СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ СТРОНЦИЯ-90 В ОБЪЕКТАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Российский патент 1997 года по МПК G01T1/167 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно, к способу измерения удельной активности чистого бета-излучателя, стронция-90 в различных объектах окружающей среды и может быть использовано в радиометрии, радиобиологии, экологии и охране окружающей среды.

Известен способ радиометрировния чистого бета-излучателя в пробе, содержащей бета- и гамма-излучатель, заключающийся в измерении последовательно скоростей счета на бета-радиометре и гамма-радиометре и определении скорости счета чистого бета-излучателя по разности между скоростью счета, измеренной бета-радиометром, и скоростью счета, измеренной гамма-радиометром, умноженной на коэффициент пересчета, определяемый соотношением скоростей счета, измеренных бета- и гамма-радиометрами от образца, не имеющего чистого бета-излучателя.

Недостатком указанного способа являются большие погрешности измерений при исследовании проб с неизвестным процентным составом бета- и гамма-излучающих радионуклидов, обусловленные различием чувствительностей бета- и гамма-детекторов к радионуклидам, различающимися энергетическими спектрами. Кроме того, точность измерений в каждом конкретном случае в зависимости от наличия неизвестного количества чистых бета-излучателей в среде будет разной и заранее непредсказуемой.

Цель изобретения повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что удельные активности бета- и гамма-излучающих радионуклидов, легко идентифицируемые и определяемые с высокой точностью на гамма-спектрометре, затем преобразуются в их скорости счета, каждый в отдельности по чувствительностям, определяемым для конкретного бета-радиометра с помощью эталонов. Этим обеспечивается точный вклад каждого в общую скорость счета; а разность между измеренной общей скоростью счета и суммой указанных будет иметь значение скорости счета чистого бета-излучателя, каковым, в основном, в окружающей среде является стронций-90.

Дополнительно точность повышается за счет того, что определение общей скорости и чувствительностей производится в области спектра основных энергий излучения бета-частиц стронция-90. В этом случае при ограничении снизу исключается влияние на измерение низкоэнергетических чистых бета-излучателей, например наиболее распространенного в окружающей среде углерода-14, а при ограничении спектра высоких энергий мешающие чистые бета-излучатели не будут вносит существенного вклада в результаты измерений.

Пример выполнения способа
Для реализации способа используют многоканальный анализатор амплитуд импульсов, например NUC-8192, к одному из каналов которого подключают бета-детектор, например БДЖБ-02 от радиометра РКБ4-1еМ, а на другой канал подают сигнал от гамма-детектора, имеющего высокую разрешающую способность, например от полупроводникового детектора ДГДК-190.

Определение удельной активности стронция-90 осуществляют следующим образом. Предварительно в бета-детектор устанавливают специальные эталонные образцы удельной активности естественных радионуклидов уранового и ториевого ряда, калия-40, а также искусственных радионуклидов цезия-137 и стронция-90 с наполнителем, соответствующим измеряемой пробе и определяют скорость счета для энергий излучения бета-частиц от 0,1 до 0,5 МэВ каждого образца отдельно.

Чувствительности определяют по формуле:
K_i N_i/Q_i, [кг/с•Бк]
где
N_i скорости счета эталонов, [с^-1]
Q_i удельные активности эталонов, [Бк/кг]
Затем в оба детектора помещают анализируемую пробу и производят запись бета- и гамма-спектров за время, необходимое для получения требуемой точности.

Далее, на встроенной в анализатор ЭВМ по специальной программе, например ASPRO-NUC, из гамма-спектра определяют удельные активности бета- и гамма-излучающих радионуклидов, а из бета-спектра, ограниченного энергиями излучения бета-частиц от 0,1 до 0,5 МэВ, определяют общую скорость счета. Используя дополнительную программу, удельную активность стронция-90 вычисляют по следующей формуле:
Q_Sr= N_β-ΣQ_i•K_i/K_Sr, [Бк/кг],
где
N_β общая скорость счета, [с^-1]
Q_i удельные активности бета- и гамма-излучающих радионуклидов, [Бк/кг]
K_i, K_Sr чувствительности бета-радиометра, соответственно к бета- и гамма-излучающим радионуклидам и стронцию-90, [кг/с•Бк]
Экспериментальная проверка предложенного способа производилась на аппаратуре, указанной в примере выполнения способа. Был проведен анализ определения удельной активности стронция-90 в поверхностных образцах почв Алтайского края. В качестве сравнительного использовался аттестованный радиохимический способ [3]
Радиохимический способ определения удельной активности стронция-90 осуществлялся радиологической лабораторией проектно-изыскательского Центра агрохимической службы "Алтайский", а бета- и гамма-спектрометрический анализы производились авторами. Время измерений (накопление спектров) составляло 10000 с.

