Способ измерения плотности потока радона с поверхности грунта по бета- и гамма-излучению



Способ измерения плотности потока радона с поверхности грунта по бета- и гамма-излучению
Способ измерения плотности потока радона с поверхности грунта по бета- и гамма-излучению
Способ измерения плотности потока радона с поверхности грунта по бета- и гамма-излучению
Способ измерения плотности потока радона с поверхности грунта по бета- и гамма-излучению

 


Владельцы патента RU 2428715:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области измерения ядерных излучений, а именно к измерению плотности потока радона с поверхности земли, а также пористых эманирующих материалов. Технический результат - измерение плотности потока радона с поверхности грунта по бета- и гамма-излучению, подходящего для использования в проведении длительных непрерывных измерений без участия оператора. Осуществляют измерения суммарного количества импульсов от бета- и гамма-излучения продуктов распада радона установленным внутри накопительной камеры счетчиком бета- и гамма-излучения, чувствительная поверхность которого расположена таким образом, чтобы на нее не попадало бета-излучение почвенных радионуклидов, а основание накопительной камеры закрыто фильтром, предотвращающим попадание торона из грунта, перед измерением проветривают камеру в течение не менее чем 15 минут, затем при открытой камере проводят фоновые измерения в течение t1 не менее 5 минут, камеру закрывают и в течение промежутка времени t2 от 40 до 80 минут производят измерение количества импульсов от бета- и гамма-излучения, а затем плотность потока радона определяют из выражения

,

где q - плотность потока радона с поверхности грунта, Бк м-2 с-1;

N - измеренное суммарное количество импульсов за время t2, имп.;

Nf - измеренное фоновое значение количества импульсов за время t1, имп.;

ε - поправочный коэффициент, имп. с-1 Бк-1;

S - площадь основания накопительной камеры, м2;

λ - постоянная распада радона, с-1.

t1 - время измерения фона, с;

t2 - время накопления радона, с.

4 ил.

 

Изобретение относится к области измерения ядерных излучений, а именно к измерению плотности потока радона с поверхности земли, а также пористых эманирующих материалов, и может быть использовано для оценки радоноопасности территорий и зданий, изучении предвестников землетрясений, электрических свойств и динамики атмосферы, литосферно-атмосферных связей.

Известен способ измерения плотности потока радона с поверхности грунта по гамма-излучению [Jovanovič P. Radon exhalation rate measurements on and abound the premises of a former coal mine. Radon in the Living Environment, 19-23 April 1999, Athens, Greece. P.429-432], основанный на использовании накопительной камеры с активированным углем, которую устанавливают на грунт. В накопительной камере накапливается почвенный радон в течение некоторого времени, обычно несколько часов. Затем активированный уголь пересыпают в измерительную кювету и накопленную активность радона измеряют полупроводниковым гамма-спектрометром по гамма-излучающим продуктам распада радона. Накопленная активность радона пропорциональна плотности потока радона с поверхности грунта.

Недостатками известного способа являются: 1) высокая стоимость, поскольку необходимо использовать дорогостоящее спектрометрическое оборудование; 2) невозможность использования данного способа для длительных непрерывных измерений без участия оператора; 3) длительная и сложная процедура одного измерения, поскольку требуется несколько часов накапливать радон на активированном угле, затем выдерживать уголь перед измерением для установления равновесия между радоном и продуктами его распада.

Известен способ измерения плотности потока радона с поверхности грунта по бета-излучению [Кузнецов Ю.В., Ярына В.П. Проблема достоверности измерений плотности потока радона. АНРИ №4, 2001, С.26-29], выбранный в качестве прототипа, основанный на использовании накопительной камеры и измерительного устройства, заключающийся в том, что внутрь накопительной камеры помещают активированный уголь и устанавливают ее открытым основанием на грунт. В накопительной камере на активированном угле накапливается (адсорбируется) радон, выходящий из грунта, в течение определенного времени, обычно несколько часов. Затем активированный уголь пересыпают в измерительную кювету и накопленную в активированном угле активность радона измеряют радиометром РГБ-20П1 по бета-излучению продуктов распада радона, плотность потока радона рассчитывают по формуле

где q - плотность потока радона с поверхности грунта, Бк м-2 с-1;

A - суммарная активность радона в активированном угле, Бк;

f - поправочный коэффициент, отн. ед.;

S - площадь основания накопительной камеры, м2;

t - время накопления радона, с;

λ - постоянная распада радона, с-1.

