Устройство для контроля радиоактивности в потоке вещества

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) () !)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТО РС КО МУ С В ИДЕТ ЕЛ Ь СТВУ

1 (21) 2752885/25 (22) 16.04.79 (46) 07.11.91. Бюл. М 41 (72) Л.Н.Москвин, Г.Г.Леонтьев и С.Н.Некрестьянов (53) 53.084.89(088.8) (56) Патент ФРГ N 2536897, кл. 6.01 Т 1/16, опублик, 1976.

Патент ФРГ М 2037796, кл. 6 01 Т 1/16; опублик. 1973.

Патент ФРГ )ч . 2352376, кл. G 01 Т 1/16, опублик. 1975, (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

РАДИОАКТИВНОСТИ В ПОТОКЕ ВЕЩЕСТ-.

ВА, содержащее проточный канал, внутри которого размещена. фильтрующая и/или

Изобретение относится к области измерения ядерных излучений, точнее к устройствам для непрерывного анализа низких концентраций радиоактивных веществ s жидкостях или газах с помощьюР или у;датчиков и может быть использовано при контроле радиоактивных примесей в при одних средах, в водных сбросах и газовых выбросах атомных эЛектростанций и других объектов ядерной энергетики, осуществляемом с. целью охраны окружающей среды or радиоактивных загрязнений.

Для непрерывного контроля содержания радионуклидов используют обычно ripoточные измерительные камеры соответствующих размеров, в которые помещаются Р или у -чувствительные датчики, непреры вно регистрирующие интенсивность излучения, пропорцирнальную концентрации радионуклидов в потоке анализируемого вещества.

Подобные системы не обладают необходимой чувствительностью по ряду важных адсорбирующая среда, детектор, регистрирующий излучение, испускаемое этой средой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля и расширения области использования, канал выполнен так; что плоскость поперечного его сечения проходит через эффективный центр чувствительного обьема детектора, причем параметры и расстояние сечения до этого центра постоянны, а вход и/или выход канала соединен с дозирующим устройством.

2. Устройство по и, 1, о т л и ч à ю щ е ес я тем, что канал выполнен в виде разомкнутого кольца, установленного коаксиально с детектором. радиотоксичных нуклидов, например, йоду—

131, громоздки. В последние годы в мире наблюдается тенденция к снижению уровней предельно-допустимых концентраций радиоактивных веществ в выбросах ядерных установок, Необходимая чувствительность. анализа может быть достигнута использованием методов индивидуального радиохимического выделения нуклидов и последующего измерения их активности с помощью известных детектирующих устройств. Однако, такие методы не обеспечивают непрерывного контроля и требуют больших лабораторных затрат..

В литературе описаны способы и устройства, использующие выделение радио нуклидов на селективных фильтрующих или адсорбирующих материалах, излучение которых регистрируется детектором.

Ближайшим к изобретению является устройство для непрерывного контроля .низких концентраций радиоактивных веществ в текущих жидкостях с помощьюф или у-чув-.

795197 ствительных детекторов работа которого включает извлечение радиоактивных веществ из жидкости с помощью фильтрующих и/или адсорбирующих материалов, расположенных выше по течению от детектора и — или вблизи от него, и определении изменения уровня излучения, испускаемого этой средой с течением времени. Устройство для контроля концентрации радиоактивных веществ в потоке жидкости содержит проточный канал, через который течет часть контролируемого потока, с размещенными в нем различными, установленными последовательно по ходу движения жидкости, фильтрующими и/или адсорбирующими материалами, детектор, расположенный ниже по.течению от этой области, который регистрирует излучение от всей области или от ее-части.

