Способ измерения радиоактивности газов по альфа-излучению, в частности радиоактивности воздуха, содержащего радон и торон

 

Изобретение относится к способу измерения радиоактивности газов по альфа-излучению, в частности радиоактивности воздуха, содержащего радон и торон. Исследуемую пробу воздуха помещают в ионизационную камеру с двумя электродами, между которыми создают электрическое поле. Напряженность электрического поля вблизи внутреннего электрода выбирают достаточной для ударной ионизации электронами. Сначала на внутренний электрод подают отрицательный потенциал и регистрируют электрические импульсы от альфа-частиц, образующихся в объеме камеры и на поверхностях электродов. Затем полярность меняют и измеряют число импульсов от альфа-частиц, проходящих через область ударной ионизации вблизи внутреннего электрода. Способ позволяет осуществить раздельную регистрацию радона и его дочерних продуктов. 4 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к ядерной физике и технике и может быть использовано при создании детекторов для контроля радиоактивности окружающей среды.

Известен способ измерения радиоактивности радона в воздухе, заключающийся в измерении числа альфа-частиц, образующихся в результате распада дочерних продуктов радона, собираемых на фильтре из непрерывно очищаемого объема [1]. Недостатком способа является необходимость использования воздуходувок.

В качестве прототипа взят способ определения концентрации радона и его дочерних продуктов в воздухе [2]. Способ заключается в том, что в исследуемом объеме воздуха создают электрическое поле между внешним и внутренним электродами и измеряют число альфа-частиц, обусловленных распадом радона и его дочерних продуктов. Недостатком способа является сложность его реализации.

Техническим результатом, достигаемым при реализации заявленного способа по сравнению с прототипом, является его упрощение, а также осуществление раздельной регистрации радона и его дочерних продуктов.

Заявленный способ отличается тем, что напряженность электрического поля вблизи внутреннего электрода создают достаточную для ударной ионизации, площадь внутреннего электрода выбирают в 10 - 10⁸ раз меньше площади внешнего электрода. Исследуемый объем воздуха помещают в камеру с двумя электродами. В течение времени t₁ на внутренний электрод подают отрицательный потенциал и при этом регистрируется N₁ альфа-частиц. Регистрация альфа-частиц происходит из всего объема, ограниченного внешним электродом. Образующийся при подходе трека положительных ионов к отрицательно заряженному электроду электрический импульс регистрируется электронной схемой. Альфа-частицы, проходящие непосредственно через область ударной ионизации, образуют электрические импульсы существенно большей амплитуды и регистрируются отдельно от ионных импульсов. Таким образом, при отрицательно заряженном внутреннем электроде камера регистрирует за время t₁ число N₁ импульсов, пропорциональное числу образовавшихся в объеме камеры альфа-частиц, и число импульсов , пропорциональное числу альфа-частиц, прошедших через область ударной ионизации. Затем в течение t₂ на внутренний электрод подают положительный потенциал и регистрируют за это время N₂ электрических импульсов, которые образуются при дрейфе отрицательных ионов к внутреннему электроду. Благодаря высокой неоднородности электрического поля, большая доля амплитуды импульса (так же, как и при отрицательно заряженной нити) возникает при движении ионов вблизи внутреннего электрода. Альфа-частицы, проходящие через область ударной ионизации вблизи внутреннего электрода, образуют импульсов большой амплитуды (благодаря газовому усилению). Таким образом, при положительно заряженном внутреннем электроде камера регистрирует за время t₂ число N₂ импульсов, которое пропорционально числу образовавшихся за это время в объеме камеры альфа-частиц, и число импульсов , которое пропорционально числу альфа-частиц, прошедших через область ударной ионизации. Через область ударной ионизации пройдут все альфа-частицы, которые возникают при распаде дочерних продуктов радона и торона, осевших на внутренний электрод за время, пока на нем был отрицательный потенциал.

Учитывая времена регистрации t₁ и T₂ и числа N₁, и N₂, зарегистрированных альфа-частиц, определяют радиоактивность газов и аэрозолей в воздухе, заполняющем объем камеры. Электрические импульсы, создаваемые альфа-частицами, проходящими через область ударной ионизации вблизи внутреннего электрода, существенно превышают по амплитуде импульсы, возникающие в результате собирания ионов на внутренний электрод из всего объема камеры. Это позволяет осуществлять раздельную регистрацию альфа-частиц, прошедших через область ударной ионизации, и альфа-частиц, образовавшихся в объеме камеры вдали от области ударной ионизации.

