СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ РАДИЯ-226 В ВОДЕ Российский патент 2004 года по МПК G01T1/167 

Изобретение относится к области радиационного контроля объектов окружающей среды и предназначено для определения содержания радия-226 в воде.

Изобретение может найти применение при оценке радиационно-экологического состояния водных объектов, а также при проведении радиационного контроля и мониторинга источников питьевого водоснабжения населения и воды открытых водоемов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является радиохимический способ определения удельной активности радия-226 в воде источников питьевого водоснабжения. Известный способ основан на радиохимической подготовке проб воды и требует отбора проб воды больших объемов (10 л и более). Известный способ определения удельной активности радия-226 в пробах воды сложен как по техническому обеспечению, так и в плане реализации, а также оперативности выполнения (обычно анализ длится до 4 недель). (Методические рекомендации по санитарному контролю за содержанием радиоактивных веществ в объектах внешней среды. Под общ. ред. А.Н. Марея и А.С. Зыковой. М.: Минздрав СССР, 1980 г., с.60-90, 172-177). Все это делает анализы определения содержания радия-226 в воде весьма дорогостоящими и резко ограничивает возможности массового обследования, в том числе и мониторинга, большого числа источников водоснабжения (например, для крупных населенных пунктов).

Необходимость отбора больших объемов проб воды в известном способе связана с тем, что при низких уровнях содержания радия в воде (обычно около 0,1-0,5 Бк/л) соотношение "полезный сигнал/фон" радиометрической установки на конечной стадии анализа оказывается близким к 1.

Целью предлагаемого технического решения является упрощение процесса подготовки проб, повышение оперативности определения удельной активности радия-226 в источниках питьевого водоснабжения при одновременном существенном снижении затрат на проведение анализов.

Достижение поставленной цели основано на том, что в предлагаемом способе определение удельной активности радия-226 в воде осуществляется путем регистрации альфа-излучения радона-222 трековым методом в воздухе измерительной емкости с осадком выпаренной пробы воды, с последующим расчетом удельной активности радия-226 по измеренному значению интегральной объемной активности радона-222 в воздухе измерительной емкости. Это обеспечивает возможность определять достаточно низкие уровни содержания радия-226 при малых пробах воды (0,3-0,4 л) за счет того, что в трековом методе физически измеряемой величиной является плотность треков на поверхности трекового детектора n (трек/см²), значение которой пропорционально времени экспонирования Т (сутки) и интегральной средней объемной активности радона-222 в воздухе (Бк/л) за время экспонирования, определяемая соотношением:

в котором k - коэффициент пропорциональности (калибровочный коэффициент), численное значение которого определяется конструкцией камер для трекового детектора, характеристиками самого материала трекового детектора (толщиной и пр.) и условиями его травления и т.д.

Из формулы (1) следует, что при экспозиции трекового детектора в измерительной камере плотность треков будет тем выше, чем больше объемная активность (ОА) радона-222 в воздухе и длительнее экспозиция. Для расчета значения получено уравнение:

где n и n₀ - соответственно плотность треков на экспонированном трековом детекторе и уровень собственного фона трекового детектора, трек/см²;

ε₀ - чувствительность измерений.

С другой стороны, после герметизации измерительной камеры ОА радона-222 в ней возрастает со временем, так что:

где λ - постоянная распада радона-222, которая равна 0,1814 1/сутки.

Причем максимальное значение ОА радона-222 в воздухе измерительной емкости (С^max) зависит от объема самой емкости V₀, количества выпаренной воды V_в, удельной активности радия-226 в воде А_Rа и определяется соотношением:

Исходя из этого, нами выбрана такая конструкция пробоотборной камеры для трекового детектора, при которой объем измерительной емкости может составлять менее 1 л. Этот момент является очень важным, поскольку значение С^max и, следовательно, определяется отношением суммарной накопляемой активности радона-222 в измерительной емкости к ее объему. То есть, чем меньше будет объем измерительной емкости, тем большей будет ОА радона-222 в ней и, следовательно, тем меньшим может быть выбран объем пробы воды.

