Устройство для непрерывного контроля концентрации радиоактивных изотопов в жидкости

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ. ИЗОТОПОВ В ЖИДКОСТИ, содержащее измерительную кювету, вьтолненную в виде основной и компенсационной секций, окруженных свинцовой защитой, и два идентичных блока Детектирования, выходы которых через схему вычитания подключены к схеме регистрации, отличающееся тем, что, с целью-увеличения точности и повыиения чувствительности измерения, секции выполнены в виде цилиндров с колодцем по их оси, в котором. расположены блоки детектирования,а компенсационная секция окружена фильтром толщиной Rg - RK » причемRO'«K ; RO-'^O<«: "k't-.а высота основной секции выбрана из соотношенияН„=-НК I^Де^о^оиМкV^ шрадиус и высота основной и компенсационной секций соотве;..'ст-, венно;радиус колодца, в ко- . тором размещены блоки детектирования; L, - длина чувствительной части блока детекти- ' рования;р. ? - длина свободного про-] бега гамма-квантов с энергией, усреднен-] ной по спектру. 2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что фильтр вы- ^полнен из вещества, Ьлизкого по плот-5 ности к контролируемой жидкости.СП»

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изоБРетений и ОтнРытий,,(21) 2391643/18-25 (22) 02.08.76 (46) 30.10,83. Вюл.940 (72) A.Е. Шермаков, В.В. Пушкин, М.К. Романичев, Н.Й. Выковский и N.Ì. Андреева (53.) 539 ° 1.08(088.8) (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ КОНЦКНТРАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ.ИЗОТОПОВ В ЖИДКОСТИ, содержащее измерительную кювету, выполненную в виде основной и компенсационной секций, окруженных свинцовой защитой, и два идентичных блока детектирования, выходы которых через схему вычитания подключены к схеме регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности и повышения чувствительности измерения, секции выполнены в виде цилиндров с колодцем по их оси, в котором

- расположены блоки детектирования, а компенсационная секция окружена фильтром толщиной Rо — R, причем

„„SU„„600917 А

3(5g Q 01 Т 1/167 601 Т 7/00 ко " к, о- о< ; Hê >L а высота основной секции выбрана из соотношения о

H0= R Нк, к . Де йо Но и R„Н„- РаДиУс и высота основной и компенсационной секций соотве". ст-. венно; о — радиус колодца, в котором размещены блоки детектирования; (. — длина чувствительной части блока детекти- рования; Ф

1 — длина свободного про-Е бега гамма-квантов . с энергией, усредненной по спектру.

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что фильтр вы» полнен из вещества, ьлизкого по плот ности к контролируемой жидкости.

600917

Кроме того, так как детекторами

"просматривается" не весь объем измерительной кюветы, а только его неколлимированная часть и в силу той же причины используется не весь чувствительный объем самих детекторов, резко снижается чувствительность известного устройства.

Целью изобретения является увеличение точности и повышение чувствительности измерения.

Цель достигается тем, что в известном устройстве для непрерывного контроля концентрации радиоактивных изотопов в жидкости технологических контуров, содержащем измерительную кювету, выполненную в виде основной и компенсационной секций, окруженнь1х свинцовой защитой, и два идентичных блока детектирования, выходы которых через схему вычитания подключены к схеме регистрации, секции выполнены в виде цилиндров с колодцем по их оси, в котором расположены блоки детектирования, а компенсационная секция окружена фильтром толщиной R — и при ем î „ о "ос ;НкЯ ., о к а высо=а основной секции выбрана иэ сост ноше ния

Он

0 К !

К Изобретение относится к области ядерного приборостроения и может (ыть использовано на АЭС и радиохи- . мических производствах для контроля концентрации радиоактивных изотопов в жидкости. 5

Известно устройство для непрерывного контроля концентрации радиоактивных изотопов в жидкости, протекающей по трубопроводам и непрерывно стбираемой из них в измерительную 10 кювету, содержащее свинцовую защиту от внешнего гамма-излучения, регистрирующую схему, блок детектирования, размещенный в камере, через которую по винтовой трубке прокачивается 35 контролируемая жидкость, и измеряющий контролируемое излучение,излучение внешнего фона, собственный фон и излучение радиоактивных изотопов, адсорбированных на стенках винтовой трубки. Блок детектирования размещен по оси намотки винтовой трубки.

Кроме того, известно устройство для непрерывного контроля концентрации радиоактивных изотопов в жид- g5 кости, содержащее измерительную кювету, в которую по пробоотборной трубке непрерывно отбирается жидкость, основной блок детектирования, измеряющий контролируемое излучение З0 жидкости, излучение внешнего фона, собственного фона и излучение радиоактивных изотопов, адсорбированных на стенках измерительной кюветы,,,размещенные в свинцовой защите

35 компенса.1ионный блок детектирования, измеряющий излучение внешнего фона и собственного фона и размещенный в отдельной свинцовой защите, схему компенсации и регистрирующую схему.

