СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ГАММА-ИЗМЕРЕНИЙ Российский патент 1995 года по МПК G01T1/167 

Изобретение относится к дозиметрии, а более точно к области радиационного контроля объектов внешней среды. Заявляемый способ можно использовать при проведении массового радиационного контроля пищевых продуктов.

Радиационный контроль пищевых продуктов является важным профилактическим мероприятием в системе мер, направленных на ограничение поступления радионуклидов с рационом. Эффективность радиационного контроля в основном зависит от степени его полноты. Под степенью полноты контроля понимается доля пищевых продуктов, охваченных контролем, от всей массы пищевых продуктов, нуждающихся в проведении радиационного контроля. Степень полноты радиационного контроля пищевых продуктов можно повысить с помощью привлечения гамма-измерений проб.

При практическом проведении массового радиационного контроля пищевых продуктов используют временные допустимые уровни (ВДУ), которые задают в единицах удельной активности (Бк/кг, Ки/кг) смеси радионуклидов, присутствующих в пищевом продукте. Для того, чтобы рентгенметр (например, ДРГ-01Т), измеряющий мощность дозы гамма-излучения, можно было использовать для измерения удельной активности смеси радионуклидов в пробках пищевых продуктов и других объектов внешней среды, должен быть определен коэффициент Г гамма-измерений, устанавливающий связь между удельной активностью смеси радионуклидов в пробе и регистрируемой мощностью дозы. Коэффициент гамма-измерений равен мощности дозы гамма-излучения от пробы, удельная активность радионуклидов в которой равна единице. Размерность коэффициента гамма-измерений имеет вид (мкР˙кг)/ /(ч˙Бк). Величина коэффициента гамма-измерений зависит от состава радионуклидов, присутствующих в пробе, и от выбранной геометрии измерения мощности дозы.

Существует способ (1) определения коэффициента гамма-измерения с использованием значений полных гамма-постоянных отдельных радионуклидов. Полная гамма-постоянная определяет величину мощности дозы гамма-излучения на определенном расстоянии от точечного источника радионуклида с единичной активностью. Если состав радионуклидов в источнике известен, то можно определить связь между удельной активностью смеси радионуклидов и мощностью дозы от источника. Однако эта связь будет справедлива только для точечного источника. Реальные пробы не являются точечными. Более того, для повышения чувствительности требуется увеличивать массу пробы. Другой недостаток этого способа состоит в том, что он не учитывает эффективность и другие параметры рентгенметра, влияющие на величину коэффициента гамма-измерений.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения коэффициента гамма-измерений, основанный на изготовлении образцового источника изменений (2, 3). Образцовый источник изготавливают по размерам, конфигурации и материалу по возможности ближе совпадающим с пробой, подлежащей измерению. В образцовый источник вносят известную активность радионуклида (радионуклидов). Изготовление образцового источника является сложным и трудоемким процессом, который можно осуществить только в условиях хорошо оснащенной лаборатории при наличии высококвалифицированных специалистов. Особенно трудно изготовить образцовый источник, включающий смесь радионуклидов. Полного набора требуемых радионуклидов в нужный момент может не оказаться. Для проведения массового радиационного контроля может потребоваться большое число образцовых источников. Такое число образцовых источников в короткий срок практически невозможно изготовить. Кроме высокой стоимости специально изготавливаемые образцовые источники недолговечны. Через сравнительно короткий срок образцовые источники нуждаются в поверке и обновлении. Кроме того, реально нет возможности изготавливать образцовые источники для разных, используемых при проведении радиационного контроля конфигураций упаковок пищевых продуктов и других объектов внешней среды. Целью заявляемого способа является упрощение определения коэффициента гамма-измерений.

Цель достигается тем, что в известном способе определения коэффициента гамма-измерений, включающем определение состава радионуклидов в пробе, измерение мощности дозы гамма-измерения от пробы в выбранной геометрии и измерение мощности дозы гамма-излучения от фоновой пробы, проводят бета-радиометрию препарата, приготовленного из той же пробы, на pадиометрической установке, опорный коэффициент бета-радиометрии которой определяют путем бета-радиометрии препарата соли хлористого калия, а коэффициент гамма-измерений вычисляют по формуле Г BОКБ_j·ε_j, (мкР·кг)/(ч·Бк) (1) где B (имп˙кг)/(мин˙Бк) (2)
опорный коэффициент бета-радиометрии используемой радиометрической установки;
Р_у мощность дозы гамма-излучения, зарегистрированная рентгенметром от пробы в выбранной геометрии измерения, мкР/ч;
Р_ф мощность дозы гамма-излучения, зарегистрированная рентгенметром от фоновой пробы в выбранной геометрии измерения, мкР/ч;
N_п скорость счета импульсов, зарегистрированная радиометрической установкой от препарата, приготовленного из той же пробы, имп/мин;
N_пф скорость счета импульсов фона радиометрической установки, измеренная в присутствии препарата, приготовленного из пробы с использованием алюминиевого фильтра, поглощающего бета-излучение, имп/мин;
N_k скорость счета импульсов, зарегистрированная радиометрической установкой от препарата, приготовленного из соли хлористого калия, имп/мин;
N_ф скорость счета импульсов фона радиометрической установки, имп/мин;
14320 удельная активность калия-40 в соли хлористого калия, Бк/кг;
ОКБ_j отношение коэффициента бета-радиометрии радионуклида j к коэффициенту бета-радиометрии калия-40;
ε_j- доля удельной активности радионуклида j в суммарной удельной активности смеси радионуклидов, присутствующих в пробе;
М полное число радионуклидов, каждый из которых обуславливает заметный вклад в суммарную удельную активность радионуклидов в пробе.

Коэффициент бета-радиометрии для радионуклида j равен отношению скорости счета импульсов от препарата за вычетом скорости счета импульсов фона радиометрической установки к удельной активности радионуклида j в препарате. Определены значения коэффициентов бета-радиометрии для радионуклидов, входящих в состав смеси продуктов ядерного деления, для двух разных геометрий измерения. Анализ значений коэффициента бета-радиометрии, полученных для разных геометрий измерения, показывает, что с изменением геометрии измерения величина коэффициента бета-радиометрии изменяется в несколько раз, а отношение коэффициентов бета-радиометрии для двух определенных радионуклидов при этом отклоняется в пределах возможной погрешности определения (менее 5%). Т.е. отношение коэффициентов бета-радиометрии для двух определенных радионуклидов с достаточной для практики точностью (5%) не зависит от используемой геометрии измерений. Это позволяет ввести в рассмотрение отношение коэффициентов бета-радиометрии (ОКБ), не связывая величину ОКБ с определенной геометрией измерения. Для массового проведения радиационного контроля объектов внешней среды в качестве опорного радионуклида целесообразно выбрать калий-40. Этот радионуклид присутствует в соли хлористого калия (КСl), причем удельная активность соли хлористого калия известна. Изготовление препарата из соли хлористого калия нужных размеров и конфигурации не представляет трудностей ввиду широкой распространенности и доступности этого реактива. Значения ОКБ для радионуклидов из состава смеси продуктов деления приведены в таблице 1. Эти значения рассчитаны как отношение величины коэффициента бета-радиометрии радионуклида j к величине коэффициента бета-радиометрии калия-40 при одинаковой геометрии измерений. На практике для используемой радиометрической установки и выбранной геометрии измерений определяют опорный коэффициент В бета-радиометрии для калия-40 по результатам бета-радиометрии препарата соли хлористого калия (см. формулу 2). Гамма-кванты хотя и с меньшей эффективностью, чем бета-частицы, все же регистрируются детектором. Чем больше масса измеряемого препарата объекта внешней среды, тем больше вклад гамма-квантов в скорость счета импульсов. При проведении бета-радиометрии скорость счета импульсов, обусловленная гамма-излучением препарата, должна относиться на счет фона. Поэтому при бета-радиометрии препарата объекта внешней среды скорость счета импульсов фона должна определяться в присутствии измеряемого препарата с использованием алюминиевого фильтра, обеспечивающего поглощение бета-излучения (толщиной около 1 г/см²). Если состав радионуклидов, присутствующих в пробе объекта внешней среды, известен, то суммарную удельную активность смеси радионуклидов в пробе по результату ее бета-радиометрии рассчитывают с помощью формулы a , Бк/кг (3) Состав радионуклидов в объектах внешней среды (например, в пищевых продуктах) определяют с помощью гамма-спектрометрического и радиохимического анализов. При этом используют небольшое число проб, каждая из которых представительна для большой массы пищевых продуктов. От стандартной упаковки объекта внешней среды, в котором суммарная удельная активность смеси радионуклидов определена с помощью бета-радиометрии, измеряют мощность дозы гамма-излучения в избранной геометрии. Отношение зарегистрированной мощности дозы за вычетом фона к суммарной удельной активности радионуклидов дает величину коэффициента Г гамма-измерений, имеющего размерность (мкР ˙кг)/(ч˙ Бк). Мощность дозы гамма-излучения пропорциональна суммарной удельной активности при сохранении состава смеси радионуклидов и геометрии измерения. Поэтому полученную величину коэффициента гамма-измерений можно использовать для определения суммарной удельной активности смеси радионуклидов в объекте внешней среды по результату измерения мощности дозы гамма-излучения от стандартной упаковки. Суммарную удельную активность смеси радионуклидов в объекте внешней среды по результату измерения мощности дозы гамма-излучения рассчитывают по формуле а (Р_у Р_ф)/Г, Бк/кг (4) При изменении состава радионуклидов в объекте внешней среды или (и) при изменении геометрии измерений мощности дозы гамма-излучения должно быть определено новое значение коэффициента Г гамма-измерений.

Как видно из представленных данных, использование опорного коэффициента бета-радиометрии, получаемого с помощью препарата хлористого калия, позволяет осуществлять радиационный контроль объектов внешней среды наиболее простым и широко доступным методом гамма-измерений проб. Если эта возможность реализуется на практике, то степень полноты контроля пищевых продуктов может быть обеспечена на уровне, близком к 100% Без привлечения гамма-измерений к радиационному контролю пищевых продуктов степень полноты контроля не может быть высокой, так как методы гамма-спектрометрических и радиохимических анализов требуют значительно большего времени и трудозатрат, чем гамма-измерения проб. Для проведения гамма-спектрометрических и радиохимических анализов требуется дорогостоящее оборудование и высококвалифицированный персонал. При использовании для массового радиационного контроля пищевых продуктов метода гамма-измерений проб функция гамма-спектрометрических и радиохимических анализов сводится к определению состава радионуклидов в отдельных типовых пробах. Основным источником погрешности в определении коэффициента гамма-измерений по заявляемому способу является получение данных о составе радионуклидов в анализируемой пробе. В зависимости от качества выполнения анализа состава радионуклидов относительная погрешность в определении коэффициента гамма-измерений может изменяться в пределах 15-50% Из-за широкой вариабильности биологических параметров, определяющих переход от поступления радионуклидов с рационом к дозе, обычно при установлении ВДУ для пищевых продуктов вводится коэффициент запаса. Поэтому даже верхний предел возможной относительной погрешности приемлем для практики массового радиационного контроля пищевых продуктов.

Пример осуществления способа. Способ применен при определении коэффициента гамма-измерений для полутуш говядины. С помощью гамма-спектрометрического анализа пробы мяса установлено, что вклады в удельную активность цезия-134 и цезия-137 соответственно равны 32,4 и 67,6% Удельная активность калия-40 в пробе мяса по сравнению с удельной активностью радионуклидов цезия мала. Такое соотношение удельных активностей радионуклидов цезия в мясе имело место через 1 год после аварии на Чернобыльской АЭС. Мощность дозы гамма-излучения от полутуши составила 350 мкР/ч. Бета-радиометрия толстослойного препарата этого мяса дала скорость счета импульсов за вычетом фона N_п N_пф 42 имп/мин. В этой же геометрии выполнена бета-радиометрия толстослойного препарата соли хлористого калия. Скорость счета импульсов за вычетом фона составила N_к N_ф 192 имп/мин. Согласно формуле (1) коэффициент гамма-измерений для используемой геометрии измерения полутуши равен
Г (0,18·0,324+0,2·0,676)=0,0216
Эта величина коэффициента гамма-измерений может использоваться при проведении массового контроля полутуш мяса до тех пор, пока сохраняется состав радионуклидов и геометрия измерений. Упрощение определения коэффициента гамма-измерений согласно заявляемому способу состоит в том, что исключается потребность в изготовлении образцовых источников. Положительный экономический эффект от использования способа оценивается суммой исключаемых затрат на изготовлении образцовых источников излучения. При проведении массового радиационного контроля объектов внешней среды могут потребоваться десятки тысяч образцовых источников. Применение заявляемого способа снимает потребность в изготовлении образцовых источников.

Использование: способ относится к области дозиметрии, а более точно к области радиационного контроля объектов внешней среды. Сущность изобретения: способ имеет целью упрощение определения коэффициента гамма-измерения. Эта цель достигается тем, что для определения коэффициента гамма-измерений производят определение состава радионуклидов в пробе, измерение мощности дозы гамма-излучения в выбранной геометрии, измерение мощности дозы гамма-излучения от фоновой пробы, проводят бета-радиометрии препарата, приготовленного из той же пробы, на радиометрической установке, опорный коэффициент бета-радиометрии которой определяют путем бета-радиометрии препарата соли хлористого калия, а коэффициент гамма-измерений вычисляют по формуле на основании результатов гамма-измерений и бета-радиометрии. Способ позволяет обойтись без изготовления образцовых источников излучения при определении коэффициента гамма-измерений. За счет исключения необходимости в образцовых источниках излучения снижаются затраты на проведение массового радиационного контроля объектов внешней среды. 1 табл.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ГАММА-ИЗМЕРЕНИЙ, включающий определение состава радионуклидов в пробе, измерение мощности дозы гамма-излучения от пробы в выбранной геометрии и измерение мощности дозы от фоновой пробы, отличающийся тем, что, с целью упрощения определения коэффициента гамма-измерений, проводят бета-радиометрию препарата, приготовленного из той же пробы, на радиометрической установке, опорный коэффициент бета-радиометрии которой определяют путем бета-радиометрии препарата соли хлористого калия, а коэффициент гамма-измерений вычисляют по формуле


где В (N_к N_ф) / 14320, (имп · кг) / (мин · Бк) опорный коэффициент бета-радиометрии используемой радиометрической установки;
P_у мощность дозы гамма-излучения, зарегистрированная рентгенметром от пробы в выбранной геометрии измерения, мкР/ч;
P_ф мощность дозы гамма-излучения, зарегистрированная рентгенметром от фоновой пробы в выбранной геометрии измерения, мкР/ч;
N_п скорость счета импульсов, зарегистрированная радиометрической установкой от препарата, приготовленного из этой же пробы, имп/мин;
N_пф скорость счета импульсов фона радиометрической установки, измеренная в присутствии препарата, приготовленного из пробы с использованием алюминиевого фильтра, поглощающего бета-излучение, имп/мин;
N_к скорость счета импульсов, зарегистрированная радиометрической установкой от препарата, приготовленного из соли хлористого калия, имп/мин;
N_ф скорость счета импульсов фона радиометрической установки, имп/мин;
14320 удельная активность калия-40 в соли хлористого калия, Бк/кг;
ОКБ_j-отношение коэффициента бета-радиометрии радионуклида j к коэффициенту бета-радиометрии калия-40;
Σ_j доля удельной активности радионуклида j в суммарной удельной активности смеси радионуклидов, присутствующих в пробе;
M полное число радионуклидов, каждый из которых обуславливает вклад в суммарную удельную активность радионуклидов в пробе.