Способ определения поглощенной дозы гамма-излучения
Владельцы патента RU 2693552:
Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к области химической дозиметрии и может использоваться при косвенном определении поглощенной дозы гамма-излучения. Способ определения поглощенной дозы гамма-излучения заключается в измерении величины светопропускания дозиметрической жидкости от волнового числа и расчете поглощенной дозы гамма-излучения по установленной градуировочной зависимости величины светопропускания при постоянном волновом числе, при этом в качестве дозиметрической жидкости используют двухфазную систему, состоящую из дихлорбензола и элементарной серы в соотношении компонентов, соответствующем насыщению серы в растворителе, мас.%: дихлорбензол 98,0-99,0, элементарная сера 1,0-2,0. Технический результат – повышение чувствительности и точности определения поглощенной дозы гамма-излучения в диапазоне 0,1-2,0 Мрад, обеспечение стабильности показаний светопропускания. 2 ил., 2 табл.
Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к области химической дозиметрии и может использоваться при определении поглощенной дозы гамма-излучения.
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение.
Определение поглощенной дозы гамма - излучения при проведении экспериментальной деятельности в области радиационных исследований, как правило, осуществляется дистанционно с помощью системы датчиков, размещаемых в зоне радиоактивного облучения, которые требуют прокладки кабельных линий или извлечения после облучения через определенное время. Прокладка кабельных линий к детекторам требует временных и материальных затрат. В случае неопределенного места расположения источника радиоактивного облучения или его движения установка детекторов с кабельными линиями бывает принципиально невозможной. В этом случае, как правило, устанавливаются дозиметры в местах наиболее вероятного размещения источника радиоактивного загрязнения.
В подобных условиях наиболее целесообразно использование химических дозиметров, не требующих прокладки кабельных линий, когда имеется возможность в оперативном порядке менять место их расположения в зависимости от радиационной обстановки. Принцип их действия основан на изменении свойств, в т.ч. светопропускания (оптической плотности) дозиметрической жидкости на основе органических и неорганических веществ.
Уровень техники.
Аналог.
Так, широко известен способ определения поглощенной дозы гамма-излучения с помощью дозиметра Фрикке, где в качестве дозиметрической жидкости используется ферросульфатная система, представляющая собой (1-5)·10-3 М водный раствор сернокислого закисного железа в 0,4 М H2SO4, содержащий 10-3 моль/л NaCl и насыщенный воздухом [см. «Современная радиационная химия. Основные положения. Экспериментальная техника и методы» под ред. Пикаева А.К., М.: «Наука», 1985 г. - с.297.]. Под действием ионизирующего излучения на подобный раствор двухвалентное железо окисляется до трехвалентного, концентрация которого и служит мерой поглощенной дозы. Определение концентрации ионов Fe3+, образующихся при радиолизе ферросульфатной системы проводят различными методами: потенциометрическим, колориметрическим и прямым спектрофотометрическим в ультрафиолетовой области спектра с достаточной степенью точности (~ 2%). Однако, диапазон использования ферросульфатного дозиметра находится в диапазоне 0,004 - 0,04 Мрад (для ДФС-0,004/0,04), верхний предел которого ограничивается израсходованием кислорода, присутствующего в растворе. Кроме того, отсутствует стабильность оптической системы дозиметра, насыщенного воздухом, при стоянии вне облучения за счет самопроизвольного медленного окисления, что требует приготовления дозиметрической жидкости непосредственно перед облучением.
Прототип.
Наиболее близким к заявляемому способу техническим решением того же назначения и в качестве прототипа является по совокупности признаков способ, реализованный в рецептуре дозиметрической жидкости [см. Авт. свид. СССР №1500118, кл. G 01T 1/04]. Суть способа заключается в том, что поглощенную дозу облучения определяют по величине пропускания облученной дозиметрической жидкости от волнового числа из градуировочной кривой зависимости дозы облучения от пропускания (до 4 Мрад); или по величине пропускания при постоянном волновом числе из градуировочной кривой зависимости дозы облучения от волнового числа (до 1000 Мрад). В качестве дозиметрической жидкости используют дибутилфталат (ДБФ). Реализация этого способа позволяет с помощью одной дозиметрической жидкости осуществить измерение доз облучения в интервале малых и больших доз. Недостатком способа является наличие пост - радиационного эффекта в интервале облучения до 4 Мрад, что требует выдержки ампулы с ДБФ после облучения не менее 20 ч.
