Устройство для разделительного определения содержания бега- излучающих нуклидов в смеси с известным изотопным составом
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОП ИСА ИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ п>743385
К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (51)М. Кл.з
G 01 N 23/00 (22) Заявлено 1811.77 (21)2546 471/18-25 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий
Опубликовано 30.1181.6þëëåòåíü 1 19 44
Дата опубликования описания 30.1181 (53) УДК 53. 084.89 (088. 8) A В. Бачурин, В. A. Казанская, В. В. Матвеев, В. П. Нестеров, А. Д. Соколов и Ю. П. Федоровский (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ
БЕТА-ИЗЛУЧАЮЩИХ НУКЛИДОВ В СМЕСИ С ИЗВЕСТНЫМ
ИЗОТОПН61М СОСТАВОМ
Изобоетение относится к области радиометрии малых удельных и объемных активностей бета-излучающих нуклидов в жидких, газообразных и сыпучих средах, а именно — к устройствам для раздельного определения содержания бета-излучающих нуклидов в смеси с известным изотопным составом.
Известно устройство для определения содержания урана, радия и тория
lв радиоактивным рудах 11).
Раздельное определение нуклидов в устройстве осуществляется путем измерения группой параллельно включенных стеклянных гейгеровских счетчиков гамма-излучения с дискриминацией по энергиям с использованием фильтра из свинца, и бета-излучения с дискриминацией по энергиям с ис-.
20 пользованием фильтра иа алюминия и последующей математической обработкой результатов измерения.
Это устройство обладает малой
25 пороговой чувствительностью, а также не позволяет проводить определение более двух бета-излучающих нуклидов в смеси.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому явля- З0 ется устройство для раздельного определения бета-излучающих нуклидов в смеси с известным изотопным составом в жидких, газообразных и сыпучих средах, включающее два или более блоков детектирования, закрытых поглощающими экранами и измерительное устройство, вход которого соединен с выходом каждого блока детектирования 12).
Известное устройство включает несколько блоков детектирования на основе газоразрядных счетчиков, закрытых фильтрами иэ алюминия различной толщины, соединенных с измерительным устройством для раздельного измерения скорости счета импульсов от каждого блока детектирования.
В известном устройстве число блоков детектирования равно числу определяемых парциальных концентраций газов в смеси. Зная чувствительность каждого блока детектирования, закрытого фильтром из алюминия, при измерении каждой компоненты смеси, и измерив скорость счета импульсов при измерении объемной активности смеси, можно составить .систему уравнений и расчитать парциапьные значения газов в смеси.
743385
Данное устройство может быть применено также при радиометрии жидких и твердых тел.
Основным недостатком известного устройства является низкая избира,тельная способность из-за большой статистической погрешности количественного определения нуклидов в смеси, особенно для нуклидов с близким значением максимальной энергии бета-спектров.
Так, при количественном определении нуклидов в двухкомпонентной: смеси OS г + Р— чувствительность блока де2 тектирования с поглотителем к ® г + шоу; Р— чувствительность блока детектирования с поглотите144се + 744 P г, N — скорость счета импульсов от смеси для блока детектирования без поглотителя, и — скорость счета импульсов от смеси для блока детектирования- с поглотителем, объемная активность нуклида 1 9О5г + шоу, объемная активность нуклида "44 Се + t44P г, Погрешность определителя, определяющая предел погрешности разделения нуклицов, составила величину Д = +50Ъ при погрешности определения чувствительности + 10Ъ. Другим существенным недостатком известного устройства является низкая пороговая чувствительность. Так, при количественном определении содержания нуклидов в двухкомпонентной смеси oSг +»V и H4Ce + + "44Р г в водном растворе пороговая чувствительность, определяемая для времени 1000 с с погрешностью б = 50Ъ составляет величину 9„„ „ = 1 10 Ки/JI, что существенно выше средне-годовых допустимых концентраций (СДК) для нуклида 9osr + Y в водах открытых водоемов (4 10 "о Ки/л). Низкая пороговая чувствительность