Способ определения бета-активности проточной воды
Владельцы патента RU 2301430:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат" (RU)
Предложенное изобретение относится к области определения концентрации бета-активных изотопов в проточной воде, преимущественно в воде, поступающей с ядерных реакторов на бытовые нужды. Задачей изобретения является повышение чувствительности способа, т.е. повышение точности определения бета-активности контролируемой проточной воды. Способ определения бета-активности проточной воды заключается в поочередном измерении радиометром излучений от контролируемой воды и от дистиллированной воды с последующим расчетом бета-активности с учетом фона и чувствительности радиометра, определенной с использованием образцовых радиоактивных растворов. При этом одновременно с измерениями излучения от контролируемой воды и от дистиллированной воды, осуществляемыми основным радиометром, проводят измерения излучения от дистиллированной воды дополнительным радиометром и осуществляют корректировки фона по результатам измерений дополнительным радиометром и чувствительности по результатам измерений основным и дополнительным радиометрами, при этом бета-активность рассчитывают по формуле. 1 табл.
Изобретение относится к области определения концентрации бетаактивных изотопов в проточной воде, преимущественно в воде, поступающей с ядерных реакторов на бытовые нужды.
Известны способы определения бета-активных изотопов с помощью устройств, описанных в следующих источниках информации.
Заявка Японии №5-15235, МПК 5 G01T 1/20, 1/167, опубл. 1993 г., ТОККЕ КОХО. Проточная камера. Способ основан на измерении количества импульсов в единицу времени от бета-активной пробы, которую вводят непрерывно в камеру между слоями плоского сцинтиллятора, и последующем пересчете этого количества в содержание изотопов на единицу объема пробы.
Патент США №4495420, МПК 3 G01T 1/20, опубл. 1985. Многослойная сцинтилляционная камера для одновременного измерения радиоактивных образцов. Способ также основан на измерении количества импульсов бета-неустойчивых изотопов в единицу времени в корпусе, содержащем несколько слоев сцинтилляционных пластин, связанных световодами с фотоумножителями, и последующем пересчете количества импульсов в концентрацию изотопов.
Эти способы пригодны для определения величин концентраций бета-изотопов более 1000 Бк/л, когда можно пренебречь влиянием естественного радиоактивного фона или защититься от него.
Для измерения меньших концентраций бета-изотопов в воде, равных от единиц до десятков и сотен Бк/л, необходимо, кроме защиты детектора от естественного радиоактивного фона, учитывать его величину.
Известен способ определения объемной бета-активности проточной воды, в котором учитывается величина естественного фона с помощью радиометра жидкости РЖБ-11М, разработка Научно-инженерного центра "СНИИП", АОЗТ "СНИИП-КОНВЭЛ". Способ описан в Руководстве по эксплуатации КНВЛ.200101.006 РЭ (прототип).
Блок детектирования радиометра содержит измерительную кювету с входным и выходным штуцерами, фотоэлектронный умножитель ФЭУ-183, делитель напряжения, высоковольтный блок питания и усилитель-формирователь. В кювете расположен пластмассовый сцинтилляционный детектор с развитой поверхностью.
Способ-прототип основан на измерении количества импульсов от кюветы с контролируемой проточной водой и от той же кюветы, заполненной дистиллированной водой; расчет концентрации бета-изотопов в контролируемой проточной воде производится с учетом естественного фона, измеренного от дистиллированной воды. В расчетную формулу также входит величина чувствительности радиометра, определенная с использованием образцовых радиоактивных растворов. Расчет производится по формуле
где Аi - объемная бета-активность контролируемой воды при i-м измерении, Бк/л;
S - чувствительность радиометра (имп. с-1Бк-1 л), определенная с использованием образцовых радиоактивных растворов;
- излучение от контролируемой воды при i-м измерении, имп/с;
- излучение от дистиллированной воды, измеренное радиометром при заполнении кюветы радиометра дистиллированной водой после n-й промывки кюветы, имп/с.
Способ имеет следующие недостатки.
Измерение фона от дистиллированной воды и измерение излучения от контролируемой воды осуществляют не одновременно, а поочередно, так как при этом используется одна и та же кювета. Для удобства работы величина фона определяется периодически, и одна и та же величина фона используется продолжительное время (для нескольких определений бета-активности контролируемой воды). При быстром изменении фона (на радиационных объектах, каковыми являются атомные реакторы) может быть большая погрешность в определении активности контролируемой воды (до десятков Бк/л).
Несмотря на периодическую промывку кюветы дистиллированной водой, в ней накапливаются несмываемые отложения, которые снижают чувствительность радиометра (на 20% и более), результаты измерений искажаются.