Определение поглощенной дозы излучения из градуировочной зависимости измерения относительной вязкости дозиметрической жидкости от дозы облучения на основе ДБФ и его смеси с эпоксидиановой смолой (ЭДС) показало отсутствие пост - радиационного эффекта, однако заявлена точность измерения ± 10% [см. Авт. свид. СССР №1575726, кл. G 01 T 1/02].
Технический результат изобретения.
Техническим результатом предлагаемого способа является повышение чувствительности и точности определения поглощенной дозы гамма-излучения в диапазоне 0,1 - 2,0 Мрад при отсутствии пост - радиационного эффекта и обеспечение стабильности показаний светопропускания дозиметрической в течение длительного времени.
Способ достижения технического результата.
Указанный результат достигается тем, что в предлагаемом способе определения поглощенной дозы гамма-излучения, заключающемся в измерении величины светопропускания дозиметрической жидкости от волнового числа и расчете поглощенной дозы гамма-излучения по установленной градуировочной зависимости величины светопропускания при постоянном волновом числе, в качестве дозиметрической жидкости используют двухфазную систему, состоящую из дихлорбензола (ДХБ) и элементарной серы (S) в соотношении компонентов, соответствующем насыщению S в растворителе, масс.%:
- дихлорбензол - 98,0 - 99,0%
- элементарная сера - 1,0 - 2,0%.
Сущность изобретения
Предлагаемый способ реализуется путем определения зависимости величины светопропускания облученной дозиметрической жидкости от волнового числа и по величине пропускания при постоянном волновом числе определяют дозу облучения в интервале 0,1 - 2,0 Мрад из градуировочного графика.
Сущность изобретения заключается в том, что для повышения чувствительности и точности определения поглощенной дозы гамма-излучения в качестве дозиметрической жидкости используется двухфазная система, состоящая из ДХБ и элементарной S в соотношении компонентов, соответствующем насыщению S в растворителе, мас.%:
- дихлорбензол - 98,0 - 99,0
- элементарная сера - 1,0 - 2,0.
Определение зависимостей светопропускания от поглощенной дозы гамма-излучения при фиксированном волновом числе было исследовано для образцов, состав которых приведен в таблице 1.
Таблица - 1. Состав анализируемых органических жидкостей в смеси с элементарной серой, подверженных облучению
| Содержание элементарной серы, мг/100 мл жидкости | |||||||
| Наименование жидкости |
0,0 | 0,02 | 0,4 | 0,8 | 1,2 | 1,6 | 2,0 (нас.) |
| Скипидар | + | ||||||
| Бензол | + | ||||||
| Дихлорбензол | + | + | + | + | + | + | + |
| Хлорбензол | + | ||||||
| Ксилол | + | ||||||
| Четыреххлористый углерод | + | ||||||
| Толуол | + | ||||||
| Дихлорэтан | + | + |
Оценка возможности применения указанных веществ в смеси с элементарной S в качестве дозиметрической жидкости проведена по следующим критериям:
- радиочувствительность в диапазоне 280 - 400 нм;
- отсутствие пост - радиационного эффекта и стабильность показаний светопропускания в течение длительного времени при отсутствии возможности проводить измерения непосредственно после облучения;
- отсутствие значимой летучести дозиметрической жидкости, снижающей светопропускание и искажающей, таким образом, результаты измерений.
Указанным критериям наиболее полно соответствует ДХБ, для которого были проведены исследования в различных массовых соотношениях с элементарной S, в результате чего была выбрана
двухфазная система, состоящая из ДХБ и элементарной S в соотношении
компонентов, соответствующем насыщению S в растворителе, мас.%:
- дихлорбензол - 98,0 - 99,0
- элементарная сера - 1,0 - 2,0.
При осуществлении предлагаемого способа получают градуировочные зависимости светопропускания от дозы облучения ДХБ+Sнас.. Для этого помещают ДХБ+Sнас. в стеклянные бюксы с притертыми крышками, которые затем должны быть облучены набором доз до 2 Мрад на гамма-облучательной установке. Для эксперимента применена облучательная установка «Исследователь», имеющая в своем составе 36 источников излучения 60Co. Поглощенная доза излучения в месте расположения бюксов с дозиметрическими жидкостями рассчитывается в соответствии с алгоритмом [см. В.Ф. Козлов «Справочник по радиационной безопасности» , М.: Атомиздат, 1977, с.186.]. После облучения ДХБ+Sнас. переливается из бюксов в измерительные кварцевые кюветы спектрофотометра, работающего в области видимого и ультрафиолетового света (СФ-26). Кюветы с ДХБ+Sнас. для измерения зависимости светопропускания от поглощенной дозы гамма-излучения при постоянном волновом числе (λ=390нм) помещают в измерительный канал спектрофотометра и осуществляют измерения относительно необлученного ДХБ+Sнас.. Результаты зависимости светопропускания ДХБ+Sнас и его логарифма от поглощенной дозы гамма-излучения приведены в таблице 2.