С учетом этого выбрано оптимальное соотношение основных характеристик предлагаемого способа, по которому определение удельной активности радия-226 в воде включает последовательность следующих основных операций:

- отбор проб воды известного объема V_в (л);

- выпаривание отобранных проб воды до сухого остатка в стеклянной измерительной емкости объемом V₀ (л);

- установка трекового детектора в измерительную емкость для экспонирования и герметизация измерительной емкости;

- экспонирование трекового детектора в течение времени Т (сутки);

- травление и сушка трекового детектора с последующим подсчетом плотности треков в нем n (трек/см²);

- расчет значений интегральной объемной активности радона-222 в воздухе измерительной емкости (Бк/л);

- расчет удельной активности радия-226 в воде А_Rа (Бк/л) по формуле:

Поиск, проведенный по источникам научно-технической и патентной информации, показал, что в известных решениях не было обнаружено совокупности отличительных признаков, обеспечивающих эффективность предлагаемого способа определения удельной активности радия-226 в воде.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует требованию новизны, изобретательского уровня и применимо на практике.

Предлагаемым способом проведено обследование источников питьевого водоснабжения крупного населенного пункта. Анализ содержания радия-226 в питьевой воде включал две серии измерений с различной конфигурацией измерительных камер с трековым детектором при разном времени их экспонирования. В первой серии было выбрано Т=35 суток, во второй Т=12 суток. Причем для исключения возможных погрешностей при анализе, измерения выполнены на одних и тех же пробах воды.

Полученные данные определения удельной активности радия-226 в питьевой воде были сопоставлены с результатами радиохимического анализа. Пробы воды для двух способов отбирались одновременно, в одних и тех же точках отбора, разница заключалась в объеме (для радиохимического способа - 10 л; для заявляемого - 0,3 л).

Сравнение полученных данных показало, что среднее значение удельной активности радия-226 в питьевой воде по предлагаемому нами способу составило 0,13±0,04 Бк/л. По данным радиохимического анализа оно составило 0,14±0,04 Бк/л.

Сравнение приведенных данных позволяет сделать вывод о том, что заявляемый способ определения удельной активности радия-226 в воде обеспечивает получение достоверных результатов измерений и исключает затраты, связанные с отбором и радиохимической подготовкой больших объемов проб.

Использование: при оценке радиационно-экологического состояния водных объектов, а также при проведении радиационного контроля и мониторинга источников питьевого водоснабжения населения. Сущность: в способе определение удельной активности радия-226 в воде осуществляется путем регистрации альфа-излучения радона-222 и дочерних продуктов его распада трековым методом в воздухе измерительной емкости с осадком выпаренной пробы воды, с последующим расчетом удельной активности радия-226 по измеренному значению интегральной объемной активности радона в воздухе измерительной емкости. Технический результат - упрощение процесса подготовки проб, повышение оперативности определения удельной активности радия-226 в источниках питьевого водоснабжения при одновременном существенном снижении затрат на проведение анализов.

Способ определения удельной активности радия-226 в воде, включающий отбор проб воды, измерение ее объема и выпаривание проб до сухого остатка с последующим расчетом удельной активности радия-226 в воде, отличающийся тем, что удельная активность радия ²²⁶Ra в воде определяется по измеренному значению интегральной объемной активности радона-222 в воздухе измерительной емкости, в которой находится осадок после выпаривания пробы воды, а удельная активность ²²⁶Ra в воде рассчитывается по формуле

где V₀ - объем измерительной емкости, л;

V_в - объем пробы воды, л;

λ - постоянная распада ²²²Rn, равная 0,1814 1/сутки;

Т - время экспонирования, сутки;

- интегральная объемная активность радона-222 в воздухе измерительной емкости, Бк/л, которая определяется по формуле

где n и n_о - соответственно плотность треков на трековом детекторе после его экспонирования и уровень собственного фона трекового детектора, трек/см²;

ε_о - чувствительность измерений.