СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ АКТИВНОСТИ БЕТА-ИЗЛУЧАЮЩИХ РАДИОНУКЛИДОВ В ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ МЕТОДОМ РЕГИСТРАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ ВАВИЛОВА-ЧЕРЕНКОВА С УЧЕТОМ ЭФФЕКТОВ ГАШЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК G01J3/00 

Изобретение относится к области неразрушающих методов анализа и может быть использовано для определения содержания бета-излучающих радионуклидов в водных объектах.

Известен способ определения количественного состава бета-излучающих радионуклидов спектрометрическими методами, которые предусматривают сложные процедуры проведения анализа, заключающиеся в химической подготовке пробы путем ее упаривания и нанесения на металлическую подложку пробы, предварительно установив качественный состав измеряемой пробы гамма-спектрометрическим методом (Ю.А. Сапожников, Р.А. Алиев, С.Н.Калмыков. Радиоактивность окружающей среды. Теория и практика. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006, с.176-191); а также жидкостно-сцинтилляционный (ЖС) метод измерения, для осуществления которого также необходима процедура пробоподготовки - смешивание пробы со сцинтиллятором (Ю.А. Сапожников, Р.А. Алиев, С.Н. Калмыков. Радиоактивность окружающей среды. Теория и практика. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006, с.199-218).

Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности существенных признаков является способ определения объемной активности стронция-90 на основе регистрации излучения Вавилова-Черенкова (ИВЧ) с применением средств измерений, позволяющих определять неоднородность жидкой среды, изложенный в работе (П.С. Буткалюк, Ю.А. Сапожников. Разработка схемы экспресс-анализа морской воды на стронций-90. Вестник московского университета. Сер.2. Химия, 2009, Т.50, №3). Реализация данного способа разбивается на два этапа:

1. Вычисление объемной активности стронция-90 в жидкой пробе путем регистрации ИВЧ при помощи фотоэлектронного умножителя (ФЭУ);

2. Анализ пробы на величину «непрозрачности» (неоднородности) при помощи датчиков измерения мутности для получения поправочного коэффициента (И.К. Цитович. Курс аналитической химии. - М.: Высшая школа, 1994, с.328-329).

Недостатком данного способа является сложность и трудоемкость процессов подготовки и анализа проб.

Техническим результатом предлагаемого способа является упрощение определения активности бета-излучающих радионуклидов в жидких пробах сложного химического состава за счет учета эффектов гашения ИВЧ излучающих радионуклидов.

Названный в предлагаемом способе технический результат достигается путем использования контрольного источника (КИ) с известной активностью бета-излучающего радионуклида, нанесенной на поверхность стержней, выступающих в роли контрольного опорного источника, закрепленных на боковых поверхностях измерительной емкости, в которую помещается кювета с пробой.

Отличительным признаком предложенного способа является применение КИ с известной активностью в процессе проведения измерений, основанного на регистрации ИВЧ, с целью определения содержания бета-излучающих радионуклидов в водных объектах.

Конструктивное исполнение кюветы с добавочным источником представлено на фиг.1. Устройство состоит из измерительной кюветы (1) и стакана с нанесенной известной активностью стронция-90 на боковые стержни (2).

Способ осуществляется следующим образом:

1. Измерения выполняют по истечении времени установления рабочего режима средства измерения (радиометр, в состав которого входит ФЭУ, чувствительный к ультрафиолету), установленного при снятии его метрологических характеристик.

2. Наполняют измерительную кювету пробой воды заданного объема V с помощью дозирующего устройства.

3. Набирают число импульсов n_ПР от регистрируемого излучения пробы за время Т_И, определенное по условию

$${\text{Т}}_{\text{И}}\ge \frac{{\text{n}}_{\text{ПР}}+\sqrt{{\text{n}}_{\text{ПР}}\cdot {\text{n}}_{\text{ф}}}}{{\text{ε}}_{\text{ДОП}}^{\text{2}}{{\text{(n}}_{\text{ПР}}-{\text{n}}_{\text{ф}}\text{)}}^{\text{2}}},\text{ (1)}$$

где n_ПР - скорость счета импульсов от пробы, с^-1;

n_Ф - скорость счета импульсов фона, с^-1;

ε_доп - допустимое значение относительной случайной погрешности, соответствующее доверительной вероятности Р=0,95, %/

4. Устанавливают на измерительную кювету с пробой воды дополнительный контрольный источник с радионуклидом.