Полученные результаты сведены в таблицу.

Коэффициент линейной корреляции, рассчитанный по данным таблицы, составляет 0,85. Отсюда можно считать, что с вероятностью 99% корреляция между этими способами существует.

Как видно из таблицы, средняя стандартная погрешность радиохимического способа составляет ±3,2 Бк/кг, а предложенного ±5,3 Бк/кг. учитывая, что стандартная погрешность обратно пропорциональна корню квадратному из времени измерений, то увеличив его до 8 ч (28800 с), получим стандартные погрешности указанных методов равными.

Известен способ определения удельной активности стронция-90, осуществляемый с помощью радиометра бета-излучения "Бета" по методике, совпадающей с прототипом.

Сущность способа заключается в измерении общей скорости счета, определения общей удельной активности по чувствительности "Бета" к стронцию-90 и вычитания из нее средней удельной активности калия-40, как b g -излучателя, содержащегося в больших количествах в образцах окружающей среды. Причем, значения удельной активности калия-40 для различных сред берутся из данных таблицы.

Недостатком известного способа является большая погрешность измерения. Она обусловлена тем, что активность калия-40 берется усредненная и кроме того не учитывается вклад в общую b -активность других b и g -излучающих радионуклидов, содержащихся в пробах.

Минимальная измеряемая удельная активность при 50% погрешности известного способа составляет 100 Бк/кг (см. технические характеристики радиометра "Бета").

Как видно их экспериментальной проверки, если время измерения предложенным способом взять 8 ч то по чувствительности, а следовательно и по точности он будет на порядок выше, чем известный.

Источники информации
1. Плискин Ю.С. и др. Методы и аппаратура для измерения радиоактивности проб металла и шлака. М. Металлургиздат, 1963, стр. 56.

2. А. А. Моисеев, В.И. Иванов, Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене, М. Энергоиздат, 1990. стр. 15 30.

3. Методические указания по определению содержания стронция-90 и цезия-137 в почвах и растениях. М. МСХ СССР, 1985.

Использование: радиометрия, радиобиология, экология и охрана окружающей среды. Сущность изобретения: с помощью бета-спектрометра измеряют общую скорость счета исследуемого образца в диапазоне основных энергий излучения бета-частиц строния-90. Затем определяют удельную активность на гамма-спектрометре всех радионуклидов, входящих в этот образец, являющихся одновременно гамма- и бета-излучателями. По предварительно измеренным с помощью эталонов чувствительностям бета-спектрометра к этим радионуклидам, а также в области основных энергий бета-частиц стронция -90, преобразуют удельные активности в их скорости счета. Удельную активность стронция-90 вычисляют, вычитая из общей скорости счета все скорости счета бета- и гамма-излучающих радионуклидов и преобразуя полученную разность в удельную активность по чувствительности бета-спектрометра к стронцию-90. 1 з.п. ф-лы. 1 табл.

1. Способ измерения удельной активности стронция-90 в объектах окружающей среды, заключающийся в измерении общей скорости счета пробы на бета-радиометре и гамма-излучения на гамма-спектрометре, отличающийся тем, что предварительно определяют по эталонам чувствительность бета-радиометра отдельно к каждому бета- и гамма-излучающему радионуклиду и преобразуют по ней удельные активности, определенные из гамма-спектра, в их скорости счета, а удельную активность стронция-90 определяют обратным преобразованием разности, между общей скоростью счета и суммой скоростей счета бета- и гамма-излучающих радионуклидов, по чувствительности бета-радиометра к стронцию-90. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение общей скорости счета и чувствительностей производят с помощью бета-спектрометра в диапазоне основных энергий излучения бета-частиц стронция-90.