависимости показаний радиоме ра на заданном уровне, необходимо подбирать новые значения толщин имитаторов всякий раз, как только энергия гамма-квантов, испускаемых точечными источниками, станет отличной от 520 кэВ, даже если остальные параметры 3, 3 и d„ постоянны. Однако такой подбор невозможен, так как промышленностью выпускается образцовый источник только одного газообразного гамма-испускающего радионуклида - криптона-85 с энергией гамма-квантов 520 кэВ. 65

1015763 многослойный поглотитель, содержащий имитатор стенки технологического контура толщиной б

Ц ст ст и и имитаторов слоев покрытия технологического контура толщиной

3", = a d каждый, где 1,46 < g,<1,51, с) и "„ — толщины стенки и j --ro слоя покрытия технологического контура соответственно, см; п - число слоев покрытия технологического контура, и выполненный из материалов, аналогичных по плотности и ослаблению в них радиоактивного из» лучения материалу стенки технологического контура и материалам слоев покрытия технологического контура, а также введены дополнительные сменные точечные радиоактивные источники, испускающие излуче- 20 ние различных энергий в диапазоне от сотен кэВ до 3000 кэВ.

На фиг.l показано устройство для градуировки радиометров по точечным источникам; на фиг.2 — гра- 25 фики зависимости и (z)/ Н (х=0) от

Х для различных толщин стенок паропроводов в безразмерных единицах

j4 3„. где (- расстояние от переднего тор- 30 ца поверхности радиометра при его удалении от некоторого начального положения

i%=0, сму

, " линейный коэффициент ослаб- З5 ления гамма-квантов в материале стенки паропровода, см „толщина стенки паропровода, см; 40 на Фиг.3 — графики зависимости пог-, решности 6 воспроизведения показаний . устройства от величины м для различных энергий гамма-квантов.

В устройстве для градуировки ра- 45 днометров (Фиг.l), содержащем набор сменных точечных радиоактивных источников с различными энергиями радиоактивного излучения, между точечным источником 1 иэ этого. набора и детектором 2 градунруемого радиометра, размещенного в коллиматоре 3, расположены плоский имитатор контролируемой среды 4 и плоский многослойный поглотитель 5 радиоактивного излучения. Поглотитель 5 содержит имитатор стенки технологического контура и и имитаторов слоев покрытий технологического контура.

При градуировке радиометра, изме- 60 ряющего объемную активность острого пара в паропроводе второго контура атомной электростанции, устройство для градуировки радиометров работает, следующим образом. 65

Между точечным радиоактивным источником 1 из набора источников с различными энергиями радиоактивного излучения и детектором 2 градуируемого радиометра устанавливают последовательно имитатор среды и многослойный поглотитель (фиг.l).Остальные точечные радиоактивные источники иэ набора источников размещены так, чтобы они не влияли на процесс измерения, например, в свинцовом домике. Для исключения влияния внешнего фона на измерения детектор 2 размещен в коллиматоре 3.

Толщины имитатора среды .4 и много-. слойного поглотителя 5 выбраны так, что гамма-кванты, испускаемые точечными радиоактивными источниками с энергиями от сотен до 3000 кэВ, ослабляются в них так же, как и в паропроводе, например, второго контура атомной электростанции при прохождении ими последовательно самой контролируемой среды (самопоглощение среды), стенки паропровода и слоев покрытия паропровода,наппример теплоизоляции, кожуха теплоизоляции и т.д. Это достигается выбором материалов, формы и толщины имитаторов среды 4 и многослойного поглотителя 5. Энергетическую зависимость показаний радиометра (ход с жесткостью радиометра) в диапазоне энергий гамма-квантов от сотен до 3000 кэВ получают, проводя измерения последовательно с различными точечными радиоактивными источниками из набора источников. В качестве точечных радиоактивных источников можно использовать, например, радионуклиды: кобальт-57, олово-113, цезий-137, марганец-54, кобальт-60 и натрий-24.

