Способ определения концентрации молекулярного йода в газах Советский патент 1992 года по МПК G01N21/64 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в атомной энергетике, охране окружающей среды при измерениях концентрации примесей молекулярного йода в газовых средах.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения концентрации молекулярного йода в газах, включающий модуляцию излучения перестраиваемого по частоте гелий-неонового лазера, облучение лазерным модулированным излучением ячейки, содержащей исследуемый газ, пер-, вой реперной ячейки, содержащей газ с известной концентрацией изотопа 129J, второй реперной ячейки, содержащей газ со смесью изотопов 129J и 127J пои относительном содержании изотопа

aj 40-60 %, третьей реперной ячейки, содержащей газ с известной концентрацией изотопа J, регистрацию сигналов флуоресценции Si и $2

от исследуемой и реперных ячеек при облучении их лазерным излучением в двух диапазонах частот, первый из которых соответствует частотам Vi - (0 1,0 ГГц), з второй Vi + (1,2 2,2 Гц), где Vi - частота центра неотстроенного контура усиления Ne, расчет искомых концентраций по системе уравнений:

$(«1 # -Х|

S2(2 -fh. Х| Х0 + Yo 1 ,

Yi+yi Y) Yi+p -Y)

П| П|

1

4 4 О О

ел

ю

где Si . 82 .1, 2. 3) - сигналы флуоресценции от исследуемой, первой, второй и третьей реперных ячеек при облучении их в первом и во втором диапазонах частот соответственно; щ, Xi. YI - концентрация молекулярного йода и относительное содержание изотопов J и 127J в смеси,

Ш, йг,., yi, YZ градуировочиые коэффициенты.

Однако точность определения концентрации молекулярного йода данным способом снижается при наличии в исследуемом газе диоксида азота, так как гелий-неоновый лазер возбуждает флуоресценцию N02, которая искажает регистрируемый сигнал флуоресценции молекулярного йода. Установлено, что при отношении концентрации N02 к концентрации молекулярного йода в исследуемом газе большем или порядка 105 сигнал флуоресценции N02 превышает величины сигналов флуоресценции 129J2, 129J127J, 127J2, регистрируемых данным способом. Диоксид азота является основным компонентом газовой смеси, образующейся при растворении отработавшего ядерного топлива, содержащего J и J, что существенно ограничивает точность определения концентрации изотопов J и J в газообразных продуктах переработки облученного топлива указанным способом.

Цель изобретения - повышение точности определения изотопа J в присутствии диоксида азота.

Указанная цель достигается тем, что согласно при регистрации флуоресценции выделяют анти-стоксовы компоненты флуоресценции молекулярного йода в области длин волн от 585 до 625 нм.

На фиг. 1 изображена cxef-sa no реализации способа определения концентрации молекулярного йода в газах.

Схема содержит перестраиваемый по частоте гелий-неоновый лазер 1, модулятор 2 лазерного излучения, исследуемая ячейка со смесью изотопов 129J и 127J в газе, содержащем диоксид азота 3 первая реперная ячейка с известной концентрацией изотопа

129 ,.

J в газе 4, вторая реперная ячейка с известными концентрациями изотопов J и 127J в газе при относительном содержании изотопа 129J в смеси с 127J - 40-60 % 5, третья реперная ячейка с известной концентрацией изотопа 127J в газе 6, интерференционные светофильтры, отсекающие рассеянное лазерное излучение на длине волны 633 нм 7, 8, 9 и 10, интерференционные светофильтры, выделяющие область спектра от 585 до 625 нм 11, 12, 13, 14, фотоэлектронные умножители 15, 16, 17 и 13, блок 19 питания фотоэлектронных умножителей 19, детектор 20 сигналов с фотоэлектронных умножителей.

Порядок действий при реализации способа определения концентрации молекулярного йода в газах следующий. Частотный контур перестраиваемого по частоте гелийнеонового лазера настраивается на первый диапазон частот: 0-1,0 ГГц в длинноволновую сторону от центра неотстроенного контура усиления 20Ne. Излучение лазера

проходит через модулятор лазерного излучения и попадает последовательно в исследуемую ячейку, первую, вторую и третью реперные ячейки, возбуждая в этих ячейках флуоресценцию соответствующих изотопов

молекулярного йода, а также флуоресценцию диоксида азота. Излучения флуоресценции от ячеек проходят через соответствующие интерференционные светофильтры, отсекающие рассеянное лазерное излучение на длине волны 633 нм, затем через соответствующие интерференционные светофильтры, выделяющие область спектра от 585 до 625 нм, попадают в соответствующие фотоэлектронные умножители, где преобразуются в электрические сигналы флуоресценции. Электрические сигналы флуоресценции с выходов фотоэлектронных умножителей поступают в детектор, где выделяются из шумов

фотоэлектронных умножителей путем синхронной демодуляции этих сигналов (опорный сигнал с частотой модуляции лазерного излучения подается на детектор от модулятора лазерного излучения) и регистрируются. Затем частотный контур лазера

