Способ мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта



Способ мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта
Способ мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта
Способ мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта
Способ мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта

 


Владельцы патента RU 2616224:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области измерения ядерных излучений, а именно к измерению в режиме мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта. Способ мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта содержит этапы, на которых выполняют регистрацию альфа-излучения продуктов распада радона, накопленных внутри установленной на поверхность грунта накопительной камеры, в корпусе которой выполнены отверстия для частичного выхода почвенного газа, при этом предварительно на месте установки накопительной камеры производят измерение плотности потока радона и торона с помощью радиометра, определяют количество импульсов от торона и альфа-излучающих дочерних продуктов его распада NTn, затем устанавливают накопительную камеру на поверхность грунта и производят непрерывные последовательные измерения количества импульсов с длительностью одного измерения τ от 60 до 900 с закрепленным внутри накопительной камеры сцинтилляционным альфа-детектором, чувствительная поверхность которого расположена не менее чем на 0,10 м выше поверхности грунта, определяют поправочный коэффициент KRn для перевода скорости счета импульсов от радона и альфа-излучающих дочерних продуктов его распада в единицы измерения плотности потока радона, а плотность потока радона определяют из выражения:

где qRn(t) - плотность потока радона с поверхности грунта в момент времени t, Бк м-2 с-1;

KRn - поправочный коэффициент, (Бк м-2 с-1)/(имп. с-1);

NRn+Tn(t) - суммарное количество зарегистрированных за длительность одного измерения τ импульсов от радона, торона и альфа-излучающих дочерних продуктов их распада в момент времени t, имп.;

NTn - количество импульсов от торона и альфа-излучающих дочерних продуктов его распада за длительность одного измерения τ, имп.;

τ - длительность одного измерения, с.

Технический результат – упрощение способа проведения мониторинга, повышение достоверности полученных результатов. 3 ил.

 

Изобретение относится к области измерения ядерных излучений, а именно к измерению в режиме мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта, и может быть использовано для исследования внутрисуточных вариаций плотности потока радона, оценки радоноопасности территорий, плотности ионизации приземного слоя атмосферы, изучения предвестников землетрясений, процессов и механизмов газообмена между грунтом и атмосферой, литосферно-атмосферных связей.

Известен 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 [RU 2428715 С1, МПК G01T 1/16 (2006.01), опубл. 10.09.2011]. Согласно этому способу 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 диффузионным фильтром, предотвращающим попадание торона из грунта. Перед измерением камеру проветривают в течение не менее чем 900 с, затем при открытой камере проводят фоновые измерения в течение t1 не менее 300 с, камеру закрывают и в течение промежутка времени t2 от 2400 до 48000 с производят измерение количества импульсов от бета- и гамма-излучения. 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.;

- 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, c-1.

t1 - время измерения фона, с;

t2 - время накопления радона, с.

Процесс измерений усложнен из-за того, что приходится открывать и закрывать накопительную камеру, периодически меняя фильтр в ее основании, что приводит к изменению условий измерения. Этим способом измеряют плотность возмущенного потока радона, то есть измеряют заниженное значение по сравнению с истинным значением плотности невозмущенного потока. Таким образом, все это приводит к увеличению суммарной неопределенности результата измерения.

Известен способ измерения плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта [Stieff L.R., Kotrappa P., Bigu J. Passive E-PERM® Radon Flux Monitors For Measuring Undisturbed Radon Flux From The Ground // International Radon Symposium. - Fletcher, North Carolina, 1996. - P. II-1.1 - II-1.6.], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что накопительную камеру, в корпусе которой выполнены несколько небольших отверстий для частичного выхода почвенного газа, а внутри расположен предварительно заряженный электретный детектор (тефлоновый диск), устанавливают на поверхность грунта, вдавливая края основания камеры до ограничительного кольца, на период от нескольких часов до месяцев. Почвенный радон поступает внутрь накопительной камеры через диффузионный фильтр, задерживающий торон, установленный в основании накопительной камеры. Внутри камеры радон распадается, происходит накопление продуктов распада и ионизация воздуха. Ионизация воздуха внутри камеры приводит к понижению поверхностного заряда электрета. После экспонирования, через 8 часов, извлекают электретный детектор и измеряют падение напряжения за счет радона стандартным измерителем. Скорость разрядки электретного детектора пропорциональна плотности потока радона.