Показания радиометра, детектор которого размещен в непосредственной близости от поверхности паропро вода, можно представить в следующем виде! с м ст ф где — число моноэнергетических гамма-квантов с энергией Е, испускаемых единицей объема пара с 1 с, гамма-кв./с.см ; (— внутренний радиус паропровода, см1

8 -L/ß - средний путь гамма-квантов в паре в направлении детектора,.см; линейный коэффициент ослабления гамма-квантов в

-1 паре, см

1 плотности пара при рабочих температуре н давлении в паропроводе и воды соответственно, г/см ;

1015763 линейный коэФФициент ослабления гамма-квантов в .воде, см ; р cò — коэффициент, учитывающий ослабление гамма-квантов в стенке и в слоях покрытий паропровода, отн.ед.1

5 -- площадь чувствительной поверхности детектора,см 1 эффективность регистрации . гамма-квантов блоком детек- 10 тирования, отн.ед.

Ослабление гамма-квантов в стенке и в слоях покрытий паропровода зависит от параметров R,, дст,д; и

Е, где 0 т и 31 — толщины стенки 15 и 1 -ro слоя покрытия паропровода соответственно, E - энергия гаммаквантов. В общем случаем уменьшение показаний радиометра при измере11 нии для случаев ст+. с);-о

1-1

11

1т 1Ед;ФО обусловлено однос1

25 временным действием двух факторов: удалением поверхности детектора от оси паропровода на расстояние тр с

<)с 1,Т т)1 ст,,"1,. ПОГЛОЩЕНИЕМ ИЗЛУЧЕНИЯ в материалах стенки и слоях покрытий паропровода.

Поэтому, если коэффициент К т, характеризующий уменьшение показаний радиометра при измерении в условиях

3 1.":3

11 ст „, 0 и ()„ X.ср1 .0 записать в виде

/ .егр(-а(р,й„,А;,р) (p„ J„K fu;J;)), (2) где (ст и ((р; — линейные коэффициенты ослабления гамма-квантов в материалах стенки и 1 -го слоя покрытия па- 4 ропровода соответственно, см, то

5 коэффициент g (K d c, 41, E ) в показателе экспоненты зависит от всех параметров, d,, д и E . следовательно, при любом изменении хотя бы одного из них необходимо подбирать . новую толщину имитаторов стенки и слоев покрытий, что делает практически невозможным получение одного постоянного для различного йабора параметров соотношения между толщи- 55 нами стенки и слоев покрытий паропровода и их имитаторами при градуировке по точечным радиоактивным источникам.

Экспериментально изучена зави- .69 симость изменения показаний ()((() радиометра при удалении торцовой поверхности детектора .от паропровода на расстояние р(+ d + )(для различзРачений произведения p„ с)ст где Д вЂ” расстояние от внутренней поверхности паропровода до поверхности детектора при исходном разме" щенки. В экспериментах использован газообразный гамма-источник криптон-85, поэтому (рс — было фиксировано, а 3ст изменяли таким образом, чтобы d было всегда меньше с)о

Обработка экспериментальных результатов позволила сделать вывод о том, что отношение И(Х)/N(0), где N(X) и N(0) — показания радиометра на расстоянии X от исходного положения и в исходном положении соответственно не зависят от величины М„ 3ст, а следовательно, и от энергии гамма-квантов Я . Экспериментальные значения N (Х) /N (О) приведены на фиг.2. Эксперименты проводились с моделями паропроводов радиусом R = 20 см, толщинами стенки и - c)c =0 см; Е - дст= 1,2 см1

Π— Ат= 2 4 см и R = 30 см Ь

< ст = 0 см; U- с)- = 1рб сму

О dс=30см

Зависимость отношения N(X)/N (0) от с„ с(и, следовательно, от. энер» гии E гамма-квантов отсутствует, что позволило представить коэффициент

К. в ниде двух сомножителей в следующем виде .

A е- <) -, (", Ц ст R+.d +х Е (3) С рр-1)ст . СР, °

I x (Первый сомножитель в выражении

Я (3) (4) характеризует уменьй ° д„1 ( шение показаний радиометра за счет удаления поверхности детектора от оси паропровода, второй сомножитель

1Р(Рcт

Коэффициент ot в показателе экспоненты в этом случае не зависит от параметров k, d, О; и практически не зависит от энергии E гамма- квантов. Величина коэффициента с6 определена экспериментально. путем сравнения зависимости изменения показаний радиометра QT толщины стенок для объемного и очечного источников, причем в показаниях радиометра при измерениях от объемного источника вводилась поправка, установленная по соотношению (4), которая исключает зависимость показаний радиометра . р

101.5763 где 4 — число гамма-квантов со средней по спектру энергией Е, uct0 пускаемых точечным источником в 1 с.