Недостатками известного способа-прототипа являются: 1) невозможность использования данного способа для длительных непрерывных измерений без участия оператора; 2) длительная и сложная процедура одного измерения, поскольку требуется несколько часов накапливать радон, выдерживать перед измерением для установления равновесия между радоном и продуктами его распада.

Задачей способа является разработка простого способа измерения плотности потока радона с поверхности грунта по бета- и гамма-излучению, подходящего для использования в проведении длительных непрерывных измерений без участия оператора.

Поставленная задача решена за счет того, что в способе измерения плотности потока радона с поверхности грунта по бета- и гамма-излучению производят так же, как и в прототипе, регистрацию бета-излучения продуктов распада радона, накопленного внутри накопительной камеры, установленной на поверхность грунта.

Согласно изобретению производят измерения суммарного количества импульсов от бета- и гамма-излучения продуктов распада радона за промежутки времени t1 и t2 установленным внутри накопительной камеры счетчиком бета- и гамма-излучения, чувствительная поверхность которого расположена таким образом, чтобы на нее не попадало бета-излучение почвенных радионуклидов, а основание накопительной камеры закрыто диффузионным фильтром, перед измерением проветривают камеру в течение не менее чем 15 минут, затем при открытой камере проводят фоновые измерения в течение t1 не менее 5 минут, камеру закрывают и в течение промежутка времени t2 от 40 до 80 минут производят измерение количества импульсов от бета- и гамма-излучения, а затем плотность протока радона определяют из выражения

,

где q - плотность потока радона с поверхности грунта, Бк м-2 с-1;

N - измеренное суммарное количество импульсов за время t2, имп.;

Nf - измеренное фоновое значение количества импульсов за время t1, имп.;

ε - поправочный коэффициент, имп. с-1 Бк-1;

S - площадь основания накопительной камеры, м2;

λ - постоянная распада радона, с-1.

t1 - время измерения фона, с;

t2 - время накопления радона, с.

Учет фонового гамма-излучения от почвенных радионуклидов и окружающей среды в предлагаемом способе необходим, поскольку пропорциональный счетчик чувствителен к гамма-излучению. Поправочный коэффициент ε включает эффективность регистрации счетчика, геометрический фактор и коэффициент перевода скорости счета импульсов в единицы активности, который определяется опытным путем.

Период времени t1 составляет не менее 5 минут, поскольку при меньшем времени повышается погрешность определения фоновой скорости счета импульсов. Период времени t2 составляет от 40 до 80 минут, поскольку при времени, меньшем 40 минут, скорость счета импульсов от накопленных внутри камеры бета- и гамма-излучающих продуктов распада радона ненамного превышает фоновую, соответственно увеличивается погрешность определения плотности потока радона. При времени накопления t2 более 80 минут увеличивается вероятность значительного изменения плотности потока радона с поверхности грунта, что может привести к увеличению неопределенности результата измерения.

Таким образом, предлагаемый способ измерения плотности потока радона с поверхности грунта по бета- и гамма-излучению является: 1) простым, поскольку для его осуществления не требуется длительно производить одно измерение плотности потока радона; 2) подходящим для использования в проведении длительных непрерывных измерений без участия оператора, поскольку в предлагаемом способе можно автоматизировать процесс накопления и измерения; 3) дешевым, поскольку не требует использования сложной спектрометрической аппаратуры.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для измерения плотности потока радона с поверхности грунта по бета- и гамма-излучению.

На фиг.2 и 3 представлен сборочный чертеж накопительной камеры.

На фиг.4 представлены результаты измерения плотности потока радона с поверхности грунта с 6 по 11 октября 2009 г.

Для осуществления заявляемого способа использовали устройство для измерения плотности потока радона с поверхности грунта по бета- и гамма-излучению (фиг.1), которое состоит из накопительной камеры 1, с расположенным внутри торцевым счетчиком бета-излучения 2 (фиг.2), соединенным с блоком питания 3 (фиг.1). Накопительная камера 1 соединена с блоком управления электроприводом 4. Торцевой счетчик бета-излучения 2 соединен со счетчиком импульсов 5, который связан с ЭВМ 6.

Накопительная камера 1 объемом 3,14 л, высотой 0,1 м, площадью открытого основания S=3,14·10-2 м2 и ограничительным кольцом изготовлена из непроницаемого для радона материала, например, из поливинилхлорида (фиг.2, 3). Внизу накопительной камеры 1 закреплен диффузионный целлюлозный фильтр 7 (фиг.2), например Whatman 41 filter paper. В центре над основанием камеры расположен вентилятор 8, закрепленный четырьмя болтами. Сверху камера снабжена крышкой 9 с уплотнительным резиновым кольцом 10. Крышка 9 снабжена запорным механизмом 11, выполненным в виде коромысла из металла. Запорный механизм 11 снабжен уплотнительной резиновой прокладкой 12 для предотвращения выхода воздуха из камеры в момент накопления радона. Электропривод 13 запорного механизма 11 закреплен зажимом 14, встроенным в крышку 9 накопительной камеры 1. Вентилятор 8 камеры 1 через разъем 15 соединен со своим источником питания (на фиг.2 не показан). В центре накопительной камеры 1 расположен торцевой счетчик бета-излучения 2, например СБТ-10, закрепленный на горизонтальной подложке клеем таким образом, чтобы на его чувствительную поверхность не попадало бета-излучение почвенных радионуклидов, т.е. чувствительной поверхностью вверх от поверхности грунта. Торцевой счетчик бета-излучения 2 через проводник из тонкого коаксиального кабеля соединен с разъемом 16 для соединения с блоком питания 3 и счетчиком импульсов 5.

В качестве блока питания 3 использовали модуль БНВ-30 в стандарте ВЕКТОР. Счетчик импульсов 5 представляет собой модуль КС-005 в стандарте КАМАК. Блок управления электроприводом 4 представляет собой модуль управления низковольтной нагрузкой серии BASIC KIT BM9317.

Измерение плотности потока радона с поверхности грунта проводили на экспериментальной площадке, расположенной около здания ИМКЭС СО РАН в г.Томске. Устройство работает следующим образом. Накопительную камеру 1 со встроенным внутри торцевым счетчиком бета-излучения 2 устанавливают на грунт, при этом вдавливая края накопительной камеры 1 до ограничительных колец, для лучшего контакта с грунтом и устранения утечек газа. Открытое основание накопительной камеры 1 закрывают фильтром 7 для того, чтобы почвенный газ торон за время диффундирования через фильтр 7 полностью распадался и не попадал внутрь накопительной камеры 1. После монтажа камеры и электрического соединения всех блоков, устанавливают с помощью блока управления электроприводом 4 время периодов «проветривания» t=20 минут и «накопления» t2=40 минут. С помощью ЭВМ 6 устанавливают время измерения фона t1=5 минут, которое начинается через 15 минут после начала периода «проветривания». Включают вентилятор 8, который работает постоянно для перемешивания воздуха и выравнивания концентрации продуктов распада радона по всему объему накопительной камеры 1 до выключения устройства. В режиме «проветривание» по сигналу с блока управления электроприводом 4 при помощи запорного механизма 11 открывают крышку 9 и камеру проветривают атмосферным воздухом. Через 15 минут после начала режима «проветривание» по сигналу с ЭВМ 6 торцевым счетчиком бета-излучения 2 начинают измерение фонового значения количества импульсов от бета- и гамма-излучающих продуктов распада радона, а также других гамма-излучающих почвенных и атмосферных радионуклидов Nf в течение t1=5 минут, импульсы считают счетчиком импульсов 5 и записывают в память ЭВМ 6, при этом программа обработки присваивает данному значению текущую дату и время. По команде с блока управления электроприводом 4 при помощи запорного механизма 11 закрывают крышку 9 и начинают накопление радона, выходящего с поверхности грунта и проходящего через фильтр 7 внутрь накопительной камеры 1, при этом происходит радиоактивный распад радона и накопление продуктов его распада. С момента закрытия крышки 9 в течение времени t2=40 минут торцевым счетчиком бета-излучения 2 производят измерение количества импульсов, образованных внутри накопительной камеры от бета- и гамма-излучения продуктов распада радона N, импульсы считают счетчиком импульсов 5 и записывают в память ЭВМ 6, при этом программа обработки присваивает данному значению текущую дату и время. Далее цикл «проветривание» и «накопление» многократно повторяли в течение 5 суток с 6 по 11 октября 2009 г. Измеренное за время t1=5 минут фоновое значение количества импульсов Nf составило 775 имп. Измеренное за время t2=40 минут суммарное количество импульсов N составило 6820 имп. Поправочный коэффициент ε определяли по стандартной методике, описанной в [Лукьянов В.Б. Измерение и идентификация бета-радиоактивных препаратов. Госатомиздат, 1963], который составил 0,26 имп. с-1 Бк-1. Рассчитанное из выражения (2) значение плотности протока радона с поверхности грунта составило q=13,1 мБк м-2 с-1. Измеренные в течение 5 суток с 6 по 11 октября 2009 г. значения плотности потока радона с поверхности грунта представлены на фиг.4. Среднее за указанный период значение составило q=13,3 мБк м-2 с-1, с диапазоном изменения от 11,5 до 15,6 мБк м-2 с-1.