Задачей изобретения является повышение чувствительности способа, т.е. повышение точности определения бета-активности контролируемой проточной воды.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе определения бета-активности проточной воды, включающем поочередное измерение радиометром излучений от контролируемой воды и от дистиллированной воды с последующим расчетом бета-активности с учетом фона и чувствительности радиометра, определенной с использованием образцовых радиоактивных растворов, одновременно с измерениями излучения от контролируемой воды и от дистиллированной воды, осуществляемыми основным радиометром, проводят измерения излучения от дистиллированной воды дополнительным радиометром и осуществляют корректировки фона по результатам измерений дополнительным радиометром и чувствительности по результатам измерений основным и дополнительным радиометрами, при этом бета-активность рассчитывают по формуле
где Аi - объемная бета-активность контролируемой воды при i-м измерении, Бк/л;
S - чувствительность основного радиометра (имп. с-1Бк-1 л), определенная с использованием образцовых радиоактивных растворов;
- излучение от дистиллированной воды, измеренное основным радиометром при заполнении его кюветы дистиллированной водой после n-й промывки кюветы, имп/с;
- излучение от дистиллированной воды, измеренное дополнительным радиометром одновременно с измерением основным радиометром, имп./с;
- излучение от контролируемой воды при i-м измерении основным радиометром при заполнении его кюветы контролируемой водой, имп./с;
- излучение от дистиллированной воды, измеренное дополнительным радиометром одновременно с измерением основным радиометром, имп/с;
- излучение от дистиллированной воды, измеренное основным радиометром при заполнении его кюветы дистиллированной водой после 1-й промывки кюветы, имп/с;
- излучение от дистиллированной воды, измеренное дополнительным радиометром одновременно с измерением основным радиометром, имп./с;
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
1. После поверки обоих радиометров образцовыми радиоактивными растворами и определения их чувствительности кюветы радиометров промывают (n=1) и заполняют дистиллированной водой. Производят одновременные измерения излучения от дистиллированной воды обоими радиометрами, получают значения 
и 
соответственно.
Затем через кювету основного радиометра пропускают контролируемую воду, в кювете дополнительного радиометра - дистиллированная вода. В течение определенного промежутка времени (обычно в течение месяца) осуществляют одновременные измерения излучения от контролируемой и дистиллированной воды соответственно основным и дополнительным радиометрами, получают значения и 
Бета-активность контролируемой воды в течение этого периода времени вычисляют по формуле (2), в которой n=1. Корректировка чувствительности S основного радиометра в формуле отсутствует (сомножители сокращаются при n=1); это соответствует тому, что при n=1 отсутствуют отложения в кювете основного радиометра. Значение же фона корректируется и при n=1.
2. По истечении месяца кювету основного радиометра промывают (n=2) для очистки от осадков, заполняют дистиллированной водой. В кювете дополнительного радиометра - также дистиллированная вода. Производят одновременные измерения излучения от дистиллированной воды, находящейся в кюветах основного и дополнительного радиометров, получают значения 
и 
соответственно.
Затем через кювету основного радиометра пропускают контролируемую воду, в кювете дополнительного радиометра - дистиллированная вода. В течение определенного промежутка времени (обычно в течение месяца) производят одновременные измерения излучения от контролируемой и дистиллированной воды соответственно основным и дополнительным радиометрами, получают значения 
и 
Бета-активность контролируемой воды в течение этого промежутка времени (обычно в течение месяца) вычисляют по формуле (2), в которой n=2. При этом корректируют чувствительность S основного радиометра на величину изменения соотношения фонов радиометров после первой и второй промывок кюветы основного радиометра 
Чувствительность основного радиометра изменилась, т.к. в кювете появились несмываемые отложения от контролируемой воды. Значение фона также корректируется на величину 
3. По прошествии месяца кювету основного радиометра снова промывают (n=3) для очистки от осадков, заполняют дистиллированной водой. Производят одновременные измерения излучения от дистиллированной воды, находящейся в кюветах основного и дополнительного радиометров, получают значения 
и 
соответственно.
Далее через кювету основного радиометра пропускают контролируемую воду, в кювете дополнительного радиометра - дистиллированная вода. Производят одновременные измерения излучения от контролируемой и дистиллированной воды соответственно основным и дополнительным радиометрами, получают значения и 
концентрацию радиоактивных изотопов в контролируемой воде вычисляют по формуле (2), в которой n=3. При этом корректируют чувствительность S основного радиометра на величину изменения соотношения фонов радиометров после первой и третьей промывок кюветы основного радиометра 
а значение фона - на величину 
Вышеизложенные операции повторяются в период времени между поверками радиометров стандартными радиоактивными растворами, как правило, в течение года. По истечении года оба радиометра подлежат поверке с определением их чувствительностей S стандартными радиоактивными растворами. Затем цикл вышеизложенных операций повторяется в течение следующего года.
