Способ обнаружения и измерения концентрации радона в среде и устройство для его осуществления

 

Использование: при обнаружении, исследовании радона в среде преимущественно газообразной и жидкой. Сущность изобретения: в исследуемой среде осуществляют ядерную реакцию ^gBe(α, n)¹²C , в результате чего получают нейтроны, которые регистрируют. По количеству нейтронов судят о величине и изменениях концентрации радона, при этом для повышения эффективности регистрации нейтронов их доводят до тепловых энергий. Устройство представляет собой металлическое полое тело с круглым или прямоугольным сечением, в поверхности которого выполнены отверстия для прохождения радона. Внутри тела расположены бериллиевые решетки, а вдоль внутренней части боковой поверхности тела расположены регистрирующие нейтроны счетчики. Счетчики заэкранированы материалом (например, плексом), трансформирующим нейтроны в тепловую энергетическую область. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области исследования материалов и сред с помощью ядерных методов, в частности к области обнаружения и исследования радона в среде, преимущественно газообразной и жидкой.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ обнаружения и измерения концентрации радона в воздухе, основанный на измерении α-активности радонового газа и регистрации α-частиц. По наличию и величине дозы α-активности образца определяют изменение концентрации радона и ее изменение в воздухе.

Устройство для осуществления вышеописанного способа представляет собой детектор, через который принудительно прокачивается насосом окружающий газ с заданной скоростью потока. Предварительно окружающий газ проходит через фильтр.

Недостатками способа и устройства являются невысокая точность обнаружения и измерения концентрации радона, обусловленная трудностью регистрации α-частиц, поскольку для этого требуются специальные тонкостенные счетчики из слюды; низкая надежность устройства, обусловленная тем, что оно не выдерживает механических нагрузок (так как использует хрупкие материалы в своей конструкции), что не позволяет применять эти способ и устройство в полевых условиях. Это приводит к тому, что известные способ обнаружения и измерения концентрации радона и устройство для его осуществления непригодны для прогностических целей, особенно быстрого прогноза (наблюдения).

Целью изобретения является разработка простого, эффективного и надежного способа обнаружения и измерения концентраций радона и создание механически устойчивого устройства для его осуществления, непрерывно и с высокой точностью измеряющего концентрацию радона в разнообразных условиях.

Цель достигается тем, что в исследуемой среде осуществляют ядерную реакцию ⁹Ве ( α, n)¹²С, в результате чего получают нейтроны, которые регистрируют, и по количеству нейтронов судят о величине и изменениях концентрации радона, при этом для повышения эффективности регистрации нейтронов их доводят до тепловых энергий. Цель также достигается тем, что устройство для осуществления данного способа представляет собой металлическое полое тело с круглым или прямоугольным сечением, в поверхности которого выполнены отверстия для прохождения радона, причем внутри тела расположены бериллиевые решетки, а вдоль внутренней части боковой поверхности тела расположены регистрирующие нейтроны счетчики, кроме того, упомянутые счетчики заэкранированы материалом (например, плексом), трансформирующим нейтроны в тепловую энергетическую область.

Положительным эффектом изобретения является то, что предлагаемые способ и устройство для обнаружения и измерения концентраций радона характеризуются высокой эффективностью обнаружения радона и измерения его концентраций благодаря осуществлению в исследуемой среде упомянутой выше ядерной реакции, являющейся высокоэффективным источником нейтронов; высокой точностью обнаружения и измерений благодаря применению регистрации тепловых нейтронов и соответственно эффективных регистраторов этих нейтронов (например, счетчиков СИ 19Н); непрерывностью измерений, обусловленной тем, что устройство все время находится в исследуемой среде, а оператор получает информацию, находясь на произвольном расстоянии от прибора; высоким качеством измерений, ибо устройство устойчиво к механическим и термическим воздействиям, а также к изменению влажности среды; высокой экономичностью, так как в устройстве используются недорогие серийно изготовляемые детали и материалы; возможностью использования устройства в любых условиях, от поверхности земли до глубины в несколько километров (опробовано до глубины 2-3 км); качественным прогнозированием изменений концентраций радона в среде.