5. Проводят повторный набор числа импульсов N_КИ+ПР от регистрируемого излучения пробы с контрольным источником за время Т_И.

6. Определяют поглощение излучения в оптически прозрачной среде (бидистилляте). На измерительную кювету с дистиллированной водой устанавливают дополнительный контрольный источник с радионуклидом. Набирают счет импульсов N_ки от регистрируемого излучения контрольного источника.

7. Объемную активность в пробах воды а, Бк·дм^-3, вычисляют по формуле

$$а=\frac{(n_{ПР}-n_{ф})\cdot К}{Э\cdot V},\text{ (2)}$$

где Э - эффективность радиометра, определенная путем измерения контрольного источника стронция-90 в бидистипляте, доля;

К - поправочный коэффициент, учитывающий оптическую плотность и гасящие факторы измеряемой пробы воды, доля; вычисляется по формуле

V - объем измерительной кюветы, дм^-3

$$\text{К}=\frac{{\text{n}}_{\text{КИ}}}{{\text{(n}}_{\text{КИ}+\text{ПР}}-{\text{n}}_{\text{ПР}}\text{)}}\text{, (3)}$$

где n_КИ - скорость счета импульсов, зарегистрированная при измерении контрольного источника в бидистилляте, с^-1;

n_КИ+ПР - скорость счета импульсов, зарегистрированная при измерении пробы воды вместе с контрольным источником, с^-1;

n_ПР - скорость счета импульсов, зарегистрированная при измерении пробы воды без контрольного источника, с^-1.

Эффект поглощения излучения от контрольного источника в измерительной емкости, заполненной дистиллированной водой в дальнейшем используется как опорное значение при измерении содержания бета-излучающих радионуклидов в водных объектах. Вычислив эффект поглощения излучения от контрольного источника в исследуемой пробе, вводится поправочный коэффициент К пересчета содержания бета-излучающего радионуклида в исследуемой пробе.

Преимущество способа заключается в применении метода регистрации ИВЧ для контроля содержания бета-излучающих радионуклидов, например стронция-90, в водных пробах сложного химического состава в целях совершенствования физических методов анализа водных объектов при радиационном мониторинге.

Пример

В качестве средства измерения ИВЧ применяли радиометр УДКС, состоящий из двух ФЭУ, помещенных в светонепроницаемый кожух из алюминиевого сплава, рабочей камеры для размещения кюветы с пробой воды, отражающих элементов и блока электроники, состоящей из предусилителей и схемы совпадений.

1. Случайным образом отобрали ряд проб воды, загрязненной радионуклидами. Получили пробы с различных точек отбора.

2. Каждую пробу разделили на два образца для измерения на радиометре УДКС и на жидкостно-сцинтилляционном (ЖС) радиометре.

3. Образцы для ЖС радиометра подвергли пробоподготове (смешивание с жидким сцинтиллятором). Для образцов, подготовленных к измерению на радиометре УДКС, отсутствовала пробоподготовка.

4. Провели измерения объемной активности стронция-90 на радиометре УДКС по алгоритму, изложенному выше, и ЖС радиометре по действующей методике измерений.

Сравнительная характеристика результатов измерений объемной активности стронция-90 в пробах воды двух методов измерений представлены в таблице и в виде графика на фиг.2.

Из таблицы видно, что при объемной активности стронция-90 в пробах воды, составляющей около 1 Бк, расхождение результатов измерений по двум методам доходит до 90%, что связано с большой случайной погрешностью результатов измерений. При более высоких объемных активностях стронция-90 в пробах это расхождение в среднем составляет 30%. Следует отметить, что относительная погрешность измерения объемной активности радионуклидов ЖС методом составляет от 30% до 50%.