Радон из накопительной камеры через отверстия в ее корпусе частично поступает во внешнюю атмосферу и внутри накопительной камеры устанавливается полуравновесная концентрация радона, которая изменяется со временем в зависимости от изменения плотности потока радона. Такая накопительная камера позволяет измерять плотность невозмущенного потока радона с поверхности грунта. Накопительную камеру предварительно калибруют для установления коэффициента переводящего показания измерителя в единицы плотности потока радона.

Недостатки способа-прототипа:

- большая длительность одного измерения, которая зависит от толщины тефлонового диска и составляет от 2 суток до 12 месяцев, что не позволяет проводить исследование внутрисуточных вариаций величины плотности потока радона;

- невозможность использования для мониторинга, т.е. проведения непрерывных последовательных измерений без участия оператора;

- необходимость периодически менять диффузионный фильтр в основании накопительной камеры, что приводит к изменению условий измерения.

Задачей изобретения является разработка способа мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта.

Поставленная задача решена за счет того, что способ мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта, так же как в прототипе, заключается в регистрации альфа-излучения продуктов распада радона, накопленных внутри установленной на поверхность грунта накопительной камеры, в корпусе которой выполнены отверстия для частичного выхода почвенного газа.

Согласно изобретению, предварительно, на месте установки накопительной камеры производят измерение плотности потока радона и торона с помощью радиометра, определяют количество импульсов от торона и альфа-излучающих дочерних продуктов его распада NTn. Затем устанавливают накопительную камеру на поверхность грунта и производят непрерывные последовательные измерения количества импульсов с длительностью одного измерения τ от 60 до 900 с, закрепленным внутри накопительной камеры сцинтилляционным альфа-детектором, чувствительная поверхность которого расположена не менее чем на 0,10 м выше поверхности грунта. Определяют поправочный коэффициент KRn для перевода скорости счета импульсов от радона и альфа-излучающих дочерних продуктов его распада в единицы измерения плотности потока радона. Плотность потока радона определяют из выражения:

где qRn(t) - плотность потока радона с поверхности грунта в момент времени t, Бк м-2 с-1;

KRn - поправочный коэффициент, (Бк м-2 с-1)/(имп. с-1);

NRn+Tn(t) _ суммарное количество зарегистрированных за длительность одного измерения τ импульсов от радона, торона и альфа-излучающих дочерних продуктов их распада в момент времени t, имп.;

NTn - количество импульсов от торона и альфа-излучающих дочерних продуктов его распада за длительность одного измерения τ, имп.;

τ - длительность одного измерения, с.

Известно [Яковлева B.C. Моделирование влияния состояния атмосферы и литосферы на динамику плотности потока радона и торона с поверхности земли // Известия ТПУ. 2010, Т. 317, №2, С. 162-166], что плотность потока торона с поверхности грунта (фиг. 1) почти не изменяется при изменении скорости адвекции (не более 2,6% в широком диапазоне значений 0<υ<10-5 м/с). Поэтому в выражении (2) величина NTn является постоянной для конкретного места мониторинга и не зависит от времени.

Выбор длительности одного измерения τ от 60 до 900 с зависит от технических характеристик выбранного альфа-детектора, а именно эффективности его регистрации, а также от объемной активности радона внутри накопительной камеры, и определяется требованием к неопределенности результата измерения. Ограничение на расстояние чувствительной поверхности детектора от поверхности грунта, равное 0,10 м, позволяет избавиться от "фона", который может быть обусловлен регистрацией альфа-частиц, образующихся при распаде радионуклидов, содержащихся в грунте.

В предлагаемом способе, количество и размер отверстий выбирают исходя из условия, что скорость счета импульсов внутри накопительной камеры должна быть не менее чем в 10 раз выше, чем скорость счета импульсов в открытой атмосфере при том же расстоянии чувствительной поверхности сцинтилляционного альфа-детектора от поверхности грунта. Это позволяет снизить статистическую погрешность (среднее квадратическое отклонение) результата измерений.

Таким образом, предложенный способ мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта является простым и достоверным.

На фиг. 1 представлены: сплошной кривой - зависимость плотности потока торона (ППТ) с поверхности грунта от скорости адвекции почвенных газов; штрих-пунктирной кривой - зависимость плотности потока радона (ППР) с поверхности грунта от скорости адвекции почвенных газов.

На фиг. 2 показана блок-схема устройства для мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта.

На фиг. 3 представлены результаты измерения плотности потока радона с поверхности грунта.