Такие устройства характеризуются. недостаточной точностью при изменении концентрации радиоактивных изотопов в контролируемой жидкости в широких пределах за счет влияния адсорбированных на стенках измерительной 45 кюветы радиоактивных изотопов.

В ряде случаев, когда после высокоактивных растворов бывает необходимо, измерять растворы с низкой удельной активностью, результат та- 50 кого. измерения недостоверен, Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство í непрерывного контроля концентра 55 ции радиоактивных изотопов в жидкости, протекающей по трубопроводу и непрерывно отбираемой из него.

Это устройство состоит из секционированной измерительной кюветы, стенки которой параллельны, а глубина различна, двух блоков детектирования, двух коллиматоров, через которые блоки детектирования "просматривают" объемы жидкости „ и 1/ и ближайшие к детекторам площади S„è 5> поверхности стенок секционированной измерительной кюветы, причем отноМ1 51 щения — 1 = P и — 1 = p постоянны и не

Ч, "° 5," равны друг другу, из схемы вычитания и сложения и свинцовой защиты, окружающей блоки детектирования и кювету.

Основной и компенсационный блоки детектирования размещены в свинцовых коллиматорах и регистрируют излучение от контролируемой жидкости, излучение от адсорбированных на стенках измерительной кюветы радиоактивных изотопов, излучение внешнего и собственного фона.

Однако известное устройство в случае большого меняющегося во времени внешнего гамма-фона {до 0,8 мкр/с в обслуживаемых помещениях по НРБ-69 ) не позволяет с достаточной точностью измерять концентрацию радиоактивных изотопов в жидкости, так как скорости счета й„ и N> содержат вклады скоростей счета не только от объемной и поверхностно-адсорбированной активностей, но также и вклады внешнего гамма-фона и собственного фона.

Поэтому после обработки сигналов в схемах вычитания и сложения полученная раэность 2 Х„ - И2 содержит вклады от внешнего и собственного фона, которые вносят систематическую ошибку в измерении.

600917 гдеR,Н и R, H„- радиус и высота основ.ной и компенсационной секций соответственно; го — радиус колодца, в котором размещены бло-5 ки детектирования;

L — длина чувствительной части блока детектирования; — длина свободного про-(р бега гамма-квантов с энергией, усредненной по спектру.

Кроме того, фильтр выполнен иэ вещества, близкого по плотности к конт-15 ролируемой жидкости.

На фиг.1 изображено предложенное устройство, вариант; на фиг.2 — разрез А-A на фиг.1 р на фиг.3 — график зависимости средней скорости счета в относительных единицах )(зависимость средней скорости света рассчитана с учетом экспоненциального ослабления гамма-квантов в жидкости и в стенках кюветы и блока детектирования для энергии гамма- квантов

0,66 МэВ ) от поверхностно-адсорбированной активности для различных высот И и радиусов R секций с колодцем радиуса го =3 см; на фиг 4 — график зависимости средней скорости сче-30 та от объемной активности для различ ных высот и радиусов секций с колодцем радиуса rz =3 см.

Устройство для непрерывного контроля концентрации радиоактивных 35 изотопов в жидкости содержит измерительную кювету, состоящую из основной

1 и комгенсационной 2 секций с расположенными по их оси колодцами 3, в которых размещены идентичные блоки 4 детектирования, имеющие свинцовую защиту 5 и "просматривающие" объемы секций 1 и 2, схему 6 вычитания, входы которой соединены с выходами детекторов, а выход — с регистрирующей схемой 7, и фильтр 8, выполненный из материала, близкого по плотности к контролируемой жидкости, окружающей секцию 2. Секции 1 и 2 могут быть расположены . 50 соосно одна над другой (фиг.1) илй рядом.

Устройство работает следующим образом.

Ламинарный поток контролируемой жидкости прокачивается через секции

1 и 2 измерительной кюветы, где она обмеряется блоками 4. Средние скорости счета с блоков детектирования, расположенных в секции 1 и„ и в секции 2 1„, обусловлены объемной актив-.50 костью жидкости по и и „, поверх- ностно-адсорбированными радиоактивными изотопами О5 и и„э, внешним гамма-фоном и ф и п „ф и собственным фоно л n„„и n „., т.е. 65

0Ч 05 Оф цр к KV К5 кф кс

Защита 5 уменьшает вклад внешнего фона и и n „, но полностью его не исключает, так как в ней всегда имеются. конструкционные неплотности (места сочленений-отдельных частей защиты, отверстия под кабель и т.д.), через которые возможен "прострел" гамма-квантов и попадание их в блок детектирования. Кроме того, сам свинец защиты содержит небольшое количество радиоактивного свинца. Поэтому "прострел" увеличения толщины свинцовой защиты может снизить фон на два-три порядка, дальнейшее же ее увеличение, не давая заметного уменьшения фона, приводит к неоправданному увеличению веса блока детектирования.