На чертеже схематически изображено реализующее способ устройство для обнаружения и измерения концентрации радона.

Способ осуществляется следующим образом.

Через объем, заполненный бериллием, пропускают исследуемую (газообразную или жидкую) среду с наличием (или отсутствием) в ней радона. Таким образом в исследуемой среде осуществляют ядерную реакцию ⁹Ве(α, n)¹²С, т.е. испускаемые при распаде радона α-частицы взаимодействуют с ядрами бериллия, в результате чего возникает углерод и испускаются нейтроны. Эти нейтроны регистрируют, и по количеству нейтронов (прямая зависимость) судят о величине концентрации радона в исследуемой среде. Измерение нейтронов производят непрерывно, а следовательно, таким образом измеряют изменения концентраций радона в среде. Для повышения эффективности регистрации нейтронов их замедляют до тепловых энергий.

Устройство для осуществления описанного способа выполнено в виде металлического полого тела с круглым или прямоугольным сечением. Данный конкретный случай представляет собой металлический цилиндр 1. В торцах цилиндра выполнены отверстия 2 для прохождения исследуемой среды с радоном. Внутри цилиндра закреплены бериллиевые решетки 3. В качестве бериллиевых решеток также могут быть использованы решетки из любого металла, кроме железа (из-за возможной коррозии в исследуемой среде), на которые насыпан бериллиевый порошок. Бериллиевые решетки заполняют практически весь объем цилиндра 1. Вдоль внутренней поверхности цилиндра закрепляются счетчики 4 нейтронов, заэкранированные замедлителем 5, например плексом. Электронный блок 6 преобразует электрические импульсы от счетчиков 4 в электрические сигналы, передаваемые оператору (блок 6 может находиться как внутри, так и снаружи цилиндра 1).

Устройство помещают в исследуемую среду, которая проходит сквозь отверстия 2. В результате взаимодействия среды с бериллием решеток 3 внутри устройства возникают нейтроны, которые после замедления экрана 5 регистрируются счетчиками 4, сигналы от которых поступают в преобразователь 6. Таким образом определяют наличие (или отсутствие) радона в исследуемой среде и непрерывно измеряют изменения его концентрации.

Цилиндрическая форма устройства целесообразна при исследовании радона в скважинах. На поверхности земли удобнее использовать устройства в виде куба или параллелепипеда.

П р и м е р. Способ и устройство опробованы в полевых условиях (Краснодарский край, Казахстан) и в помещении (Институт ядерной физики МГУ им. М.В.Ломоносова). Устройство выполнено в виде цилиндра высотой 70 см, диаметром 20 см, с отверстиями диаметром 2 см, по семь отверстий в каждом торце. Равномерно по высоте цилиндра расположены 15 бериллиевых решеток. Использовались 20 счетчиков нейтронов СИ-19Н.

В полевых условиях прибор погружался на глубину ≈ 1 км. В течение 3 ч обнаружено изменение концентрации радона в пределах от 100-200 до 800-1000 Бк.

В помещении концентрация радона изменялась в течение 5 ч от 100-200 до 400-500 Бк. При этом изменение концентрации проходило немонотонно.

Параметры работы прибора: давление до 5-8 атм, температура от -50 до +50^оС.

Формула изобретения

1. Способ обнаружения и измерения концентрации радона в среде, основанный на использовании α-частиц, испускаемых радоном, отличающийся тем, что исследуемую среду пропускают через камеру, в которой расположены решетки из ⁹Ве, и регистрируют нейтроны, возникающие в ядерной реакции a-частиц радона на бериллии -⁹Be(α,n)¹²C. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед регистрацией нейтроны замедляют до тепловых энергий.

3. Устройство для обнаружения и измерения концентрации радона в среде, содержащее измерительную камеру в виде полого металлического тела с отверстиями для ввода и вывода исследуемой среды, и регистратор частиц, отличающееся тем, что внутри полого тела расположены бериллиевые решетки, а вдоль внутренней части его боковой поверхности расположены регистрирующие нейтроны счетчики.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что регистрирующие нейтроны счетчики заэкранированы материалом, трансформирующим нейтроны в тепловую энергетичекую область.

РИСУНКИ

Рисунок 1