Способ контроля концентрации дочерних продуктов распада радона в воздухе

Изобретение относится к ядерной физике и может быть использовано для контроля радиоактивности воздуха производственных и жилых помещений, для учета влияния естественного содержания дочерних продуктов распада радона в воздухе при контроле вероятного загрязнения радиоактивными веществами воздуха по их собственному альфа-излучению, а также при контроле загрязненности поверхности ТВЭЛов ядерным топливом при их изготовлении. Предложен способ контроля концентрации дочерних продуктов распада радона в воздухе помещения, заключающийся в сорбции аэрозолей воздуха с помощью электростатического поля на сменную мишень с последующим помещением ее под датчик альфа-радиометра. При этом для повышения чувствительности, экспрессности контроля и упрощения реализации способа продукты распада сорбируют из открытого пространства помещения на металлическую поверхность образца, выполненного в виде отрезка трубки. Сорбирование проводят в течение заданного времени, после чего образец помещают в модуль детектирования. Затем проводят регистрацию испускаемых альфа-частиц в геометрии измерения 4π, а время регистрации альфа-частиц и время сорбции устанавливают исходя из требуемых экспрессности и точности. Далее рассчитывают значение концентрации ДПР на основании полученной скорости счета с учетом градуировочного коэффициента. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности, обеспечение экспрессности контроля ДПР в воздухе и упрощение реализации. 2 ил.

 

Изобретение относится к ядерной физике и может быть использовано для контроля радиоактивности воздуха производственных и жилых помещений, например, для учета влияния естественного содержания дочерних продуктов распада (ДПР) радона в воздухе при контроле вероятного загрязнения радиоактивными веществами воздуха по их собственному альфа-излучению, а также при контроле загрязненности поверхности ТВЭЛов ядерным топливом при их изготовлении.

Известен способ [1] для определения содержания ДПР в воздухе, заключающийся в том, что пробу воздуха продувают через фильтр, а затем этот фильтр помещают под детектор альфа-излучения и по скорости счета альфа-частиц в определенные интервалы времени после окончания продувки, с учетом объема воздуха, прокаченного через фильтр, определяют объемную концентрацию ДПР (полоний-218, полоний-214) в воздухе.

Недостатком известного способа является низкая эффективность регистрации альфа-частиц из-за их слабой проникающей способности и их поглощения материалом фильтра, наличие в составе устройства энергоемкой воздуходувки, кроме того, фильтры являются одноразовыми и вносят весомый вклад в затратную часть измерений.

Известен также способ, в котором ДПР электростатически осаждаются (сорбируются) из воздуха непосредственно на поверхность детектора [2]. Недостатком этого способа является отсутствие экспрессности, т.к. пока ДПР на поверхности детектора не распадутся (2-3 часа), следующее измерение не может быть выполнено с требуемой точностью, низкая чувствительность из-за малого объема, из которого сорбируются ДПР, ограниченного объемом камеры, в которой размещается детектор и создается электрическое поле.

За прототип принято наиболее близкое к предлагаемому изобретению техническое решение [3], в котором ДПР осаждаются на сменный фильтр-мишень. Для улучшения улавливания аэрозолей применяется электростатическое поле, при этом, одновременно через фильтр-мишень прокачивается анализируемый воздух.

Недостатками прототипа является низкая чувствительность регистрации альфа-частиц, т.к. регистрация ведется с одной поверхности фильтра в геометрии измерения 2π. Кроме того, устройство усложнено за счет системы прокачки воздуха и конструктивного обеспечения наличия электростатического поля в объеме прибора.

Технический результат, получаемый при реализации данного изобретения, заключается в повышении чувствительности, обеспечении экспрессности контроля ДПР в воздухе и упрощении реализации.

Указанный технический результат достигается за счет реализации способа контроля концентрации ДПР в воздухе, заключающегося в сорбции аэрозолей воздуха, содержащего ионы ДПР, с помощью электростатического поля на сменную мишень с последующим помещением ее под датчик альфа-радиометра, при котором ионы ДПР сорбируют из открытого пространства помещения на металлическую поверхность образца, выполненного в виде отрезка трубки, сорбирование ДПР проводят в течение заданного времени, после чего образец помещают в модуль детектирования, который обеспечивает регистрацию альфа-частиц, испускаемых ДПР, в геометрии измерения 4π, а время регистрации альфа-частиц и время сорбции устанавливают исходя из требуемой экспрессности и точности, затем рассчитывают значение концентрации ДПР на основании полученной скорости счета с учетом градуировочного коэффициента.