Для осуществления предлагаемого способа использовали устройство для мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта (фиг. 2), содержащее накопительную камеру 1, на верхней поверхности которой выполнено шесть отверстий 2. В верхней части накопительной камеры 1 закреплен сцинтилляционный альфа-детектор 3, чувствительная поверхность которого расположена на 0,10 м выше поверхности грунта. Сцинтилляционный альфа-детектор 3 соединен с блоком усиления сигнала 4 (БУС), к которому подключен счетчик 5 (С), связанный с компьютером 6 (ЭВМ).

Накопительная камера 1 объемом 4,71 л, высотой 0,15 м и площадью основания S=3,14⋅10-2 м2 и с ограничительным кольцом изготовлена из непроницаемого для радона материала – поливинилхлорида. Диаметр отверстий 2 составляет 4 мм.

В качестве сцинтилляционного альфа-детектора 3, блока усиления сигнала 4 (БУС) и счетчика 5 (С) использован блок детектирования БДПА-01 (ООО НТЦ «РАДЭК»), работающий под управлением заводского программного обеспечения на компьютере 6 (ЭВМ).

Для мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта выбрали площадку, расположенную около института мониторинга климатических и экологических систем г. Томска.

Предварительно, перед установкой накопительной камеры 1 на поверхности грунта произвели измерения плотности потоков радона и торона с помощью радиометра RTM 2200 (SARAD GmbH, Германия). Измеренные значения плотности потоков радона и торона составили: qRn(t)=15,82 мБк м-2 с-1 и qTn(t)=850 мБк м-2 с-1.

Затем, на месте установки устройства для мониторинга плотности невозмущенного потока родона с поверхности грунта определили количество импульсов NTn от торона и альфа-излучающих дочерних продуктов его распада за длительность одного измерения τ=600 с с помощью спектрометра СЭА-13П1 (ЗАО НПЦ «АСПЕКТ»), в котором использован полупроводниковый альфа-детектор типа D30 (ООО «СНИИП-Плюс»). NTn составило: NTn=7,80 имп.

После этого на грунт установили накопительную камеру 1 таким образом, чтобы чувствительная поверхность сцинтилляционного альфа-детектора 3 была расположена на 0,10 м выше поверхности грунта, при этом края накопительной камеры 1 вдавливали в грунт до ограничительного кольца. Через отверстия 2 радон частично поступал во внешнюю атмосферу, поэтому внутри накопительной камеры 1 в течение мониторинга сохранялась полуравновесная концентрация радона.

Альфа-частица, попадая в слой сцинтиллятора ZnS(Ag) сцинтилляционного альфа-детектора 3, вызывала появление вспышек света, которые в свою очередь, провзаимодействовав с материалом фотокатода этого детектора 3, выбивали из него электроны, которые «умножались» в результате вторичной эмиссии на динодах, в итоге на эквивалентном нагрузочном сопротивлении цепи анода возникал импульс напряжения. Далее сигнал поступал на блок усиления сигнала 4 (БУС), с выхода которого поступал на вход счетчика 5 (С) и передавался в компьютер 6 (ЭВМ).

Таким образом, производили измерение скорости счета импульсов внутри накопительной камеры 1 при длительности одного измерения τ 600 с, удостоверившись, что скорость счета импульсов внутри накопительной камеры 1 удовлетворяет условию, что она должна быть не менее чем в 10 раз выше, чем скорость счета импульсов в открытой атмосфере при том же расстоянии чувствительной поверхности сцинтилляционного альфа-детектора 3 от поверхности грунта.

Измеренное за τ=600 с суммарное количество импульсов NRn+Tn от радона, торона и альфа-излучающих дочерних продуктов их распада составило 48,60 имп. Скорость счета импульсов внутри накопительной камеры 1 составила 48,60 имп./600 с=0,081 имп./с, что в 40,5 раз выше скорости счета импульсов в открытой атмосфере, которая составила 0,002 имп./с.

Определили поправочный коэффициент KRn для перевода скорости счета импульсов от радона и альфа-излучающих дочерних продуктов его распада в единицы измерения плотности потока радона из выражения 1, который составил

Внесли KRn в программу компьютера 6 (ЭВМ) для расчета плотности потока радона.

Установили начальное время отсчета 00:00:00 02.09.2011, установили длительность одного измерения 600 с и при помощи компьютера 6 (ЭВМ) по выражению (1) провели мониторинг плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта. Первое измеренное значение qRn составило 14,20 мБк м-2 с-1. Остальные значения результатов мониторинга ППР приведены на фиг. 3.