настраивается на второй диапазон частот

1,2-2,2 ГГц в коротковолновую сторону от

центра неотстроенного контура усиления

Ne, и регистрация сигналов флуоресценции от ячеек производится в этом диапазоне частот лазера. Детектор производит вычисление концентраций молекул 129J2, 129J127J, 127J2 в исследуемой ячейке путем решения

40

системы уравнений:

И (0:1 X2 + 2 -/3i Xi Yi + yt Y2 ) ni S| (as. X +2 #2 Xt Yi + У2 Y2 ) щ

X0 + Yo 1

45i i

Здесь Si, 82 (.1,2, 3) - сигналы флуоресценции от исследуемой первой, второй, третьей реперных ячеек при настройке частотного контура лазера на первый и второй

диапазоны частот соответственно;

щ, Xi, YI ,1. 2, 3) - концентрация молекулярного йода и относительное содержание изотопов J и 127J в смеси в исследуемой, первой, второй, третьей реперных ячейках соответственно; cri.Qfc,/Si./fe, yi.ya - градуировочные коэффициенты. Так как значения Si1, 82 (.l ,2. 3), щ. X,. YI (i 1. 2, 3) известны, то приведенная система уравнений разрешима относительно n0, Xo, Y0. Из двух ее решений выделяется единственное, имеющее физический смысл. Концент 9Q19Q 197 197

рации молекул 1/tfJ2. J J, Ja в исследуемой ячейке выражаются через величины По, х0, УО в следующем виде

ni29j 2 По Хо , ni29j1ttj 2 По Хо Yo , ni27j, n0 Y2) .

При реализации предлагаемого способа рассеянное лазерное излучение от исследуемой и реперных ячеек на длине волны 633 нм может быть устранено непосредственно интерференционными сфетофильт- рами, выделяющими область спектра от 585 до 625 нм (фиг. 1, поз. 11-14). Однако это накладывает дополнительные ограничения на пропускание таких светофильтров в области 585-625 нм. Поэтому при реализации способа целесообразно использовать также и светофильтры, специально предназначенные для отсечения рассеянного лазерного излучения (фиг. 1, поз. 7-10).

С целью пояснения способа определения концентрации молекулярного йода в газах (фиг. 2) показан спектр флуоресценции смеси изотопов молекулярного йода (76 % Ч|2, 22 % 12V27J. 2 % Г2Ъ2), возбужденной излучением 3Не - Ne ( Я 633 нм) лазера в отсутствие перестройки по частоте (частотная перестройка лазера приводит к изменению интенсивностей отдельных спектральных линий, но не к изменению их положения по шкале длин волн). Спектр флуоресценции состоит из стоксовой и ан- ти-стоксовой частей, причем анти-стоксовы колебательно-вращательные линии флуоресценции лежат в диапазоне длин волн от 585 до 625 нм.

Спектр флуоресценции диоксида азота, возбужденной излучением гелий-неонового

5 лазера ( нм), состоит лишь из стоксовой части за исключением нескольких чисто вращательных анти-стоксовых линий, принадлежащих диапазону длин волн от 632 до 633 нм. Поскольку стоксова часть флуорес0 ценции состоит как из отдельных колеба- тельно-вращетельных линий, так и из континуума, простирающегося от 633 нм в инфракрасную область спектра, то даже узкополосное выделение самых сильных

5 стоксовых линий флуоресценции молекулярного йода не позволяет избавиться от влияния флуоресценции W02. В то же время выделение анти-стоксовой области флуоресценции йода полностью устраняет это

0 влияние.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность определения изотопа 9J в присутствии диоксида азота.

5 Формула изобретения

Способ определения концентрации молекулярного йода в газах по авт. св. № 1638614, отличающийся тем, что, с целью повышения, точности определения

0 изотопов йода в присутствии диоксида азота, при регистрации флуоресценции выделяют анти-стоксовы компоненты флуоресценции молекулярного йода в области длин волн от 585 до 625 нм, величины интен5 сивностей которых используют в качестве аналитических сигналов Si1. 82 (,1,2,3).

Оф QQ

н

0

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в атомной энергетике, охране окружающей среды, при измерениях концентрации примесей молекулярного йода в газовых средах. Сущность заключается в том, что в излучениях флуоресценции от исследуемой и реперных ячеек спектрально селектируют, например, с помощью интерференционных светофильтров, анти-стоксовы компоненты флуоресценции молекулярного йода, принадлежащие области спектра от 585 до 625 нм, трансформируют, например, с помощью фотоэлектронных умножителей эти компоненты излучений в электрические сигналы флуоресценции и регистрируют полученные электрические сигналы. 2 ил.

тЮ IX Ч-,

оо

.

Ь--ч-,

««ч

N5

-,

о

Cvj

&.

X.

J

i

i

ч

, J

t

re:

ч

J

{

I

N

4)

I