На фиг.1 показана схема реализации предложенного способа. Образец выполняют в форме металлической трубки 1 и надевают на контактную часть высоковольтного вывода 2, затем от источника высокого напряжения 3 на образец подают отрицательный потенциал. Экспериментально найдено, что этот потенциал должен составлять порядка 8 кВ. Производят сорбирование в течение времени τ₁. Затем, высоковольтный источник отключают, образец снимают и помещают в модуль детектирования 4. По средней скорости счета n_α, измеренной устройством обработки информации 5 за время τ₂, определяют удельную концентрацию ДПР в объеме помещения А_ДПР, Бк/м³, по формуле:

,

где K_г - пересчетный (градуировочный) коэффициент, учитывающий эффективность регистрации альфа-частиц детектором и эффективность сорбирования (осаждения) ДПР на образец, (Бк·с)/м³.

Для определения коэффициента K_г берут металлический цилиндр с одним из изоляционных фланцев объемом V_Ц. В него (по оси в центре) помещают образец, заполняют его воздухом помещения и от высоковольтного источника подают отрицательный потенциал. Выдерживают в течение времени τ₁, причем это время должно обеспечить сорбцию всех ДПР (для объема порядка пяти литров это время не менее 5 мин), после чего образец помещают в модуль детектирования и измеряют среднюю скорость счета (n_αЦ) за время τ₂. Затем аналогичный образец устанавливают на высоковольтный источник, как показано на фиг.1. Подают такой же потенциал, выдерживают то же время τ₁ и замеряют среднюю скорость счета (n_αП). Коэффициент К_г находят по формуле:

,

где ε - эффективность регистрации альфа-частиц.

Экспериментально установлено при использовании цилиндра объемом 4,9 л (диаметр 160 мм, высота 245 мм), модуля детектирования с ε=0,4, время сорбции τ₁=20 мин, что коэффициент К_г=6,5 (Бк·с)/м³.

На фиг.2 представлены типичные графики средних скоростей счета ДПР от времени наблюдения (Т) при длительности сорбции (τ₁) 5 и 20 мин. Из графиков видно, что с достаточной степенью точности в первые 20-30 мин среднюю скорость счета можно считать постоянной и, исходя из требуемых точности и экспрессности, время измерения τ₂ может быть выбрано от 5 до 30 мин.

Предельные возможности предлагаемого способа могут быть оценены по относительной статистической погрешности, которая, исходя из среднего квадратического отклонения зарегистрированного числа импульсов, равного корню квадратному из этого числа, с доверительной вероятностью 0,95, равна:

.

Из этой формулы следует, что минимальная активность ДПР, которая может быть измерена за время τ₂, равна:

.

Согласно этой формуле минимальная активность, которая может быть измерена с погрешностью не более 0,3 (30%) при времени измерения τ₂, равном 10 мин, составляет величину 0,5 Бк/м³ (время сорбции 20 мин).

Для сравнения, при времени прокачки через фильтр 5 мин и измерении 10 мин по методу, изложенному в [1], минимальный уровень составляет величину около 185 Бк/м³ (5·10^-12 кюри/л).

В случае же, если время измерения принять равным 30 мин, то можно достигнуть чувствительности на уровне 0.16 Бк/м³.

В связи с тем, что используется маломощный высоковольтный источник напряжения с током короткого замыкания не более 0,1 мА, устройство является полностью электрически безопасным.

Указанные отличительные признаки в предложенном способе и устройстве необходимы и достаточны для обеспечения заявленного технического результата.

Источники информации

1. К.П.Марков, Н.В.Рябов, К.Н.Стась «Экспресс-метод оценки радиационной опасности, связанной с наличием в воздухе дочерних продуктов радона». Атомная энергия, т.12, вып.4, 1962 г. Стр.315-319.

2. A.J.Howard, B.K.Johnson and W.P.Strange «High-sentivity detection system for radon in air» Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Research. A 293 (1990), pp.589-595.

3. В.В.Абеленцеев, В.Н.Севостьянов «Практика использования комплекса радонометрической аппаратуры». Вестник НЯЦ РК, вып.1 (17), март 2004 г., стр.18-23.

Способ контроля концентрации дочерних продуктов распада радона (ДПР) в воздухе помещения, заключающийся в сорбции аэрозолей воздуха, содержащего ионы ДПР, с помощью электростатического поля на сменную мишень с последующим помещением ее под датчик альфа-радиометра, отличающийся тем, что ионы ДПР сорбируют из открытого пространства помещения на металлическую поверхность образца, выполненного в виде отрезка трубки, сорбирование ДПР проводят в течение заданного времени, после чего образец помещают в модуль детектирования, проводят регистрацию альфа-частиц, испускаемых ДПР, в геометрии измерения 4π, а время регистрации альфа-частиц и время сорбции устанавливают исходя из требуемых экспрессности и точности, затем рассчитывают значение концентрации ДПР на основании полученной скорости счета с учетом градуировочного коэффициента.