Согласно приведенным данным можно сделать вывод о том, что разработанный способ измерений дал положительные результаты и может быть использован, например, при разработке методики измерений объемной активности стронция-90.

  Результаты измерений объемной активности стронция-90 методом ИВЧ и ЖС радиометрии № пробы Радиометр ИВЧ ЖС радиометр Отклонение результатов измерений, % Скорость счета от пробы воды, с^-1 Скорость счета от пробы воды с добавочным источником, с^-1 Поправочный коэффициент Активность стронция-90 в пробе (20 мл), Бк Активность стронция-90 в пробе (20 мл), Бк 1 0,65 90,28 1,339 0,45 0,24 87,5 2 0,7 129 1,091 0,73 0,4 82,5 3 0,76 129 1,092 1,2 2,2 45,5 4 0,94 81,08 1,747 4 4,9 18,4 5 1,19 109,99 1,103 4,34 4,53 4,2 6 1,43 58,8 2,44 13,5 19,6 31,1 7 3,59 74,87 1,964 39,1 28,7 36,2 8 12,29 60,6 2,898 225,9 201,5 12,1 9 18,21 65,1 2,559 300,4 282,2 6,4 10 21,14 74,57 2,246 307,5 233,9 31,5 11 167,6 209,6 2,858 3182 3470 8,3

Изобретение относится к области неразрушающих методов анализа и может быть использовано для определения содержания бета-излучающих радионуклидов в водных объектах. Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно измеряют пробы с использованием контрольного источника с известной добавочной активностью бета-излучающих радионуклида и определяют содержание искомого радионуклида по формуле $$a=\frac{n_{КИ}\cdot \left(n_{ПР}-n_{ф}\right)}{\left(n_{КИ+ПР}-n_{ПР}\right)\cdot Э\cdot V}$$ , где а - объемная активность искомого радионуклида, Бк·дм^-3; n_ПР - скорость счета импульсов, зарегистрированная при измерении жидкой пробы, с^-1; n_Ф - скорость счета импульсов фона средства измерения, с^-1; Э - эффективность средства измерения, определенная путем измерения известной активности бета-излучающего радионуклида в бидистилляте, доля; n_КИ - скорость счета импульсов, зарегистрированная при измерении контрольного источника в бидистилляте, с^-1; n_КИ+ПР - скорость счета импульсов, зарегистрированная при измерении жидкой пробы вместе с контрольным источником, с^-1; V - объем измерительной кюветы, дм^-3. Технический результат - упрощение определения активности бета-излучающих радионуклидов в жидких пробах сложного химического состава. 2 ил., 1 табл., 1пр.

Способ определения объемной активности бета-излучающих радионуклидов в водных объектах методом регистрации излучения Вавилова-Черенкова с учетом эффектов гашения, включающий проведение измерений содержания бета-излучающих радионуклидов путем регистрации ИВЧ при помощи ФЭУ, отличающийся тем, что для учета эффекта гашения излучения дополнительно проводят измерения совместно с контрольным источником известной активностью бета-излучающего радионуклида и определяют содержание искомого радионуклида по формуле
$$a=\frac{n_{КИ}\cdot \left(n_{ПР}-n_{Ф}\right)}{\left(n_{КИ+ПР}-n_{ПР}\right)\cdot Э\cdot V},$$
где а - объемная активность искомого радионуклида, Бк·дм^-3;
n_ПР - скорость счета импульсов, зарегистрированная при измерении жидкой пробы, с^-1;
n_Ф - скорость счета импульсов фона средства измерения, с^-1;
Э - эффективность средства измерения, определенная путем измерения известной активности бета-излучающего радионуклида в бидистилляте, доля;
n_КИ - скорость счета импульсов, зарегистрированная при измерении контрольного источника в бидистилляте, с^-1;
n_КИ+ПР - скорость счета импульсов, зарегистрированная при измерении жидкой пробы вместе с контрольным источником, с^-1;
V - объем измерительной кюветы, дм^-3.