Аналогичным образом провели измерения при длительности одного измерения τ=60 с и τ=900 с и получили первые измеренные значения qRn=13,90 мБк м-2 с-1 и qRn=14,24 мБк м-2 с-1 соответственно.

Способ мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта, заключающийся в регистрации альфа-излучения продуктов распада радона, накопленных внутри установленной на поверхность грунта накопительной камеры, в корпусе которой выполнены отверстия для частичного выхода почвенного газа, отличающийся тем, что предварительно на месте установки накопительной камеры производят измерение плотности потока радона и торона с помощью радиометра, определяют количество импульсов от торона и альфа-излучающих дочерних продуктов его распада NTn, затем устанавливают накопительную камеру на поверхность грунта и производят непрерывные последовательные измерения количества импульсов с длительностью одного измерения τ от 60 до 900 с закрепленным внутри накопительной камеры сцинтилляционным альфа-детектором, чувствительная поверхность которого расположена не менее чем на 0,10 м выше поверхности грунта, определяют поправочный коэффициент KRn для перевода скорости счета импульсов от радона и альфа-излучающих дочерних продуктов его распада в единицы измерения плотности потока радона, а плотность потока радона определяют из выражения:

где qRn(t) - плотность потока радона с поверхности грунта в момент времени t, Бк м-2 с-1;

KRn - поправочный коэффициент, (Бк м-2 с-1)/(имп. с-1);

NRn+Tn(t) - суммарное количество зарегистрированных за длительность одного измерения τ импульсов от радона, торона и альфа-излучающих дочерних продуктов их распада в момент времени t, имп.;

NTn - количество импульсов от торона и альфа-излучающих дочерних продуктов его распада за длительность одного измерения τ, имп.;

τ - длительность одного измерения, с.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу определения направления на источник ядерного излучения сцинтилляционными детекторами. Способ поиска и обнаружения источников ядерных излучений с использованием сцинтилляционных кристаллов, площадь поперечного сечения которых значительно меньше площади боковой поверхности, заключающийся на сравнении количества зарегистрированных частиц сцинтилляционными кристаллами, находящимися в непосредственной близости друг от друга, но под разными углами, обработки полученной измерительной информации и принятии решения о результате по минимальному зарегистрированному детектором событий каждым отдельным кристаллом.

Изобретение относится к области ядерного приборостроения, а именно к способам измерения мощности поглощенной дозы гамма-излучения с помощью сцинтилляционных детекторов.

Изобретение относится к новым неорганическим кристаллическим сцинтилляционным материалам на основе бромида лантана, легированного церием, и может быть использовано для регистрации ионизирующего излучения – гамма-квантов, рентгеновского излучения, космических излучений, элементарных частиц в фундаментальной физике, технике и медицине.

Изобретение относится к устройству обнаружения для обнаружения излучения. Устройство обнаружения для обнаружения излучения содержит вещество оксисульфид гадолиния (GOS) для формирования сцинтилляционного света в зависимости от обнаруженного излучения, оптический фильтр для снижения интенсивности части сцинтилляционного света, имеющего длину волны более 650 нм, блок обнаружения для обнаружения фильтрованного сцинтилляционного света.
Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для изготовления недорогих сцинтилляционных детекторов в самом широком диапазоне габаритных размеров и толщин.

Использование: для регистрации рассеянного рентгеновского излучения при контроле объекта посредством рентгеновского излучения. Сущность изобретения заключается в том, что не разбитый на пиксели объем сцинтилляционной среды преобразует энергию падающего проникающего излучения в сцинтилляционный свет, извлекаемый из области извлечения сцинтилляционного света посредством множества оптических волноводов, выровненных по существу параллельно друг другу в области извлечения сцинтилляционного света, примыкающей к не разбитому на пиксели объему сцинтилляционной среды, для направления света, извлеченного из сцинтилляционного света, и регистрации фотонов, направленных указанным множеством волноводов, с возможностью генерирования сигнала, характеризующего падающий поток рентгеновского излучения.

