СПОСОБ БЕЗЫНЕРЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАДОНА В ВОЗДУХЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2003 года по МПК G01T1/18 G01T1/167 H01J47/00 

Способ относится к ядерной физике и технике и может быть использовал при создании детекторов для контроля радиоактивности окружающей среды.

Известен способ измерения концентрации радона и его дочерних продуктов в воздухе [1]. Способ заключается в том, что в исследуемом объеме воздуха создают электрическое поле между внешним и внутренним электродами, измеряют число альфа-распадов, обусловленных радоном и его дочерними продуктами, и по числу электрических и световых импульсов определяют концентрацию радона. Недостатком способа является сложность его осуществления.

В качестве прототипа взят способ определения концентрации радона и его дочерних продуктов в воздухе [2]. Способ заключается в том, что вблизи внутреннего электрода напряженность электрического поля выбирают достаточной для ионизации газа электронным ударом, измеряют число электрических импульсов, обусловленных ионизацией воздуха альфа-частицами, и определяют по числу зарегистрированных импульсов концентрацию радона в воздухе. Недостатком прототипа является его инерционность, что затрудняет его применение, например, для прогнозирования землетрясений.

Целью изобретения является создание безынерционного способа измерения концентрации радона в воздухе. Цель достигается тем, что в исследуемом объеме воздуха создают условия, при которых не происходит регистрация дочерних продуктов радона (ДПР), которые обладают большим периодом полураспада, из-за чего обычно применяемые способы регистрации радона по его дочерним продуктам в принципе инерционны. Предотвращение регистрации дочерних продуктов осуществляется благодаря созданию в объеме измерительной камеры двух областей, ограниченных внутренними, внешними и промежуточным электродами. На электроды подается напряжение так, что образующиеся в камере отрицательные ионы перемещаются к промежуточным электродам, а положительно заряженные частицы, и в том числе ДПР, перемещаются по направлению к внутренним электродам. Вблизи промежуточных электродов, число которых не менее двух, создают напряженность электрического поля, достаточную для ионизации воздуха электронным ударом и для развития электронно-фотонных лавин, и регистрируют вызванные ими электрические импульсы. По измеренному числу электрических импульсов с учетом объема камеры определяют концентрацию радона в воздухе. Регистрация ДПР не происходит, т.к. они осаждаются на поверхности внутренних электродов, число которых не менее одного, а расстояние между внутренними и промежуточными электродами выбирается больше, чем пробег альфа-частиц ДПР (пункт 4 формулы изобретения). Регистрация альфа-частиц происходит в том случае, когда они проходят вблизи положительно заряженных промежуточных электродов, а т. к. пробег альфа-частиц ДПР меньше, чем расстояние между отрицательными электродами (на которых собираются ДПР) и промежуточными положительными электродами, то регистрация альфа-частиц ДПР не происходит.

С целью увеличения чувствительности способа вблизи поверхности промежуточных электродов создают напряженность электрического поля достаточную для отрыва электрона от отрицательного иона (п.2 ф.и.). Отрыв электрона от отрицательного иона, подошедшего к промежуточному электроду, приводит к развитию электронно-фотонных лавин вблизи поверхности электрода и образованию электрического импульса. Увеличивая разность потенциалов между внутренним и промежуточными электродами, увеличивают вероятность отрыва электрона от отрицательного иона и таким путем увеличивают чувствительность камеры при измерении концентрации радона.

Увеличение чувствительности происходит потому, что дополнительно к электрическим импульсам, создаваемым непосредственно альфа-частицей, проходящей через чувствительную область вблизи положительно заряженных промежуточных электродов, регистрируются электрические импульсы, вызываемые электронами, которые возникают при отрыве от отрицательного иона, подошедшего к положительному электроду. Так как те и другие электрические импульсы вызываются различными физическими процессами, их целесообразно в ряде случаев регистрировать отдельно. Для этого в регистрирующую электронную схему вводится дискриминатор амплитуд импульсов. В этом случае осуществляется регистрация электрических импульсов по двум каналам: в одном канале регистрируют импульсы малой амплитуды, обусловленные отрывом электронов от отрицательных ионов, подошедших к положительному электроду, а во втором - импульсы, обусловленные прохождением альфа-частицы непосредственно через область вблизи положительных электродов (п.6 ф.и.).

Технический результат заключается в достижении безынерционной регистрации радона, что позволяет осуществлять прогноз землетрясений по изменению концентрации радона в воздухе.

Технический результат достигается за счет того, что регистрируют непосредственно концентрацию радона без ДПР, обладающих большими периодами полураспада.

Для реализации способа была применена ионизационная камера, представляющая собой металлический цилиндр с электродами в виде параллельных оси цилиндра проволочных нитей. Схематически устройство для измерения концентрации радона в воздухе показано на чертеже.

