Способ градуировки гамма-стектрометров и радиометров

 

Использование: радиационный контроль местности, определение поверхностной плотности радионуклидов в присутствии урана, тория и калия. Сущность изобретения: производят определение чувствительности к некоему радионуклиду установкой плоской, изотермической в плане кюветы площадью не менее 1 м2, заполнением кюветы раствором калиброванного количества радионуклида, размещением над центральной частью детектора градуируемого спектрометра и измерением скорости счета гамма-квантов в области энергий га мма-излучения радионуклида при наличии и отсутствии свинцового экрана между детектором и поверхностью радионуклида. 2 ил. (Л С том числе способы радиометрического опробования с применением свинцовых экранов . В результате Чернобыльской аварии обширные территории страны претерпели интенсивное заражение искусственными долгоживущими радионуклидами, представляющими угрозу жизни и здоровью населения . Но это заражение носит не объемный, а поверхностный характер. Основным его отличием является отсутствие самбпоглощения гамма-квантов в тонком слое излучающей среды (в образце). Для количественного излучения нового типа раvj о со Јь О А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К .АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4912442/25 (22) 09.01.91 (46) 07.02.93, Бюл. N 5 (71) Научно-производственное объединение

"Рудгеофизика" (72) С.А.Архангельский, А,Г,Ветров, И.А,Лучин и В.А. Ца рицы н (56) 1. Методическое руководство по пешеходной, автомобильной и скважинной гамма-спектральным съемкам / Под научной редакцией А.Г.Ветрова, M., Мингео СССР, 1975, 2. Loborg L, The calibration of portable

and airborne gamma ray spectrometers.

Theory problems, facilities — Ris Report. M., 2456, 1984, р, 207.

3., Граммаков А.Г. и др. Руководство по гамма-опробованию радиоактивных руд в естественном залегании. M,: Атомиздат, 1959, 4. Горшков Г,В.Гамма-излучение тел и элементы расчета защиты излучений, Иэд,АН СССР 1959, 5. Константинов С. и др. Методы определения содержания цезия-137 в почве с использованием прибора СЕР— 01П, 1986.

Изобретение относится к ядерной физике, в частности к способам градуировки гамма-спектрометрической аппаратуры и может быть использовано для определения цещественного состава обьектов измерений без их разрушения.

Известны способы градуировки гаммаспектрометров и радиометров для количественного определения природных искусственных радионуклидов, равномерно распределенных в объеме горных пород(образцов) основанные на йрименэнии насыщенных nb гамма-излучению (объемных) градуировочных стандартных образцов, в

„„ Ы„„17934О3 Al (я)5 G 01 V 5/06, G 01 Т 1/167 (54) СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ГАММАСПЕКТРОМЕТРОВ И РАДИОМЕТРОВ (57) Использование . радиационный контроль местности, определение поверхностной плотности радионуклидов в присутствии урана, тория и калия, Сущность изобретения: производят определение чувствительности к некоему радионуклиду установкой плоской, изотермической в плане кюветы площадью не менее 1 м, заполнением кюветы раствором калиброванного количества радионуклида, размещением над центральной частью детектора градуируемого спектрометра и измерением скорости счета гамма-квантов в области энергий гам. ма-излучения радионуклида при наличии и отсутствии свинцового экрана между детек- ф тором и поверхностью радионуклида. 2 ил.

6д том числе способы радиометрического on- ф, робования с применением свинцовых экранов.

/, ()

В результате Чернобыльской аварии обширные территории страны претерпели интенсивное заражение искусственными долгоживущими радионуклидами, представляющими угрозу жизни и здоровью населения. Но это заражение носит не объемный; а поверхностный характер. Основным его отличием является отсутствие самопоглощения гамма-квантов в тонком слое излучающей среды (в образце). Для количественного излучения нового типа ра1793403 диоактивных загрязнейий с принципиально иным пространственным распределением радионуклидов широко известные ныне приемы градуировки аппаратуры оказались непригодными. Согласно существующим теоретическим и экспериментальным представлениям для количественных измерений интенсивности гамма-излучения тонких

"безграничных" по размерам объектов должны применяться плоские градуировочные образцы изометрической формы не мене 20 м в поперечнике. Такие образцы в настоящее время не созданы, Наиболее близким к заявляемому спо-. собу является способ, градуировки гаммаспектрометров и радиометров для определения содер>кания цезия-137 в почве (51, Способ основан на предварительном выборе природного радиоактивного полигона, его пл6щадном опробовании и определении в лабораторных условиях искомого радиойуклида; вычислении по полученным данным средней по участку поверхностной плотности радионуклида и ее ошибки и использовании этих данных для градуировки гамма-спектрометров (радиометров), Основным недостатком применяемого способа является то, что при его использовании отсутствует возможность выбора необходимых градуировочных параметров, обеспечивающих весь заданный динамический диапазон измерений. Это приводит к снижению точности измерений. Кроме того, существенными недостатками способа-прототипа являются его трудоемкость, высокая стоимость и низкая оперативность.