Изобретение относится к сцинтилляторному блоку, который может быть использован в рентгеновской детекторной матрице для компьютерной томографии (СТ). Сцинтилляторный блок содержит матрицу пикселей сцинтиллятора, причем каждый из пикселей сцинтиллятора имеет верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и боковые поверхности и причем пиксели сцинтиллятора размещены так, что боковые поверхности соседних пикселей сцинтиллятора обращены друг к другу, и поглощающую рентгеновские лучи оболочку, содержащую электрически изолирующий, сильно поглощающий рентгеновские лучи материал, причем сильно поглощающий рентгеновские лучи материал имеет атомное число больше чем 50; причем поглощающая рентгеновские лучи оболочка размещена на нижней поверхности пикселей сцинтиллятора; поглощающая рентгеновские лучи оболочка содержит частицы сильно поглощающего рентгеновские лучи материала, причем частицы включены в связующий материал; 90% частиц имеют размер между 1 и 50 мкм; и поглощающая рентгеновские лучи оболочка покрывает по меньшей мере 80% нижней поверхности каждого из пикселей сцинтиллятора.

Изобретение относится к области компьютерной томографии (КТ). Система визуализации содержит источник излучения и матрицу чувствительных к излучению детекторов, включающую в себя матрицу сцинтилляторов и матрицу фотодатчиков, оптически связанную с матрицей сцинтилляторов, причем матрица сцинтилляторов включает в себя Gd2O2S:Pr,Tb,Се, причем количество Tb3+ равно или меньше, чем пятьдесят мольных частей на миллион.

Изобретение относится к детектору излучения, используемому в устройствах визуализации медицинской радиологии. Детектор излучения включает в себя трехмерный многослойный сцинтиллятор, который включает в себя множество блоков сцинтиллятора, упорядоченных в матрицу трехмерным образом так, чтобы сформировать призму, в которой вложенные слои, имеющие показатель преломления, отличный от показателя преломления блоков сцинтиллятора, и/или имеющие характеристику поглощения или рассеяния света, излученного блоками сцинтиллятора, расположены на граничных поверхностях между множеством блоков сцинтиллятора, причем эти граничные поверхности проходят в направлении, перпендикулярном направлению высоты призмы, и светоизолирующие слои, которые изолируют передачу света, излученного сцинтиллятором, расположены на, по меньшей мере, некоторых граничных поверхностях, проходящих в направлении, параллельном направлению высоты призмы, и блок определения позиции, который определяет позицию излучения света в направлении высоты призмы на основе отношения величин энергии света, падающего на упомянутые два элемента приема света, образующих пару.

Изобретение относится к области детектирования слабых радиационных сигналов с помощью сцинтилляционных счетчиков и может быть преимущественно использовано в детекторах обнаружения бета-загрязнений.

Изобретение относится к детекторам ионов на космических аппаратах и в области ускорительной атомной масс-спектрометрии - с улучшенными характеристиками по степени идентификации ионов. Предложен детектор, работающий в условиях вакуума, состоящий из корпуса, заполненного благородным газом (Ar, Kr, Xe, Ne или He) при низком (около 0.01-0.5 атм) давлении, входного окна для пропуска ионов внутрь детектора, дрейфового объема, сформированного катодом из проводящей сетки и полеформирующими электродами, электролюминесцентного зазора (ЭЛ зазора), сформированного двумя проводящими параллельными сетками, фотоприемниками для регистрации пропорциональной электролюминесценции в ЭЛ зазоре, согласно изобретению фотоприемником является многоканальная сборка гейгеровских лавинных фотодиодов (ГЛФД) в виде матрицы, чувствительных в видимой и ближней инфракрасной (ИК) области спектра или в области вакуумного ультрафиолета (ВУФ), а плоскость ЭЛ зазора расположена либо перпендикулярно плоскости входного окна, т.е. вдоль трека иона и с поперечным дрейфом электронов первичной ионизации по отношению к треку, либо параллельно плоскости входного окна, т.е. поперек трека иона и с продольным дрейфом электронов первичной ионизации по отношению к треку. Детектор способен эффективно регистрировать отдельные ионы, т.е. работать в режиме счета ионов при их полной остановке в детекторе, и идентифицировать ионы путем измерения одновременно их полной энергии, а также ионизационных потерь (dE/dx) вдоль трека путем его сегментации на сектора измерения как с достаточно высоким пространственным разрешением вдоль трека (Δx<1 см), так и с высоким энергетическим разрешением для каждого из сегментов трека (σ/Е<2%). Заявляемая совокупность признаков позволяет регистрировать и идентифицировать ионы с энергией выше порядка 1 МэВ, причем с достаточно высоким пространственным (<1 см) и энергетическим (<2%) разрешением, что позволит повысить способность к идентификации ионов по сравнению с другими детекторами ионов. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх