СПОСОБ ПОДСЧЕТА ТРЕКОВ АЛЬФА-ЧАСТИЦ В НИТРОЦЕЛЛЮЛОЗНОМ ДЕТЕКТОРЕ Российский патент 1997 года по МПК G01T5/02 G01T5/10 

Изобретение относится к области детектирования ядерных излучений с помощью твердотельных трековых детекторов ТТД, а точнее, к измерению удельных концентраций альфа-излучающих радионуклидов в окружающей экосфере путем длительного экспонирования нитроцеллюлозных /НЦ/ ТТД. Целью таких измерений является определение местностей и материалов с повышенной концентрацией радона, поскольку именно он определяет 40% дозы внешнего облучения на человека /Science News, Vol. 134, N 13, 1988/. При этом до сих пор количественно на учитывался эффект зарастания альфа-треков в НЦ, поскольку в проводимых исследованиях получался слишком большой разброс данных (M. Urban et al. NTRM, v, 8, N 1, p. 175, 1984).

Эффект зарастания (увядания) треков общий для всех ТТД, как органических, так и неорганических. Для этой последней группы материалов проведено большое количество исследований, в результате которых установлено, что уменьшение количества подсчитываемых треков после выдержки облученного детектора перед обработкой в течение некоторого периода времени, в основном, подчиняется экспоненциальному закону (A Girstmair et al, NTRM, v. 8, N 1-4, p. 381, 1984). Однако вопрос восстановления истинного исходного количества треков до сих пор не решен.

Технической задачей настоящего изобретения является решение задачи получения истинного количества зарегистрированных в процессе экспонирования треков и, тем самым, определение реальных значений активностей источников излучения.

Поставленная задача достигается тем, что подсчитанное методом искрового обсчета количество треков N_count домножается на вводимый нами параметр коэффициент увядания K, т.е.

N_real=N_count•K_f /1/

где ε_o эффективность регистрации излучения НЦ детектором в геометрии 2π параметр методики обработки;
e_ch характеристическая эффективность вводимый нами параметр НЦ материала для такой же методики обработки;
D количество дней экспозиции;
d количество дней от конца экспозиции до обработки;
f коэффициент увядания вводимый нами параметр.

Итак, для математического описания процесса зарастания нами вводятся два ранее не существовавших параметра. Поэтому для подтверждения факта реальность и достоверности введенных параметров рассмотрим экспериментальные данные.

Процедура из набора производилась следующим образом. В течение одного дня облучалась партия детекторов в количестве 50 штук, чтобы охватить 10 временных точек, по 5 детекторов в каждой, для получения достаточной статистики. Облученные детекторы упаковывались в полиэтиленовые пакеты и укладывались в эксикатор со свинцовой защитой с целью исключения воздействия влаги и фонового альфа излучения. По истечении заданного интервала времени производился обсчет снимаемой с хранения партии. Методика обработки стандартная и заключается в предварительном химическом травлении и последующем искровом обсчете /Gross W. G. aud Tommarino L./1970/ Radiat. Effect. 5, 85-89/.

Полученное при обсчете количество импульсов N_count до сих пор считалось связанным с количеством попавших на детектор альфа-частиц Φ, через эффективность регистрации e_o являющуюся параметром данной НЦ пленки, с помощью выражения:
N_count=ε_o•Φ (3)
Таким образом, без учета эффекта зарастания на графике εf/D/ мы должны иметь прямую линию. На фиг. 1, однако, мы имеем следующую кривую, выходящую на плато. Этот рисунок включает данные от трех разнесенных во времени циклов измерений, проведенных в течение 1991 93 г. с целью набора достоверной статистики. Из него следует, что значение e_o мы практически имеем лишь для эталонных детекторов, которые служат для контроля качества процесса травления и облучаются непосредственно перед ним. При наличии же интервала D мы сразу подвергаемся эффекту увядания.

Этот результат находится в прекрасном соответствии с данными одной из последних работ по термической обработке облученных нитроцеллюлозных детекторов /E. Savvidis et al. Nucl. Tracks, v. 19, N 1 4, pp. 115-116, 1991/. В этой работе проводились оптические измерения диаметров треков в зависимости от времени выдержки при определенной температуре. Получаемый нами спад эффективности при искровом обсчете вызван непосредственно зарастанием, т.е. уменьшением диаметров треков.

Впервые, однако, установлено, что проведение выдержки при комнатной температуре приводит по истечении примерно 20 дней к прекращению спада эффективности и выходу на плато, среднее значение эффективности на котором и назовем характеристическим ε_ch Следует отметить, что эта величина остается примерно одинаковой для различных партий НЦ пленок и, значит, является параметром методики обработки в большей степени, чем параметром материала.

Для подтверждения факта существования этого нового параметра были проведены дополнительные измерения. Из теории трековых детекторов известно, что величина эффективности регистрации ε связана с критическим углом регистрации q т.е. таким углом падения частиц на детектор, ниже которого они не регистрируются, т.к. не создают проявляемых химическим травлением зон радиационных разрушений. При этом связь между ними дается выражением
e=1-sinθ (4)
Для получения значения ε_ch=20,3% из формулы /4/ следует значение θ_ch=52^° Т. о. если облучать детекторы в пределах углов 52 90^o, мы не должны иметь спада эффективности от времени. На фиг. 2 представлены результаты проведенных в этом направлении измерений. Из него следует, что если альфа-частицы входят в детектор под углами выше θ_ch, они создают незарастающие треки. Т.о. наличие у НЦ-пленки характеристической эффективности является достоверно установленным новым параметром. Экспериментальная проверка методики коррекции проведена следующим образом.

Было выполнено облучение детекторов в специальном радоновом боксе НИИРГ, имеющем свидетельство о метрологической аттестации, и обеспечивающем в рабочем объеме постоянную активность 222_Rn. Таким образом, если в течение суточной экспозиции в детекторе образуется N треков, то за период облучения D суток, при отсутствии эффекта увядания, мы должны получить N_d N•D треков. Однако, как видно из таблицы реально полученные значения N_count для многосуточных экспозиций существенно меньше значений N_D.

Полученные же величины скорректированного реального флюенса - N_real с помощью предлагаемого способа по формуле /1/ в пределах погрешности методики совпадают с действительно полученным реальным флюенсом N_d. Нескорректированные значения флюенса для многосуточной экспозиции могут занижать величину реального флюенса до полутора раз, а при более длинных и до нескольких раз. Отсюда очевидно следует необходимость коррекции увядания при долговременных радоновых экологических измерениях.

На фиг. 1 показана зависимость эффективности регистрации от интервала между облучением и травлением детектора.

На фиг. 2 дана зависимость эффективности регистрации от времени выдержки для различных интервалов углов облучения θ 90^o детектора.

Сущность изобретения: твердотельным трековым детекторам из нитроцеллюлозы присущ эффект зарастания альфа-треков с течением времени, что приводит к уменьшению количества подсчитываемых треков в процессе обработки и, тем самым, к занижению величины удельных концентраций альфа-излучающих радионуклидов в окружающей экосфере. Способ заключается в экспонировании детектора, его химическом травлении и искровом обсчете, причем, данные искрового обсчета домножаются на коэффициент увядания, определяемый по формуле:
K=ε_ch+(ε_o-ε_ch)[1-(1-f)^Д]/f/ε_ch+(ε_o-ε_ch)(1-f)^d ,
где ε_o - эффективность регистрации альфа-частиц; ε_ch - характеристическая эффективность; D - количество дней экспозиции детектора; d - количество дней от конца экспозиции до обработки; f - коэффициент увядания, а именно - число заросших в течение дня треков по отношению к исходному их количеству. 2 ил., 1 табл.

Способ подсчета треков альфа-частиц в нитроцеллюлозном детекторе, включающий его экспонирование, химическое травление и искровой обсчет, отличающийся тем, что реальное количество треков находят путем домножения данных исковрового обсчета на коэффициент увядания, определяемый по формуле

где ε_o эффективность регистрации альфа-частиц нитроцеллюлозным (НЦ) детектором в геометрии 2π, являющаяся параметром методики обработки;
e_ch характеристическая эффективность НЦ-материала;
D количество дней экспозиции детектора;
d количество дней от конца экспозиции до обработки;
f коэффициент увядания число заросших в течение дня треков по отношению к исходному их количеству.