Способ измерения количества продукта по его собственному излучению

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ПРОДУКТА ПО ЕГО СОБСТВЕННОМУ ИЗЛУЧЕНИЮ , заключающийся в измерении скорости счета собственного излучения контролируемого образца и сравнения ее со скоростью счета образца, принятого за эталон, о тлича ющи с я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения,- возникающей в результате самопоглощения радиоактивного излучения контролируемого об разца, проводят измерения скоростей счета в двух вьщеленных участках спектра собственного излучения в диа пазоне возможных изменений толщины контролируемых образцов, определяют эффективные массовые коэффициенты поглощения материала образцов в каждом из двух вьщеленных участков спек ра, измеряют скорости счета собствен ного излучения контролируемого образца в тех же участках спектра и оп яют количество радиоактивного кта в нем по формуле: . j - количество контролируемого радиоактивного продукта, г; j. - средняя скорость счета в первом выделенном участке спектра , имп/cj средняя скорость счета во втором выделенном участке спектра, имп/с-, .j- эффективный массовый коэффициент поглощения материала контролируемых образцов , (проб) в первом выделенном участке спектра, эффективньй массовьй коэффициент поглощения во втором вьщеленном участке спектра , , коэффициент пропорциональности , завися1ф1Й от геометрии измерения, изотопного состава, эффективности де тектора и т.д. и определяемый первичной градуировкой прибора при известных значениях Сд , rtj и п,7 для образца, принятого за эталон .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК..Я0„„743410

g g С 01 Т 1/167

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2694655/18-25 (22) 11. 12.78 где С

11

z пЦ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (46) 30. 11 ° 84. Бюл. Р 44 (72) И.И. Крейндлин, А.А.Правиков и Б.А.Соловьев (53) 621.039.8(088.8) (56) 1. Сборник "Neclear Maferial

Manapement. Vienna l966, с. 677-688.

I2.0ttmar Н,Natusek P In-process control of V 235 envichment in an LWR

fuel fabrucation plant"Nucl 1976, р. 19 1-204 (прототип) ° (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА

ПРОДУКТА ПО ЕГО СОБСТВЕННОМУ ИЗЛУЧЕ

НИЮ, заключающийся в измерении скорости счета собственного излучения контролируемого образца и сравнения ее со скоростью счета образца, принятого за эталон, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения, возникающей в результате самопоглощения радиоактивного излучения контролируемого образца, проводят измерения скоростей счета в двух выделенных участках спектра собственного излучения в диапазоне возможных изменений толщины контролируемых образцов, определяют эффективные массовые коэффициенты поглощения материала образцов в каж-. дом из двух выделенных участков спектра, измеряют скорости счета собственного излучения контролируемого образца в тех же участках спектра и оп- ределяют количество радиоактивного продукта в нем по формуле:

М) -„Р

С =К

"z

7 а с--

Т и

Й количество контролируемого радиоактивного продукта, г; средняя скорость счета в первом вьщеленном участке спектра, имп/с, средняя скорость счета во втором вь1деленном участке спектра, имп/с; эффективный массовый коэффициент поглощения материала контролируемых образцов (проб) в первом выделенном участке спектра, см /г; эффективный массовый коэффициент поглощения во втором выделенном участке спектра, см2 /г; коэффициент пропорциональности, зависяп(ий от геометрии измерения, изотопного состава, эффективности де» тектора и т.д. и определяемый первичной градуировкой прибора при известных значениях С5 z и 11 - для образца, принятого за эталон.

743410 2 и определяют количество радиоактивного продукта в нем по формуле:

МН с -,и

5 "I с=к 7

Изобретение относится к области измерения количества радиоактивных продуктов, а также к измерению количества радиоактивных продуктов по их собственному излучению в различных областях науки и техники, в которых используются радиоактивные изотопы.

Известен способ измерения коли- . чества радиоактивного продукта по его собственному излучению. Он заключается в измерении скорости счета собственного излучения контролируемого образца и определении коли— чества контролируемого продукта по градуировочному графику, построенному по образцам (пробам), принятым за эталонные (11.

Наиболее близким по технической сущности является способ по которо— му определяют количество урана-235 измерением скорости счета импульсов собственного гамма †излучен конт— ролируемого образца по линии 185 кэВ и сравнивают ее со скоростью счета образца, принятого за эталон (2 1.

При этом имеется в виду прямая пропорциональная зависимость между гамма-излучением 185 кэВ и количеством урана-235 в пробе.

Однако существующий способ изме30 рения количества радиоактивного продукта не позволяет учитывать самопоглощение собственного радиоактивного излучения контролируемого продукта при отклонениях толщины и плотности образца пробы от имеющихся в эталонном образце(пробе . Это вносит в большинстве случаев существеннуюдополнительную погрешность измерения.

Целью изобретения является умень- 40 шение погрешности измерения количества радиоактивного продукта (например урана-.235) в образце (пробе),. возникающей в результате самопоглощения радиоактивного излучения конт- 45 ролируемого образца.

Цель достигается тем, что проводят измерение скоростей счета в двух выделенных участках спектра собственного излучения в диапазоне возможных .50 изменений толщины. контролируемых образцов (проб), определяют эффектив.— ные массовые коэффициенты поглощения материала образцов (проб) в каждом из вьщеленных участков спектра, и55 измеряют скорости счета собственного излучения контролируемого образца{пробы) в тех же участках спектра

P.z — И пН где С вЂ” количество контролируемого радиоактивного продукта, г. г

n — средняя скорость счета в первом вьделенном участке спектра, имп/с; и;, — то же, но во втором вьделенном участке спектра, имп/с, — эффективный массовый коэффициент поглошения материала контролируемых образцов (проб) в первом выделенном участке спектра, см /г;

1 ;, — то же, но во втором вьделенном участке спектра, см /г

К вЂ” коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрии измерения, эффективностн, детектора и т.д и определяемый первичной градуировкой прибора при известных значениях С, n и и;, для образца принятого за эталонный.

Приведем вывод формулы (1) при- менительно к определению количества урана-235, находящемуся в образце совместно с ураном-238.

В этом случае при измерениях скоростей счета собственного излучения образцов (проб) и двух вьделенных участках спектра справедливы следующие выражения: тР = И,с,с,) е

-4-g3 ,-,.(p, С р, С,) е -, () где с(. — выход излучения на 1 r ура—

5 на-235 в первом выделенном участке спектра; с(, - выход излучения на 1 г ураВ на-238 в первом выделенном участке спектра; р — выход излучения на 1 r ура-. на-235 во втором выделенном участке спектра, " выход излучения на 1 r урана-238 во втором вьделенном участке спектра;

С вЂ” количество урана-235, г;

С - количество урана-238, г; где

1717

О 555 2/2

0,191

3 74341 — плотность материала образцов, г/см ;

D — толщина (диаметр) образца, см;

K> — коэффициент пропорциональнос5 ти, зависящий от геометрии измерения, эффективности детектора, и т.д. при измерениях в первом выделенном участке спектра,, 10

К;, — то же, но при измерениях во втором выделенном участке спектра.

Система уравнений (2) и (3) решается относительно С при одновременном исключении М и D

В результате получим формулу (1), И (»(ВО p-p

8 где .= — фиксированное значение

С5 25 изотопного состава урана.

С целью упрощения алгоритма обработки замеренных скоростей счета искомое количество радиоактивного продукта в контролируемом образце

30 (пробе) может быть также определено по формуле !

Х I L а и -р

5 л-- p, 35 которая является линейным приближе— нием точной формулы (1) .

Формула (5) получается непосредственно из выражения (1), разложе- 40 нием его в ряд Тейлора и использо-. ванием только линейных членов этоro ряда.

Эта формула дает менее точный результат чем формула (1), однако- 45 алгоритм обработки измерительной информации проще и точность, обеспечиваемая формулой (5), в ряде случаев оказывается вполне достаточной.

Пример. Проводят определе- 50 ние количества радиоактивного изотопа урана-235 в пробах, содержащих навеску шариков (несколько тысяч штук) различных диаметров, Шарики состоят из смеси урана-238 и урана- 55

235.

Трудности измерения заключаются ( в том, что из-за наличия разницы в

О 4 диаметрах шариков самспоглощение радиоактивного излучения в разных навесках будет разным и, следовательно, регистрируемые скорости счета от навесок не будут пропорциональны количеству урана- 35 в них.

Для проведения измерений берут три пробы шариков с диаметрами 423, 476 и 603 мкм соответственно. При этом каждая проба содержит 0,21 r изотопа урана-235. В качестве изме рительной аппаратуры используют сцинтилляционнь!й блок детектирования типа лимон" с размерами кристалла

150х 100 мм и анализатор. При проведении измерений контролируемая проба в виде монослоя накладывается на торцевую часть блока детектирования.

Для получения сравнительных данных измерения проводят известным и предлагаемым способами. При измерениях известным способом используют участок спектра 175-195 кэВ.

Для уменьшения погрешности измерения за эталонную принята навеска шариков диаметром 476 мкм, так как этот диаметр является примерно средним значением диаметров 423-603 мкм.

При подобных измерениях имеется в виду прямая зависимость регистрируемой скорости счета от количества контролируемого продукта.

Результаты измерений приведены в табл. 1.

При измерениях предлагаемым способом используют два выделенных участка спектра 84-114 и 175195 кэВ.

При этом плотность материала шариков у = 10 г/смз, .величины yD для шариков диаметром 423, 476 и 603 мкм равны соответственно 0,448; 0,486 и

0,639 г/см, а д у 1), т.е. разности значений gD для перечисленных выше диаметров шариков, равны соответственно 0 0,038 и О, 191 г/см

Результаты измерений приведены в табл. 2.

В расчетах использованы значения р. и р.;„которые определяются по выражениямм: и

1555 (— 0,136 см /2

1 ëg 3 0,191

I и„

Еи в

Ю1) 743410

Таблица 1

Истинное

Погрешность измерения, 7

Измеренное количество

2350 в пробе, r

Средняя скорость счета от пробы, имп/с

Диаметр шариков, Д, мкм количество з п пробе, г

0,210

О, 210

0,210

0223

423 1717

476 1615

603 1545

0210

0,200

Диаметр шариков

Д, мкм

Средняя скорость счета от проб

Измеренное количество

2 0 в про бе, г количество

2 U в про бе, г и., 1/сек и-„, 1/сек

1596

n = .1561

1 — 1717

423

0,210

0,203

0,210

0,210

0,210

0,210

476

-О, 95 и 1555 — 1545

603

Редактор Л.Письман Техред С.Мигунова Корректор 0 Тигор

Заказ 9162/4 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открыгий

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

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

Коэффициент К определяется при,известных значениях С = 0,21 г, п ——

1596 имп/с и n-,= 1717 имп/с и.равен

К = 1,3476 10".

Как видно из сопоставления данных, приведенных в табл. 1 и 2, погрешность измерения количества радиоактивного продукта в пробах при использовании предлагаемого способа по сравнению с известным уменьшилась более 10 чем в 6 раз.

Использование продукта позволит проводить измерения с существенно меньшими .погрешностями по сравнению с сушествующими способами.

Точность измерений количества радиоактивного продукта существующимн способами в ряде случаев оказывается недостаточной, в то время как использование предлагаемого способа обеспечивает требуемую точность и даст большой экономический эффект.

+6,2

Таблица 2

Истинное огрешность измерения, 7