Целью изобретения является повышение точности измерения, снижение затрат, повышение производительности и оперативности измерений.

Цель достигается тем, что определение чувствительности производят установкой плоской горизонтально расположенной кюветы площадью не менее 1 м и толщиной

1-2 см, заполненной раствором калиброванного количества радионуклида А0, размещением над центральной частью кюветы детектора градуируемого гамма-спектрометра (радиометра) на высоте h< от поверхности раствора, размещением между поверхностью раствора и детектором свинцового экрана толщиной 3-5 см и площадью

S3 на расстоянии h> от плоскости детектора и измерением скоростей счета гамма-квантов при наличии экрана между раствором и детектором (N>) и"при отсутствии экрана (К >) при соблюдении условия

S3 « . 0,8 /Е $0.

1Г

На фиг, 1 показана схема градуировки; на фиг. 2 — градуировочный график.

Как показано на фиг. 1, схема градуировки гамма-спектрометров (радиометров) содержит плоскую горизонтально расположенную кювету 1 площадью Я,> (около 1 м ) и высотой бортов не мене 3 см, заполненную раствором 2 калиброванного количества радионуклида А0, Над центром кюветы

"0 размещен свинцовый экран 3 толщиной 3-5 см и площадью S>. Над экраном размещен градуируеМый прибор 4 на высоте hq от поверхности раствбра и на высоте h> от поверхности экрана;

15 B предложенном способе градуировки проводят следующие операции.

1, Измеряют первую скорость счета при наличии экрана 3

И.= а Ы,+N +N, 20 где NT — гамма-излучение раствора радионуклида, ограниченное "тенью" экрана; Na — боковое гамма-излучение; Мф — фоновое гамма-излучение; а — коэффициент ослабления гамма-излучения в свинцовом экране. . 2. Измеряют вторую скорость счета при удаленном экране, но при сохранении всех других геометрических параметров фиг, 1:

No = Ит + ИБ + Мф.

3. Вычисляют основной (разностный)

30 параметр

ЛЙ = М, — N> = (1 — а ), N>.

При сохранении выбранной геометрии измерений этот параметр нормирован на постоянную площадь "тени" экрана, т.е. полностью отражает сущность измеряемой поверхностной плотности радионуклида.

4. Чувствительность спектрометра (радиометра), измеряемую в единицах, обратных единицам поверхностной плотности

40 радионуклида (импlмин, м /мкКи), опреде2 ляют по формуле

Я Л

po = — (No Щ=

Ао о

Ао

45 где 1> = — — поверхностная плотность paSo дионуклида в градуировочной кювете в мкКи/м, Для обеспечения градуировочными данными всего диапазона измеряемых величин проводят аналогичные измерения скоростей счета при других калиброванных количествах радионуклида в растворе А1, Аг и т.д. (при других выбранных поверхностных плотностях радионуклида 1, Iz и т,д.) и строят градуировочный график зависимости разности Л N от поверхностной плотности радионуклида Ip, 11, iz и т.д, (см.фиг, 2).

Определение неизвестной поверхностной плотности радионуклида 4 на участке работ проводят на основе аналогичных пар1793403 ных измерений скоростей счета с экраном и без него.