известного устройства исключает возможность его применения для контроля объектов внешней среды. цель изобретения — повышение изби рательной способности и пороговой чувстнительности при раздельном оп ределении содержания бета-излучающих нуклидов в смеси с известным изотопным составом в жидких, газообразных и сыпучих средах. Цель достигается тем, что в устройстве, включающем два и более блоков детектирования, закрытых поглощающими экранами, выходы которых соединены с входами измерительного устройства, блоки детектирования выполнены на основе сцинтилляционных детекторов с разнитой поверхностью с чувствительными элементами н форме . световодов полного внутреннего отражения, имеющими различные толщины 15 сцинтилляционных слоев в соотношении не менее, чем 1:5 и с поглощающими экранами, выполненными из материалов, содержащих элемент с высоким атомным номером и плотностью, преимущественно содержащих свинец, кадмий, цезий. Чувствительные элементы развитой поверхностью объединены в группы, различающиеся между собой по пара.метру сцинтилляционного слоя (толщина материала и т.д.) или материалами поглотителей, каждая из которых оптически соединена со своим фотоприемником. Измерительное устройство содержит канал разделения сигнала по форме импульса или амплитуде. Использование в качестве поглотителей материалов с высоким атомным номером и плотностью в сочетании с. различными толщинами чувствительных слоев дает возможность резко снизить статистическую погрешность определителя, составленного из коэффициентов при неизвестных системы уравнения (1), а использование детектора с развитой поверхностью — погрешность опреде4р ления концентраций нуклидов в смеси. Объединение в одном детекторе групп чувствительных элементов, различающихся по параметру сцинтилляционного слоя и материалом поглотителей позвоJ 45 ляет увеличить число определяемых нуклидов в смеси без увеличения погрешности. Так, при использовании только одних поглотителей из Cd толщиной о,5 мм и снетоводов с одинаковой толщиной чувствительного слоя (0,5 мм ) для детектора с чунствительной поверхностью, 1800 см при разделении нуклидон в днухкомпонентной смеси 905r + чту и . <4 М1И 1000 сспогрешностью,,не превышающей Д = + 20Ъ. Аналогичные резуль-таты были получены при использовании поглоти телей, содержащих свинец gp и цезий. Соотношение толщин чувствительных слоев выбирается из условия обеспечения минимально-возможной относительной статистической погрешности 5 раздельного определения содержания 743385 где P =7, 3 10 " К 4 — чу в ст ви тель ность детектора с "лоем 0,02 мм к нуклиду 9OSг+ 9оУ; 40 †чувствительнос детектора с слоем 0,02 мм к нуклиду Р =2,7 10 ИЫП А с.КИ 60 радионуклидов в смеси с известным процентным составом. Проведенные экспериментальные и расчетные исследования показали, что, начиная от соотношения чувствительных слоев К = 1/5 и выше отмечается значительно более резкое увеличение относительной статистической погрешно .сти d (фиг. 3). Очевидно, что с целью обеспечения минимально возможной относительной статистической погрешности раздельного определения содержания радионуклидов в смеси целесообразно выбирать соотношение толщин чувствительных слоев не более чем 1/5. Исследования были проведены для смеси радионуклидов 9< Sr + 9 Y 15 Обйц + 1обй, т.е. для наиболее неблагоприятного случая (близкие значения максимальных энергий бетаспектров). Относительная статистическая погрешность о определялась для пяти значений величины К (1/2,5 ; 1/3, 1/4; 1/5 и 1/10). В качестве примера можно привести определение относительной статистической погрешности Д для значения К = 1/2,5. 1. Выбираем толщины чувствительных слоев поверхностно-активированных детекторов из поликарбоната 0,02 и 0,05 мм. 30 2. Определяем чувствительности детекторов при измерении объемной активности водных растворов радионуклидов 9oY + 90S и 106 К,„+ 106 > 106 Ru + «6 Rh, 7 ИМПh Р =1, 3. 10 — — чувствительность 45 детектора с слоем С.Ки О, 05 мм к нуклиду 9oS + 9o У, имп-и Р =4 10 10 — — чувствительность с с.Ки ф детектора с слоем О, 05 мм к нуклиду G6 Ru+ 1o6Rh 3. Вычисляем относительную среднюю квадратичную погрешность по формуле g 55 1 4 2 3 де 5 .