Способ определения состава смеси бета-излучающих нуклидов

 

Изобретение относится к измерению радиоактивности различных объектов и может быть применено для радиометрического контроля в лабораторных условиях в различных отраслях экономики. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способ за счет анализа бета-излучателей на фоне гамма-излучателей. Бета-излучение от исследуемой смеси пропускают через поглотитель, который может изменять свое положение относительно потока частиц за счет изменения угла наклона, и одновременно измеряют рассеянное и ослабленное бета-излучение двумя детекторами. Предварительно по показаниям двух детекторов определяют градуировочные коэффициенты для каждого стандартного источника бета-излучения как отношение скоростей счета для определенного угла наклона поглотителя. При идентификации неизвестной смеси для фиксированного угла наклона поглотителя одновременно определяют скорости счета двух детекторов, вычисляют отношение скоростей счета, составляют простейшую систему уравнений и определяют доли нуклидов в анализируемой смеси. 1 ил. , 1 табл.

Изобретение относится к измерению радиоактивности бета-излучающих нуклидов и может быть применено для радиометрического контроля при радиохимических анализах в лабораторных условиях на предприятиях атомной промышленности и на станциях санитарного надзора. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет анализа бета-излучателей на фоне гамма-излучателей. В заявляемом способе исследование смеси нуклидов проводится путем распределения измеряемого потока излучения на две части постоянной по толщине поглощающей пластиной, изменяющей свой угол наклона по отношению к измеряемому потоку. Каждая часть измеряемого потока определяется детектором ионизирующего излучения, причем измерения проводятся одновременно. Детекторы регистрируют количественное распределение потока испускаемых смесью радионуклидов бета-частиц за счет происходящих в поглощаемом слое процессов упругого и неупругого рассеяния бета-частиц (отражение и поглощение в поглощающем слое). Учитывая, что бета-излучение радиоактивных ядер имеет непрерывный энергетический спектр и что с увеличением энергии бета-частиц в этом спектре вероятность их упругого рассеяния уменьшается, а неупругого - возрастает, получаемое отношение этих двух величин при определенном угле наклона поглощающего слоя является в обоих случаях величиной, характеризующей соотношение количества испускаемых бета-частиц, ниже и выше определенной энергии этого спектра. Такая величина является более точной характеристикой исследуемого спектра по сравнению с известными способами, присущей только данному энергетическому спектру бета-излучения, т. е. данному нуклиду. Учитывая, что гамма-кванты, так же, как и бета-частицы подвержены упругому и неупругому рассеянию при их взаимодействии с веществом, использование детектора, измеряющего рассеянное излучение от поглощающего слоя, в отличие от известного способа позволяет идентифицировать чистые бета-излучатели на фоне гамма-излучающих нуклидов. Изменение угла наклона поглощающего слоя от угла в 90^о по отношению к измеряемому потоку бета-частиц и гамма-квантов до наиболее острого, определяемого только конструкцией установки, приводит к распределению потоков не только бета-частиц, но и гамма-квантов в определенных направлениях, т. е. в стороны измерительных окон детекторов, что позволяет определять доли нуклидов в смеси, обладающих бета-распадом, который сопровождается испусканием гамма-квантов, например стронция-90 и иттрия-90 на фоне цезия-137. Одновременные измерения двумя детекторами распределений одного и того же потока излучения исключают влияние на полученные результаты флуктуаций испускаемого потока как бета-частиц, так и гамма-квантов, связанных со статическим характером радиоактивного распада самой измеряемой смеси, т. е. анализ состава смеси проводится за один промежуток времени ее распада и все возникающие при этом флуктуации регистрируются детекторами одновременно. Таким образом, из проведенного измерения исключается часть статической погрешности, связанная с радиоактивным распадом исследуемой смеси, тем самым повышается точность каждого из проведенных измерений при анализе состава смеси. Кроме того, определяемое отношение двух величин, характеризующих анализируемую смесь, увеличивает функциональные возможности заявляемого способа и качественно расширяет его область применения. На чертеже показано устройство для осуществления предлагаемого способа. Устройство содержит детектор 1, определяющий ослабление в поглотителе (пластине) 2, детектор 3, измеряющий рассеянное излучение от поглотителя 2 и кювету для исследуемой смеси 4, которые заключены в корпус 5. Поглотитель 2 может изменять свое положение относительно потока частиц, испускаемых исследуемой смесью, и самих детекторов 1 и 3, как показано на чертеже пунктиром. При угле наклона поглотителя 2-0^одетектором 1 регистрируется общая активность измеряемой смеси, а детектор 3 используется для определения