Для измерения концентрации газов в воздухе камеру заполняют воздухом, очищенным от аэрозолей и дочерних продуктов радона и торона. При этом заявленный способ позволяет измерять концентрацию радона (без регистрации дочерних продуктов) при условии, что максимальный пробег альфа-частиц меньше, чем минимальное расстояние от поверхности внешнего электрода до области ударной ионизации. Это осуществляется при подаче на внутренний электрод отрицательного потенциала. При этом дочерние продукты осаждаются на внешнем электроде и число регистрируемых импульсов будет пропорционально числу альфа-частиц, образующихся в объеме камеры, т.е. пропорционально концентрации радона. Регистрируемое за это же время t₁ число электрических импульсов N₁ будет пропорционально суммарному числу альфа-частиц, образующихся в воздухе в объеме камеры. Измерив N₁ и за промежуток времени t₁ и зная объем воздуха, заполняющего камеру, определяют концентрацию радона.

При положительном потенциале на внутреннем электроде также возможно измерение концентрации радона по числу регистрируемых импульсов N₂ и за время t₂. Дополнительно при этой полярности измеряют за время t₂ число импульсов , которое пропорционально числу альфа-частиц, проходящих через область ударной ионизации. Это позволяет определять концентрацию радона и его дочерних продуктов с большой эффективностью.

Как при положительной, так и при отрицательной полярности внутреннего электрода дополнительно измеряют электрические импульсы, возникающие при распаде торона с образованием двух альфа-частиц (реакция ). Эти импульсы имеют большую (примерно в 2 раза) амплитуду, их легко регистрировать на фоне импульсов меньшей амплитуды. По числу этих импульсов, регистрируемых за определенный промежуток времени (t₁ или t₂), определяют концентрацию торона.

Способ был осуществлен с помощью цилиндрической ионизационной камеры, заполненной атмосферным воздухом. Диаметр внутреннего электрода равен 20 мкм, внешнего 160 мм. Атмосферный воздух попадал в камеру через фильтры, задерживающие аэрозоли и дочерние продукты радона и торона. Затем на нить подавался положительный потенциал и за время t₁ регистрировалось N₁ и импульсов. После этого потенциал нити менялся на обратный и при отрицательно заряженной нити в течение времени t₂ регистрировалось N₂ и электрических импульсов. По измеренным числам N₁ и и N₂ и с учетом объема камеры определялась концентрация радона в исследуемом воздухе.

Формула изобретения

1. Способ измерения радиоактивности газов по альфа-излучению, в частности радиоактивности воздуха, содержащего радон и торон, заключающийся в том, что исследуемую пробу газа помещают в камеру с двумя электродами, между внешним и внутренним электродами создают электрическое поле, регистрируют число электрических импульсов от альфа-частиц и определяют по числу зарегистрированных импульсов за определенный промежуток времени радиоактивность газа, отличающийся тем, что напряженность электрического поля вблизи внутреннего электрода выбирают достаточной для ударной ионизации электронами, в течение времени t₁ на внутренний электрод подают отрицательный потенциал и измеряют число электрических импульсов альфа-частиц, образующихся в объеме камеры и на поверхностях электродов, затем в течение времени t₂ на внутренний электрод подают вместо отрицательного положительный потенциал и в течение времени t₂ измеряют число импульсов альфа-частиц, проходящих через область ударной ионизации вблизи внутреннего электрода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при отрицательном потенциале на внутреннем электроде измеряют раздельно число коротких импульсов большой амплитуды от альфа-частиц, проходящих вблизи внутреннего электрода через область ударной ионизации, и число импульсов малой амплитуды от альфа-частиц, образовавшихся в объеме камеры и на поверхности внешнего электрода.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при положительном потенциале на внутреннем электроде измеряют число импульсов большой амплитуды от альфа-частиц, проходящих через область ударной ионизации вблизи внутреннего электрода, и число импульсов малой амплитуды от альфа-частиц, образовавшихся в объеме камеры и на поверхности внешнего электрода.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что исследуемую пробу газа предварительно очищают от дочерних продуктов радона, торона и аэрозолей.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно регистрируют импульсы большой амплитуды, вызываемые вылетом двух альфа-частиц при распаде торона.