15

В указанном устройстве для его осуще- 20 ствления не учитывается перераспределе-. ние радиоактивных веществ, извлекаемых из анализируемой жидкости в процессе концентрирования, по объему фильтрующей и/или адсорбирующей среды, что снижает -25 точность анализа. Это обусловлено следующими причинами. При низких уровнях концентрации радиоактивного вещества в жидкости необходимо осуществлять концентрирование из больших объемоа пробы 30 (порядка десятков литров}, что.требует, соответственно, увеличения объема фильтрующих и-.или адсорбирующих материалов. В ходе концентрирования радиоактивное вещество, извлекаемое из жидкости, размыка- 35 ется в объеме среды по ходу движения раствора, что приводит к изменению конфигурации источника и геометрии измерения.

Причем скорости и величина размытия для отдельных нуклидов различны и зависят от 40 ряда неконтролируемых переменных факторов: химических форм существования нуклидов, количества и состава примесей в анализируемой жидкости, режима фильтрации, физико-химических характеристик сре- 45 ды и т.д. С другой стороны, для обеспечения максимальной чувствительности. необходимо располагать среду, на которой выделяются контролируемые нуклиды, предельно .близко к детектору. В таких условиях изме- 50 нение конфигурации источника в ходе изме. рения существенно влияет на эффективность регистрации его излучения детектором и, как следствие - на точность контроля, 55

Кроме того, сбросные и природные воды содержат, как правило, значительные ко.личества растворенных и взвешенных механических примесей, которые выделяются в процессе концентрирования на лобовом слое фильтра. Это ведет к тому, что гидродинамическое сопротивление измерительного канала произвольно меняется в процессе контроля. Как следствие, изменяется и расход жидкости через фильтрующую и/или адсорбирующую среду и скорость накопления радионуклидов. Укаэанное обстоятельство также снижает точность Контроля с использованием известного устройства и сужает область его применения.

Целью изобретения является повышение точности контроля и расширение области использования.

Цель достигается тем, что в устройстве для контроля концентраций радионуклидов в потоке анализируемого вещества, содержащем проточный канал, внутри которого размещена фильтрующая и/или адсорбирующая среда, детектор, регистрирующий излучение испускаемое этой средой, канал, заполненный средой .выделяющей контролируемые радионуклиды, выполнен так, что плоскость поперечного его сечения проходит через эффективный центр чувствительного объема детектора, причем параметры и расстояние сечения до этого центра постоянны, а вход и/или выход канала соединен с. дозирующим устройством, Канал может быть выполнен в виде разомкнутого кольца, установленного коаксиально с детектором.

На фиг; 1 показан общий вид одного из вариантов предлагаемоГо устройства; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1; на фиг. 3— схема распределения радионуклидов на слоях сорбента в момент времени t. после начала концентрирования; на фиг. 4 — схема распределения радионуклидов по слоям сорбента в момент времени tz, после начала концентрирования.

Устройство, показанное на фиг. 1 и 2, рассчитано на использованиефильтрующей и/или адсорбирующей среды, выполненной в виде слоев различной селективности, расположенных последовательно по ходу движения анализируемой среды.

Тип сорбентов, число и толщина слоев могут быть выбраны произвольно в зависимости от вида анализа и объема контролируемых изотопов.

Внутри разомкнутой кольцевой камеры

1, изготовленной из малосорбирующего материала, например, фторопласта и заполненной слоями сорбента 2,3,4, коаксиально расположен детектор гамма-излучения 5. В радиальных плоскостях кольцевой полости камеры 1 установлены герметичная перегородка 6 и перфорированные перемычки

7,8,9,10, которые формируют слои сорбента и объем входной и выходной камер 11,12.