= 0,1Р Р1 1 На фи r. 1 показ ана конструкция предлагаемого детектора, на фиг. 2 функциональная схема устройства, на фиг. 3 — график для определения соотношения толщин чувствительных слоев. На фиг. 1 приведена конструкция детектора с развитой поверхностью с пластинами-световодами полного внутреннего отражения из поверхностно-активированного полистирола с. толщиной чувствительного слоя,0,5 мм без поглотителей 1 и с поглотителями 2 и поверхностно-активированного полиметилметакрилата с чувствительным слоем из сцинтилляционного поликарбоната толщиной 0,1 мм без поглотителя 3 и с поглотителями 4. Пластины разделены друг от друга прокладками из полиметилметакрилата 5, а вся сборка вклеена в корпус б. Оптическая связь детектора с фотоэлектронными умножителями 7 осуществляется через торцы пластин-световодов., Каждая из четырех групп пластин-световодов попарно оптически соединена с одним ФЭУ. Экранировка групп от другого ФЭУ осуществляется с помощью непрозрачных полимерных прокладок 8. Таким образом, на каждый ФЭУ поступают сцинтилляционные вспышки от двух групп пластин-световодов, отличающихся толщиной сцинтилляционного слоя и, следовательно, амплитудой вспышки. Функциональная схема устройства включает два блока 1 детектирования, линейные усилители 2, схемы 3 разделения сигнала на амплитуде и регистратор 4. Блоки детектирования отличаются только материалами поглотителей. Устройство позволяет проводить определение содержания от 1 до 4 нуклидов в смеси для каждого блока детектирования. С использованием одного блока детектирования были проведены раздельные определения содержания нуклидов 9о + 9о Y 1з7 С5 144се И4Р 1об R + 106 R h — в смеси с суммарной ю объемной активностью q = 4 ° 10 Ки/л за время 1000 с. Результаты сопоставления показали большую избирательную способность и большую пороговую чувствительность предлагаемого устройства. Использование предлагаемого устройства имеет следующие преимущества: значительно увеличивается избирательность (не менее чем в 3 раза); существенно повышается пороговая чувствительность (не менее чем в 10 раз). Применение предлагаемого устройства позволит увеличить экспрессность ., контроля объектов внешней среды (что особенно важно в аварийных ситуациях) не менее чем в 10 раз. Предлагаемое устройство может также эффективно использоваться при проведении технологического контроля ядерно-энергетических установок на АЭС . 743385 Формула изобретения 1. Устройство для раздельного определения содержания бета-излучающих нуклидов в смеси с известным изотопным составом в жидких, газообразных и,учих,редах, вкл10ч,,щее два и 5 более блоков детектирования, закрытых поглощающими экранами, и измерительное устройство, вход которого соединен с выходом каждого блока детектирования, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения избирательной способности и пороговой чувствительности, блоки детектирования выполнены на основе сцинтилляционных детекторов с развитой поверхностью 15 с чувствительными элементами в форме световодов полного внутреннего отражения, имеющими различные толщины сцинтилляционных,слоев в соотношении не менее чем 1:5 с поглощающими эк- ро ранами, выполненными из материалов, содержащих элемент с высоким атомным номером и плотностью, преимущественно содержащих свинец, кадмий, цезий. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что чувствительные элементы объединены в группы, различающиеся между собой по параметру сцинтилляционного слоя, например по толщине материала, или материалами поглотителей, каждая из которых оптически соединена с соответствующим фотоприемником, а измерительное устройство содержит канал разделения сигнала по форме импульса или амплитуде. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Гольбек Г. P. и др. Доклады, представленные СССР на Международную конференцию по мирному использованию атомной энергии. N. 1955, с. 411-412. 2. Баранов В. Ф. и др. Вопросы дозиметрии и защиты от излучений, Госатомиздат, N., 1963, с. 31-35 (прототиП). 7.43365 ho Составитель Г. Кулаков Редактор Л. Письман Техред 3.фанта Корректор g; Рощко .Заказ 10623/1 Тираж 910 Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал IIIIII "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