Способ измерения плотности потока радона с поверхности грунта по бета- и гамма-излучению, заключающийся в регистрации бета-излучения продуктов распада радона, накопленных внутри накопительной камеры, установленной на поверхность грунта, отличающийся тем, что производят измерения суммарного количества импульсов от бета- и гамма-излучения продуктов распада радона установленным внутри накопительной камеры счетчиком бета- и гамма-излучения, чувствительная поверхность которого расположена таким образом, чтобы на нее не попадало бета-излучение почвенных радионуклидов, а основание накопительной камеры закрыто фильтром, предотвращающим попадание торона из грунта, перед измерением проветривают камеру в течение не менее чем 15 мин, затем при открытой камере проводят фоновые измерения в течение t1 не менее 5 мин, камеру закрывают и в течение промежутка времени t2 от 40 до 80 мин производят измерение количества импульсов от бета- и гамма-излучения, а затем плотность потока радона определяют из выражения
,
где q - плотность потока радона с поверхности грунта, Бк м-2 с-1;
N - измеренное суммарное количество импульсов за время t2, имп.;
Nf - измеренное фоновое значение количества импульсов за время t1, имп.;
ε - поправочный коэффициент, имп. с-1 Бк-1;
S - площадь основания накопительной камеры, м2;
λ - постоянная распада радона, с-1.
t1 - время измерения фона, с;
t2 - время накопления радона, с.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обнаружения делящихся и радиоактивных материалов в транспортных средствах и их последующего мониторинга. .

Изобретение относится к области ядерного приборостроения и может быть использовано при радиационном мониторинге в качестве средства визуализации источников гамма-излучения.

Изобретение относится к области регистрации рентгеновского излучения и может быть использован как в медицинской рентгенографии, так и для досмотра людей в целях безопасности для обнаружения спрятанных на/в теле, в одежде опасных и скрываемых предметов и веществ.

Изобретение относится к области управляемого термоядерного синтеза (УТС), в частности когда для инициирования УТС важно знать как спектральное распределение излучения, так и его полную мощность, превосходящую 1014 Вт, в мягком рентгеновском диапазоне при характерной длительности импульса рентгеновского излучения несколько наносекунд.

Изобретение относится к области радиационных исследований и направлено на повышение достоверности получаемых данных при проведении испытаний технических средств радиационной разведки.

Изобретение относится к области детектирования излучения. .

Изобретение относится к ядерной физике и может быть использовано в системах идентификации ядерных взрывов по измеренным активностям имеющихся в атмосфере РБГ. .

Изобретение относится к области применения методов выявления и оценки масштабов и последствий применения противником ядерного оружия. .

Изобретение относится к детекторам для медицинской визуализирующей техники, например, в однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (SPECT) или позитронно-эмиссионной томографии (PET).
Изобретение относится к исследованиям в области прикладной экологии и охраны окружающей среды, а именно к способам оценки загрязнения наземных экосистем биоиндикационными методами

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для радиометрического наблюдения, индикации и дезактивации местности при радиационных авариях радиационно-опасных объектов

Изобретение относится к области радиационного контроля с использованием сцинтилляционных детекторов и предназначено для контроля делящихся материалов U-235 и Рu-239

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, конкретнее к измерению радиоактивности объектов, более конкретно к способам выявления радиоактивных источников на обследуемой территории и в движущихся объектах

Изобретение относится к области ядерной и радиационной физики и может быть использовано для регистрации гамма- или тормозного излучения (ТИ) мощных импульсных источников

Изобретение относится к области спектральной компьютерной томографии (СТ), а также относится к детектированию рентгеновского излучения и другого излучения, где желательно получить информацию относительно интенсивности или энергетического спектра обнаруженного излучения
Изобретение относится к способу определения радиоактивного загрязнения акваторий на основе биоиндикации

Изобретение относится к автоматическому способу отбора трития из атмосферного водяного пара с помощью холодной ловушки и устройству для его осуществления

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, более конкретно к способам выявления радиоактивных источников на обследуемой территории и в движущихся объектах
Наверх