Подача пробы и отвод фильтрата осуществ795197 ляется через штуцеры 13,14. При анализе жидких. сред целесообразна подача раствора через штуцер 13., что облегчает удаление воздуха из камеры и обеспечивает прохождение жидкости по всему объему сорбента. 5

При анализе газовых и парообразных сред предпочтительна подача сверху через штуцер 14, что позволяет удалять из камеры входе или вакуума на выходе, соответственно, выходной или входной штуцер могут выполнять функции дозирующего устройства-.дросселя. Проходное сечение 15 штуцера устанавливается существенно меньше сечения проточного канала так, чтобы гйдро- или аэродинамическое сопротивление дросселя было больше сопротивления сорбента в течение всего периода концентриро20 вания. Это обеспечивает. равномерность прохождения анализируемой среды по объему сорбента. При анализе жидких сред с высоким содержанием нерастворимых примесей целесообразно подавать пробу под 25 давлением, которое изменяется пропорционально изменению гидродинамического сопротивления сорбента, например, с помощью перистал ьтического дозатора.

Камера 1 и детектор 5 помещены в свинцовую защиту 15. Устройство, показанное на фиг. 1 и 2, работает следующим образом.

Анализируемая среда поступает через шгуцер 13 во входную камеру 11; фильтруется последовательно через слои сорбента 2.3,4 35 и удаляется через выходную камеру 12 и штуцер 14. Радионуклиды выделяются на соответствующих слоях сорбента, излучение из которых регистрируется детектором

5. -Схема распределения нуклидов по сор- 40 бенту в момент времени tt после начала концентрирования показана на фиг, 3. Глубина распределения h (t1), hz(tl), ha(tl) зависит от характеристик радионуклидов и типа сорбентов. ПлосКость произвольно выбранного сечения среды .17, проходит через эффек-. тивный центр чувствительного объема детектора "0". Размеры сечения 16 и его расстояние r от центра "О" постоянны на всем протяжении канала. 8 этих условиях 50 характер распределения нуклидов по сечению 16, представляющему собой плоский источник, для любого участка канала неизменный. Таким образом, с точки зрения эфконденсат. В зависимости от способа прокачивания анализируемой среды через ка- 10 меру: создания избыточного давления на фективности регистрации излучения детектором безразлично, на каком участке канала . расположен этот источник, сумма rp которых образует объемный источник hi(t). Отсю- да можно записать

Nn t Nhit

3y An t y Ahi t где е — эффективность регистрации излучения детектором, доли един.;

Nn(t), INni(t) — скорость счета соответственно от плоского и 1-го объемного источника, имп/с;

Ап(т),Anl(t) — активность соответственно плоского и 1-ro объемного источника, расп/с;

ky — постоянная для данного радионуклида, характеризующая выход гамма квантов на распад, доли един.

Распределение нуклидов в камере для момента t2 = ti+ ht показано на фиг. 4.

Эффективность регистрации участков М(тг), hz(tz), hg(tz) сохраняется прежней.

Таким образом, предложенное устройство для контроля радиоактивности в потоке вещества в принципе исключает наличие ошибки измерения, связанной с перераспределением нуклидов йо объему сорбентов в процессе длительного концентрирования.

При анализе радионуклидов йода в гаэовых выбросах АЭС соотношение проходных сечений штуцера-дросселя и канала, заполненного сорбентом, < 0,01 обеспечивало равномерное прохождение воздуха через объем сорбента при расходе > 10 л/мин. Использование устройства, включающего перистальтический дозатор, при анализе радиоактивных примесей в водных сбросах АЭС показало, что расход пробы через сорбенты сохранялся неизменным с точностью д< 1 при изменении гидродинамического сопротивления канала от 0,1 до

0,9 кг/см . Введение дозатора существенно упрощает электронную схему устройства, так как исключает необходимость блока.регистрации расхода пробы и введения соответствующих поправок в измерительный тракт; расширяет сферу применения устройства, так как обеспечивает оптимальный, с точки зрения выделения радионуклидов, режим пропускания анализируемого раствора независимо от степени его загрязненности, скорости протекания и напора в сбросном канале; повышает точность контроля.

795.1 97

Редактор О.Юркова

Заказ 4636 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 А}

Составитель H.Ïîçäíÿêîâà

Техред М.Моргентал Корректор И,Муска