Для исключения влияния на результат измерения внешнегф фона, собственного фона и фона от поверхностноадсорбированных радиоактивных изотопов сигналы с блоков детектирования подаются на схему 6, с которой разность n0 -n„ ïoñòóïàåò далее на схему 7, где полученная разность обрабатывается и представляется в единицах объемной активности.

Равенство пос = п обеспечивается выбором идентичных блоков

4. Разница в толщинах слоев жидкости окружающей эти блоки в секциях .

1 и " приводит к различию между и и „ ф . Для ее устранения секция 2 окружена фильтром 8 из материала, близкого по плотности к контролируемой жидкости, и толщиной, равной разнице в толщинах слоев жидкости.

В этом случае равенство n 5 =- n „5 дос. тигается определенным выбором размеров секций измерительной кюветы.

Из фиг.2 видно, что если высота секции 1 Но выбрана из условия I

R о H к то телесные углы Я,, ь2, Я, К под которыми "видны" боковые стенки секций 1 и 2 из элемента поверхности детектора д5, равны и, следовательно, вклады в среднюю скорость счета от адсорбированных на боковых стенках секций радиоактивных изотопов равны.

В действительности из-эа того, что ослабление потока гамма-квантов в жидкости в секции 1 несколько больше, чем в секции 2 (больше слой жидкости ), вклад в среднюю скорость счета от боковых стенок секции

2 больше, чем от секции 1.

В то же время вклад от радиоактивных изотопов, адсорбированных стенкой колодца 3, будет больше для блоМ

600917 ка детектирования, размещенного в секции 1 ° Причем отдаленные по высоте участки боковой поверхности колодцев 3 дают существенно меньший вклад, чем участки боковой поверхности колодцев 3, расположенные 5 непосредственно перед элементом поверхности счетчика d5, так как при небольших радиусах колодца 3 отдаленные участки поверхности видны из дЬ под острыми углами я кроме того, сказывается ослабление гамма-квантов слоем жидкости.

Например, если о =30 мм, Н„ =100 ьм, а Н =180 мм, то средние скорости счета, обусловленные радиоактивными изотопами, адсорбированными боковыми стенками колодцев 3 указанных размеров, отличаются не более чем на 10%. Поэтому несколько больший вклад в среднюю скорость счета блока детектирования, расположенного в секции 2, от боковых стенок будет компенсироваться большим вкладом в среднюю скорость счета блока детектирования, расположенного в секции 1, от поверхности колодца 3.

Если выбрать высоту. секции 1 по Формуле Т, то, как показали теоретические расчеты и их экспериментальная проверка (см.график на фиг,3, можно обеспечить равенство э = пк с ЗО точностью h не менее чем 5%.

Таким образом, с достаточной степенью точности полученная в схеме

6 разность и - п

На фиг. 4 видно, что средняя скорость счета наиболее быстро увеличивается на участке кривой, где Р- а< (K. При значениях Р) + сказывается самопоглощение жидкости, и кривые становятся более пологими.

Поскольку измеряемая объемная активность пропорциональна и — и то выгодно брать радиусы секцйй измерительной кюветы на участке, где кривая имеет наиболее быстрый рост, что позволяет получить одну и ту же разность при меньших размерах секций. Высота секции 2 Н„выбрана так, чтобы вся чувствительная часть блока 4 разместилась в колодце.

3 и использовалась наиболее эффективно.

Таким образом, в предложенном устройстве наряду с фоном от поверхностно-адсорбированных веществ компенсируются фон от внешнего гаммаизлучения и собственный фон блока детектирования1 что существенно повышает точность измерений.на нижнем пределе измеряемых концентраций.

Кроме того, из-за более эффективного использования объема измерительной кюветы и полезного объема детектора существенно повиаается чувствительность устройства, что в свою очередь позволяет повысить точность измерений или при заданной точности понизить нижний предел минимально регистрируемых концентраций радиоактивных изотопов.

Так, например, гo =3 cM Q0 =9 см;

1 =6 см; Нк =12 см и Но = — ° 12 =18см о

n =, с точностью d" 3% (см.графикна Фиг.3).

При этоМ чувствительность устройства равна 2 Ю c д цляйаЭ(Т6)25х25.

Кроме того, предложенное устройство более просто по конструкции и технологическому изготовлении,так как измерительная кювета может быть изготовлена из стандартных труб, а используя набор сменных блоков детек« тирования с различной чувствительностью, можно с одной и той же измерительной кюветой проводить измерения концентрации радиоактивных изотопов в жидкости в широких пределах.

600917

2 5 . б g 10 1Z В

Мыл

Рса. 4

Редактор 3. Бородкина Техред В,далекорей Корректор N. демчик

Заказ 8155/4 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )(-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4