4 Nx = ох — Nýx и по градуировочному графику судят о величине поверхностной плотности 4. Но в общем случае определения поверхностной плотности радионуклида, особенно средней и низкой радиоактивности, разность Л Nx измеряется в условиях перемейного мешающего гамма-излучения природных урана, тория и калия, т.е.;

A Nx = Pp Ix + BpKx+ t3pUx+ CpThx, (1) где Ix — определяемая плотность искусственного радионуклида; Кх, 0х и Thx — концентрации калия, урана и тория; po, ao,,Ьо и co — чувствительности гамма-спектрометра в выбранном интервале энергий к определяЕмому искусственному радионуклиду и соответствующим природным радиоэлементам. Поэтомч вслед за определением чувствительноСти pp проводят аналогичные парные измерения с экраном и беэ экрана на объемных (насыщенных) стандартных образцах урана, тория и калия в принятой на фиг,1 геометрии и по полученным данным определяют чувствительности

ЛИ1(ANu h N p ао K I О U Iсо Г °

Здесь ЛИ,, Л N и AND> — измеренные разности скоростей счета; Ко, Оо и Tho— концентрация калия, урана и тория в соответствующих объемных стандартных образцах. Одновременно проводят градуировку гамма-спектрометра в "классических" интервалах энергий в областях фотопиков калия-40 (1,46 МэВ), урана (1,765 МэВ) и тория (2,620 МэВ) для определения концентраций природных радиоэлементов по известной методике трехканальной гамма-спектрометрии (1). Поверхностную плотность искусственного радионуклида в общем случае определяют по трансформированной формуле (1)

lx = — (Л Nx — (аоКх+ boUx+ cpThx)). (2)

Ро

Пример. В пределаходногоизсельскохозяйственных районов Ленинградской области авторам был известен аномальный участок размером 1х1 км, получивший условное название "Ломаха", в пределах которого отмечались высокие и переменные значения радиоактивности от 50-70 до 700 мкр/ч. Измеренные здесь методом трехканальной гамма-спектрометрии концентрации природных калия, урана и тория колебались в пределах нормальных фоновых значений и не могли обьяснить аномальную радиоактивность.

Предполагалось, что аномалия связана с выпадением искусственных радионуклидов в результате Чернобыльского взрыва. С помощью установки, включающей серийный гамма-спектрометр РКП-305М и анализа5 тор импульсов AN-1024 с монокристаллом иодистого натрия размербм 80х80 мм (энергетическое разрешение около 10%) было установлено, что радиоактивное заражение вызвано цезием — 137, 10 Градуировка по цезию — 137 осуществлялась с помощью горизонтально установленной металлической (эмалированной) кюветы размером 1х1 м и высотой бортов 3 см. Кювета последовательно заполнялась двадца15 тилитрсвыми порциями растворов хлористого цезия-137 с активностями 1,7, 5,3 и 9,5 мкКи соответственно. Поскольку площадь кюветы составляла 1 м, поверхно2 стная плотность цезия также составляла 1,7, 20 5,3 и 9,5 мкКи/м, В цечтре кюветы на высо2 те 2 см от поверхности раствора жестко укреплялся свинцовый экран со стороной квадрата 20 см и толщиной 5 см. По центру экрана на высоте 3 см от его верхней пло25 скости также жестко укреплялся детектор

РКП-305М. При зайолнении кюветы первым раствором цезия снимался полный гаммаспектр градуировочной установки в интервале 0,5 — 3,0 МэВ, по которому в интервале

30 энергий 0,55-0,75 МэВ вычислялась скорость счета гамма-квантов

Кэ1 = 306 имп/мин

Без изменения взаимного расположения кюветы и детектора удалялся свинцо35 вый экран и снимался новый гамма-спектр, по которому вычислялась скорость счета s том же интервале энергий No> = 2802 имп/мин и вычислялись разность AN1 =

=2495 и первое значение чувствительности

40 гамма-спектрометра к цезию-137

Pl

No) — э1 2495

= 1468 имп м мин мк Ки

45 После замены первого раствора цезия на

sTopoA вновь повторялись все перечисленные выше операции и определялось вторОе значение разности ЛИ2 = 7737 и чувствительности

50 No> — Ný) 7737

Р2

1460 имп м мин мк Ки, Аналогичным образом после замены второго раствора на третий определились ЛМз = 14145 и

Р3

1Чоз — Na 14145

= 1489 имп м мин мк Ки, 1793403

Яэ < 0,8 — $о. пэ

hö

Фактические данные градуировки гаммаспектрометра, по которым построен график фиг.2, представлены в табл.1.

Поскольку различия полученных чувствительностей оказались незначительными, в качестве рабочей была принята средняя чувствительность г

+ + импм

-К. В .ЮДалее измерительная установка последовательно устанавливалась йа поверхность объемных Государственных стандартных образцов концентраций калия, урана и тория и при соблюдении принятой геометрии фиг.1 снимались полные гамма-спектры с экраном и без экрана. По полученным гамма-спектрам в интервалах 0,55 — 0,75; 1,30—

1,60; 1,60 — 1,90 и 2,40 — 2,80 МЭВ определялись чувствительности гаммаспектрометра к калию, урану и торию

ap = 7,75 Ьо = 52,6 со = 21,2 . а1=9 61 b> =11,8 с1 357 аг = 0,0 b2 = 10.3 сг = 3,83 аз=0,0 Ьз=0,01 сз=3,52

При этом чувствительности ао, Ьо и ср включались в формулу (2), а чувствительности а1, аг, ..., сз использовались для количественных определений калия, урана и тория по известной методике (11, Полевые измерения поверхностной плотности цезия включали снятие на каждой точке двух полных спектров (с экраном и без него), вычисление по ним скоростей счета Npx и М» и искомых значений по формуле

Формула изобретения

Способ градуировки гамма-спектрометров и радиометров для определения поверхностной плотности гамма-активности . радионуклидов в поверхностных отложениях, почвах в присутствии урана, тория и калия, включающий определение чувствительности прибора к искомому радионуклиду, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, снижения затрат, повышения производительности Й оперативности измерений, определение чувствительности производят установкой плоской горизонтально распо ложенной кюветы площадью не менее 1 м г и толщиной 1 — 2 см, заполненной раствором

Ix = G,679 10 ((Nox — Иэх) — (7,75Кх + 52,6Ux + 21,2 Thx)) (3) Поскольку вся измерительная информация заносилась в память диалогового вычислительного комплекса ДВК вЂ” 3, сочлененного с измерительной установкой, представляющиеся на первый взгляд длительными и трудоемкими операции по сбору, обработке и получению Окончательных данных на практике осуществлялись исключительно просто и быстро. В табл. 2 приведены исходные данные измерений разностей скоростей счета Nox u Ngx и результаты их интерпретации по формуле (3) на участке "Помаха", Здесь же даны результаты лабораторных определений цезия — 137 в параллельно отобранных пробах грунтов. Ошибки определения цезия в пробах, включающие как ошибки собственно лабораторных определений, так и ошибки отбора проб, оценены по результатам повторного опробования, Расхождение между полевыми измерениями плотности цезия заявляемым способом и лабораторными определениями практически не превышают ошибок второго метода.

Использование предлагаемого способа градуировки гамма-спектрометров (радиометров) для определения поверхностной плотности искусственных радионуклидов по сравнению с применяемой в настоящее вреMR методикой позволяет повыс ITb качество определений, снизить трудоемкость и стоимость работ, обеспечить доступность и массовость их проведения на больших территориях, калиброванного количества радионуклида

Ао, размещением над центральной частью кюветы детектора градуируемого гаммаспектрометра радиометра на высоте hg от поверхности раствора, размещением между поверхностью раствора и детектором свинцового экрана толщиной 3 — 5 см и площадью

S> на расстоянии h3 от плоскости детектора и измерением скоростей счета гамма-квантов при наличии экрана между раствором и детектором. N3 и при отсутствии экрана Np, llpM соблюдении условий

1793403

Таблица1

Таблица2 анные заявляемого полевого мето а

ММ и/и

Дата измерений

Профиль точка

Плотность Cs по данным лабо- ° раторных анализов (перв. и пов- . торн.)мкКи/м2

Кх 10

И,10 ТЬ

% 10 %

25.05.89 н

15,3 и 38,0

4,56 и 5,66

4,23

2,18 и 0,68

2,50

1,21 и 1,68

2,02 и 1,12

26.05.89 и

2

4

6

8

10

Ц/170

М/100

М/80

В/1

В/2

В/3

05/11,0

05/13,0

05/15,0

05/9,0

Разность скоростей счета имп/

; /мин

36423

8286

2598

2571

3223

30,76

2456

2467

30,3

31,1

30,8

26,2

29,3

25,0

22,7

23,4

29,9

21,1

2,1

2,6

1,0

1,8

1,4

1,1

2,2

2,4

0,9

3,8

4,6

10,4

9,0

8,2

6,6

4,7

6,7

4,4

6,8

6,7

Плотность

Cs no формуле (3) мкКи/м

24,2

10,4

5,24

1,43

1,33

1,49

1,87

1,80

1,37

1,32

1793403

@000

SoaO

Фи . 2

Составитель А.Ветров

Техред М.Моргентал, Корректор Л.ФильРедактор С.Кулакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 503 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР l13035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5