Способ позволяет повысить точность определения концентрации бета-активных изотопов в контролируемой воде за счет постоянного отслеживания изменения естественного радиоактивного фона и периодического (при промывках кюветы) введения поправки на изменение чувствительности сцинтиллятора основного радиометра, которая уменьшается из-за несмываемых отложений.
Способ возможно реализовать с помощью двух радиометров жидкости РБЖ-11М, задействованных в режиме измерения средней скорости счета за 2000 с и подключенных к общему персональному компьютеру, который осуществляет одновременное управление обоими радиометрами и производит расчет концентрации по формуле 2.
Способ позволит повысить точность измерения концентрации бета-активных изотопов в воде в 3-10 раз (с точностью до единиц Бк/л).
Была определена активность контролируемой воды в реальных условиях при измерении излучения с помощью одного радиометра РБЖ-11М с защитой детектора 1,5 см свинца (способ-прототип) и с помощью двух радиометров РБЖ-11М с защитой детектора 1,5 см свинца (предлагаемый способ).
Результаты экспериментов приведены в таблице.
Чувствительность основного радиометра, определенная с помощью стандартных радиоактивных растворов, S=0,033 имп.·с-1·Бк-1·л
| Таблица | ||||
| Показатели | Способ-прототип | Заявляемый способ | ||
| n=1 | n=2 | n=1 | n=2 | |
 , | 15,10 | 14,11 | 15,10 | 14,11 |
| 15,81 | 14,7 | 15,81 | 14,7 | |
 | 9,21 | 9,31 | ||
| 9,73 | 9,82 | |||
 | 10,79 | 10,17 | 10,79 | 10,17 |
 | 9,21 | 9,31 | ||
| Аi, Бк/л | 131 | 119 | 131 | 128 |
| 152 | 137 | 134 | 129 | |
| ΔAi Бк/л | ΔA1=21 | ΔА2=18 | ΔA1=3 | ΔА2=1 |
Применение дополнительного радиометра и непрерывное отслеживание фона и расчет концентрации по формуле 2 позволит снизить абсолютную ошибку измерений ΔАi с 20 Бк/л до нескольких Бк/л.
Повышение точности измерений дает снижение нижнего предела измерений с 30-40 Бк/л до 10-12 Бк/л, что позволяет снизить порог обнаружения бета-активных изотопов в воде.
Применение заявляемого способа позволит более точно, чем с помощью известного способа, контролировать бета-активность воды, поступающей с ядерного реактора на бытовые нужды.
Способ определения бета-активности проточной воды, включающий поочередное измерение радиометром излучений от контролируемой воды и от дистиллированной воды, с последующим расчетом бета-активности с учетом фона и чувствительности радиометра, определенной с использованием образцовых радиоактивных растворов, отличающийся тем, что одновременно с измерениями излучения от контролируемой воды и от дистиллированной воды, осуществляемыми основным радиометром, проводят измерения излучения от дистиллированной воды дополнительным радиометром и осуществляют корректировки фона по результатам измерений дополнительным радиометром и чувствительности по результатам измерений основным и дополнительным радиометрами, при этом бета-активность рассчитывают по формуле
где Ai - объемная бета-активность контролируемой воды при i-м измерении, Бк/л;
S - чувствительность основного радиометра (имп·c-1·Бк-1·л), определенная с использованием образцовых радиоактивных растворов;
- излучение от дистиллированной воды, измеренное основным радиометром при заполнении его кюветы дистиллированной водой после n-й промывки кюветы, имп/с;
- излучение от дистиллированной воды, измеренное дополнительным радиометром одновременно с измерением 
основным радиометром, имп/с;
- излучение от контролируемой воды при i-м измерении основным радиометром при заполнении его кюветы контролируемой водой, имп/с;
- излучение от дистиллированной воды, измеренное дополнительным радиометром одновременно с измерением 
основным радиометром, имп/с;
- излучение от дистиллированной воды, измеренное основным радиометром при заполнении его кюветы дистиллированной водой после 1-й промывки кюветы, имп/с;
- излучение от дистиллированной воды, измеренное дополнительным радиометром одновременно с измерением 
основным радиометром, имп/с.