фона. При угле наклона поглотителя 2 90^о отношение скоростей счета детекторов не определяется. Предложенный способ реализуют следующим образом. Для анализа состава смеси проводят градуировку установки с постоянным по толщине поглощающим слоем 2 (например, с пластиной из алюминия) по стандартным источникам (препаратам). Источники помещают в кювету 4, детекторы 1 и 3 регистрируют распределение потока частиц, испускаемых каждым источником, при фиксированных углах наклона поглощающего слоя (пластины) 2. По скоростям счета, зарегистрированным двумя детекторами 1 и 3, определяются градуировочные коэффициенты для 1-го стандартного источника (препарата): K₁(ϕ^o) = , где N_i^р(ϕ^о)- скорость счета, зафиксированная детектором, измеряющим рассеянное излучение от поглощающего слоя, при его угле наклона ϕ^о; N_i^о(ϕ^о) - скорость счета, зафиксированная детектором, измеряющим ослабление излучения в поглощающем слое, и при его угле наклона ϕ^о. Градиуровочные коэффициенты для стандартных источников (препаратов) постоянны для данной системы детекторов и используемого поглощающего слоя, т. е. для данной геометрии измерения. Для идентификации неизвестной смеси, состоящей, например, из двух нуклидов А и В, выбирают фиксированный угол наклона поглощающего слоя, проводят одновременное определение скоростей счета двух детекторов и по известным скоростям счета определяют коэффициент для смеси K_A+ B(ϕ^o) = . Тогда при постоянных условиях измерения составляется система уравнений , где n и m - доли нуклидов А и В в анализируемой смеси соответственно; К_А(ϕ^о)и К_В (ϕ^о)- градуировочные коэффициенты при выбранном угле наклона поглощающего слоя ϕ^одля нуклидов А и В соответственно. Решив систему уравнений, определяют n и m, т. е. доли нуклидов в анализируемой смеси. Минимальное число фиксированных углов наклона поглощающего слоя и, следовательно, минимальное число измерений, необходимых для анализа смеси, содержащей n компонентов, равно n-1. Предложенный способ определения градуировочных коэффициентов осуществлен на установке, состоящей из двух газоразрядных счетчиков, окна которых расположены под углом 90^о друг к другу, и поглощающей алюминиевой пластины толщиной 0,2 мм. Результаты измерений сведены в таблицу. Сравнение известного и предлагаемого способов проведено по смесям нуклидов ⁹⁰Sr, ⁹⁰Y, ¹³⁷Cs и ²⁰⁴Tl¹³⁷ Cs, доли каждого из нуклидов в которых были известны и составляли 1: 3 для первой смеси и 1: 17 для второй соответственно. При проведении известного способа в данной установке использовался детектор, измеряющий ослабление в поглощающем слое, и та же поглощающая пластина толщиной 0,2 мм при угле ее наклона к падающему потоку излучения 90^о. Сравнение полученных результатов показало, что анализ смеси, проводимый известным способом, не дал результатов, соотношение в таком составе анализируемых смесей определить не удалось. Анализ смесей, проведенный предложенным способом, позволил определить составы смесей с погрешностями, не превышающими ±20% . Использование предложенного способа обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: - качественно расширяет функциональные возможности применения способа; - исключает необходимость в комплектовании измерительной установки большим количеством поглотителей; - позволяет совмещать во времени измерения фона с измерениями суммарной активности анализируемой пробы, т. е. использовать один детектор для измерения активности пробы, другой - для измерения фона. (56) Лукьянов В. Б. , Симонов Е. Ф. Измерение и идентификация бета-радиоактивных препаратов. М. : Энергоатомиздат, 1982, с. 92. Лукьянов В. Б. , Симонов Е. Ф. Измерение и идентификация бета-радиоактивных препаратов. М. : Энергоатомиздат, 1982, с. 89-92.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА СМЕСИ БЕТА-ИЗЛУЧАЮЩИХ НУКЛИДОВ, заключающийся в определении для детектора излучения градуировочных коэффициентов к излучению отдельных нуклидов по ослаблению их бета-излучения в слоях поглотителей различной толщины как отношения зафиксированных детектором излучения скоростей счета с поглотителем и без него и сопоставлении с помощью уравнений таких же отношений, определенных для измеряемой смеси с одними и теми же поглотителями и известными градуировочными коэффициентами для отдельных нуклидов и их долями в этой смеси, в вычислении долей каждого нуклида в измеряемой смеси путем решения уравнений, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет анализа бета-излучателей на фоне гамма-излучателей, определение градуировочных коэффициентов к излучению отдельных нуклидов и анализ измеряемой смеси осуществляют по определению отношений зафиксированных скоростей счета двух детекторов, измеряющих одновременно анализируемый поток излучения, - одного, определяющего рассеянное излучение, и другого, фиксирующего ослабление бета-излучения от постоянного по толщине поглощающего слоя, меняющего свое сечение за счет изменения угла наклона по отношению к измеряемому потоку излучения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2