В качестве точечных радиоактивных источников целесообразно использовать моноэнергетические источники или такие,. которые испускают гаммакванты с близкими энергиями.

Таким образом, из сравнения выражений (6) и (7) можно сделать вывод, что энергетические зависимости показаний радиометра будут идентичными, если толщины имитатора пара, стенки и слоев покрытий паропровода выбраны из соотношений

4 Ри 2 Рп

l =- — R= — — Э

j1El . 3 pö ц ) О

30 толщиной с1"„=с1",tK.)

СТ имитатор пара выполнен из водоэквивалентного материала, например парафина, органического стекла, 45 полиэтилена и т.п., следовательно

Р (.!

Pn (j 8g где 1й — линейный коэффициент . ослабления гамма-квантов в материале имитатора пара,см ;p - плотность имитатора пара, г/см . Имитаторы стенки паропровода и слоев покрытий паропровода выполнены из тех же самых материалов, что и стенка и слои покрытий паропровода или из материалов, аналогичных им по ослаблению гамма-квантов, следовательно: М," = р „. и р", - 111, где 60

J0 „ и В", -линейные коэффициенты ослабления гамма-квантов в материалах имитаторов стенки и i -го слоя покрытия провода соответственно, см- . 65

50 от изменения расстояния от поверхности детектора до оси паропровода.

Границы возможных значений коэф" фициента установлены из условия, чтобы погрешность воспроизведения .энергетической зависимости показаний радиометра при градуировке по точечным радиоактивным источникам в широком энергетическом диапазоне от сотен кэВ до 3000 кэВ не превышала погрешности. градуировки по объемным газообразным источникам, кото -: рая, как правило, составляет величину порядка 2 8%.Таким образом,значения лежат в границах от 1,46 до

1,51 (фиг.3).

На основайии изложенного формулу (1) можно записать в виде

4 ь

q R - jM„ R R, -P(PI<> d<>tK. Pl;J;) (6) где 1,46 g «с 1,51.

Такая форма эаписи.позволяет определить соотношение между пара" метрами и размерами паропровода и имитаторами пара, стенки и слоев покрытий паропровода.

Определим показания радиометра при его градуировке по точечным радиоактивным источникам с помощью. градуировочного устройства (фиг.1), в котором между точечным радиоактивным источником 1 и детектором 2, находящимся на расстоянии (друг от друга, последовательно размеще-. ны имитатор пара 4 толщиной 3„ и многослойный поглотитель 5 общей

Показания радиометра в имп. определяются следующим образом:

Кроме того, воспроизведение энергетической зависимости будет более точным, если точечные источники размещать на одном и том же расстоянии от поверхности детектора, данное устройство для градуировки по точечным источникам было оп-. робовано при градуировке серийных радиометров, разработанных для конт роля объемной активности острого пара второго контура атомных электростанций.

Экспериментальная проверка устройства для градуировки проводилась для следующих параметров технологических контуров:

R, смз 20,30

Д, ммз 6,12,15,18,24 кэв: 350,660,850,1250. ,Цля всех комбинаций параметров отличие экспериментальных значений чувствительности радиометра от расчетных не превысило 4-6%. Таким образом, данное устройство для градуировки позволяет повысить точ ность градуировки в несколько раз в диапазоне энергий от сотен до

3000 кэВ.

Кроме того, оно имеет простую конструкцию, технологично и экономично при изготовлении и эксплуатации, так как имитатор среды и многослойный поглотитель могут быть выполнены в виде набора пластин из различных материалов с заранее известными и постоянными в широком энергетическом диапазоне размерами.

1015763

10157бЗ

Редактор О.Филиппова Техред A. Бабинец

Корректор Г.Решетник

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Заказ 139/4 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, E-35, Рауюская наб., д.4/5