Таблица 2 - зависимости светопропускания ДХБ+Sнас и его логарифма от поглощенной дозы гамма-излучения
| Время экспозиции | Спуск-подъем | 30с | 1 мин | 5 мин | 10 мин | 20 мин | 30 с | 1 ч |
| Доза погл, Мрад | 0,005 | 0,0017 | 0,03 | 0,17 | 0,33 | 0,7 | 1 | 2 |
| Светопропускание Т,% | 96,7 | 93,7 | 88,0 | 73,3 | 63,0 | 42,0 | 28,5 | 8,5 |
| lgT | 1,98 | 1,97 | 1,94 | 1,88 | 1,8 | 1,62 | 1,45 | 0,93 |
На фиг.1 приведена графическая зависимость светопропускания ДХБ+Sнас. от . времени экспозиции в соответствии с расчетной поглощенной дозой гамма-излучения, на фиг.2 - градуировочный график зависимости светопропускания ДХБ+Sнас. от времени экспозиции (поглощенной дозы гамма-излучения) в полулогарифмическом масштабе.
Предлагаемый способ по сравнению с известными имеет следующие преимущества.
Облучение дозиметрической жидкости на основе ДХБ+Sнас. не имеет пост- радиационного эффекта во всем диапазоне поглощенной дозы гамма-излучения (0,1 - 2,0 Мрад), что подтверждено наблюдениями в течение более 1 месяца.
Погрешность измерений, рассчитанная по линейной зависимости, приведенной на градуировочном графике (фиг.2) не превышает 5% при доверительной вероятности 0,95.
Указанный способ целесообразно использовать при дозиметрии на объектах с затрудненным доступом к источнику излучения, на движущихся объектах, исключающих возможность прокладки кабельных линий.
Обоснование соответствия критерию охраноспособности «новизна».
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку в общедоступных источниках нет сведений о способе определения поглощенной дозы излучения с помощью химического дозиметра на основе двухфазной системы, включающей ДХБ+Sнас. в соотношении в соотношении
компонентов, соответствующем насыщению S в растворителе, мас.%:
- дихлорбензол - 98,0 - 99,0
- элементарная сера - 1,0 - 2,0.
Обоснование соответствия критерию охраноспособности «изобретательский уровень».
Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленное соотношение компонентов в качестве дозиметрической жидкости при определении поглощенной дозы гамма-излучения, приводит к повышению радиочувствительности органических веществ, стабильности показаний в течение длительного времени и снижению погрешности при проведении измерений.
Обоснование соответствия критерию охраноспособности «промышленная применимость».
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование, приспособления и материалы широко распространенной технологии изготовления химических дозиметров.
Результаты экспериментальной проверки реализации способа.
Предлагаемый способ реализован в лабораторных условиях. При проведении измерений по разработанному способу в качестве источника ионизирующего излучения использовался кобальт-60. Измерения проведены в интервале доз от 0,1 - 2,0 Мрад.
Обоснование технико-экономической эффективности изобретения.
Технико-экономическая эффективность предложенного способа заключается в повышении радиочувствительности органических веществ в смеси с элементарной серой, стабильности показаний в течение длительного времени и снижении погрешности при проведении измерений.
Способ определения поглощенной дозы гамма-излучения, заключающийся в измерении величины светопропускания дозиметрической жидкости от волнового числа и расчете поглощенной дозы гамма-излучения по установленной градуировочной зависимости величины светопропускания при постоянном волновом числе, отличающийся тем, что в качестве дозиметрической жидкости используют двухфазную систему, состоящую из дихлорбензола и элементарной серы в соотношении компонентов, соответствующем насыщению серы в растворителе, мас.%:
| Дихлорбензол | 98,0-99,0 |
| Элементарная сера | 1,0-2,0 |