Устройство состоит из 1 - цилиндрической ионизационной камеры, 2 - внутреннего электрода, 3 - промежуточных электродов, 4 - внешнего электрода, 5 - источника высокого напряжения, 6 - электронной схемы, 7 - фильтра, 8 - воздуходувки. На внутренние электроды, число которых не менее одного, подается отрицательный потенциал U_внутр на внешние электроды - положительный U_вн, на промежуточные электорды подается потенциал, удовлетворяющий условию U_внутр<U_пром<U_вн.

Устройство работает следующим образом. От источника высокого напряжения - 5 подается рабочее напряжение на электроды - 3. Электроды 2 и 4 заземлены. При этом напряженность электрического поля вблизи электродов 3 достаточна для того, чтобы проходящие вблизи них альфа-частицы были бы зарегистрированы. В корпусе камеры имеется отверстие - 7, закрытое фильтром, задерживающим ДПР, и отверстие, через которое производится забор пробы исследуемого воздуха с помощью воздуходувки - 8. Электронная схема - 6 регистрирует электрические импульсы, вызываемые альфа-частицами. По числу зарегистрированных за определенное время альфа-частиц определяют (с учетом объема воздуха, прошедшего через камеру) концентрацию радона.

Литература
1 Патент РФ 2010265, Бюл. 6; 5 С 01 Т 5/02, опубл. 01.06.94.

2 Патент РФ 2126981, Бюл. 6, опубл. 27.02.99.

Использование: для контроля радиоактивности окружающей среды. Сущность: в способе очищенную от аэрозолей и дочерних продуктов пробу помещают в камеру, содержащую электроды, на электроды подается напряжение так, что образующиеся отрицательные ионы перемещаются к промежуточным электродам, а положительно заряженные частицы перемещаются к внутренним электродам, регистрируют число электрических импульсов, обусловленных ионизацией воздуха альфа-частицами и по их числу за определенный промежуток времени - концентрацию радона в воздухе. Устройство состоит из ионизационной камеры с внутренними, внешними и промежуточными электродами. На внутренние электроды подается отрицательный потенциал U_внутр, на внешние - положительный U_вн, а на промежуточные - потенциал, удовлетворяющий условию U_внутр < U_пром ≤ U_вн. Технический результат: увеличение чувствительности способа и устройства. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ безынерционного измерения концентрации радона в воздухе, заключающийся в том, что очищенную от аэрозолей и дочерних продуктов радона пробу помещают в камеру, содержащую электроды, между которыми создают электрическое поле, регистрируют число электрических импульсов, обусловленных ионизацией воздуха альфа-частицами, и определяют по числу зарегистрированных импульсов за определенный промежуток времени концентрацию радона в воздухе, отличающийся тем, что в объеме камеры создают области, ограниченные внутренними, внешними и промежуточными электродами; расстояние между внутренними и внешними электродами выбирают больше, чем пробег альфа-частиц дочерних продуктов радона; на электроды подается напряжение так, что образующиеся отрицательные ионы перемещаются к промежуточным электродам, а положительно заряженные частицы перемещаются по направлению к внутренним электродам; вблизи промежуточных электродов создают напряженность электрического поля, достаточную для ионизации воздуха электронным ударом и для развития электронно-фотонных лавин, и регистрируют вызванные ими электрические импульсы, измеряют их число за определенный промежуток времени и, с учетом рабочего объема камеры, определяют концентрацию радона в воздухе. 2. Способ безынерционного измерения концентрации радона в воздухе по п. 1, отличающийся тем, что вблизи поверхности промежуточных электродов создают напряженность электрического поля, достаточную для отрыва электрона от отрицательного иона с последующим развитием электронно-фотонных лавин и образованием электрического импульса. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вблизи поверхности отрицательно заряженных внутренних электродов создают напряженность электрического поля, достаточную для ионизации воздуха электронным ударом. 4. Устройство для безынерционного определения концентрации радона в воздухе, состоящее из ионизационной камеры с осевой симметрией, внутренними и внешними электродами, источником высокого напряжения и регистрирующей электрические импульсы электронной схемы, отличающееся тем, что дополнительно введены промежуточные электроды в виде проводящих ток нитей числом не менее двух, расположенные между нитяными внутренними электродами и внешним электродом, имеющим осевую симметрию; на внутренние электроды, число которых не менее одного, подается отрицательный потенциал U_внутр, на внешние - положительный - U_вн, на промежуточные электроды подается потенциал, удовлетворяющий условию U_внутр < U_пром ≤ U_вн, расстояние между внутренними и внешними электродами выбирают больше, чем пробег альфа-частиц дочерних продуктов радона. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в электрическую схему дополнительно вводят дискриминатор амплитуд импульсов и измеряют в одном канале число электрических импульсов от альфа-частиц, проходящих через чувствительную область вблизи положительно заряженных промежуточных электродов, а во втором канале - число электрических импульсов меньшей амплитуды, связанных с отрывом электронов от отрицательного иона.