Способ градуировки гамма-стектрометров и радиометров Советский патент 1993 года по МПК G01V5/06 G01T1/167 

диоактивных загрязнений с принципиально иным пространственным распределением радионуклидов широко известные ныне приемы градуировки аппаратуры оказались непригодными. Согласно существующим теоретическим и экспериментальным представлениям для количественных измерений, интенсивности гамма-излучения тонких безграничных по размерам объектов должны применяться плоские градуйровочные образцы изометрической формы не мене 20 м в поперечнике. Такие образцы в настоящее время не созданы.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ, градуировки гамма- спектр.ометров и радиометров для определения содержания цезия-137 в почве 5. Способ основан на предварительном выборе природного радиоактивного полигона, его площадном опробовании и определении в лабораторных условиях искомого радионуклида, вычислении по полученным данным средней по участку поверхностной плотности радионуклида и ее ошибки и использовании этих данных для градуировки гамма-спектрометров (радиометров),;

Основным недостатком применяемого способа является то, что при его использовании отсутствует возможность выбора необходимых градуировочных параметров, обеспечивающих весь заданный динамический диапазон измерений. Это приводит к снижению точности измерений. Кроме того, существенными недостатками способа-про-. тотипэ являются его трудоемкость, высокая стоимость и низкая оперативность.

Целью изобретения является повышение точности измерения, снижение затрат, повышение производительности и оперативности измерений.

Цель достигается тем, что определение Чувствительности производят установкой плоской горизонтально расположенной кюветы площадью не менее 1 м2 и толщиной 1-2 см, заполненной раствором калиброванного количества радионуклида А0, размещением над центральной частью кюветы детектора градуируемого .гамма-спектрометра (радиометра) на высоте hg от поверхности раствора, размещением между поверхностью раствора и детектором свинцового экрана толщиной 3-5 см и площадью Зэ на расстоянии пэ от плоскости детектора и измерением скоростей счета гамма-квантов при наличии экрана между раствором и детектором 0МЭ) отсутствии экрана (N0) при соблюдении условия. ,

0,8 /5F-S0. .

hg

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

На фиг, 1 показана схема градуировки; на фиг. 2 - градуировочный график.

Как показано на фиг. 1, схема градуировки гамма-спектрометров (радиометров) содержит плоскую горизонтально расположенную кювету 1 площадью So (около 1 м2) и высотой бортов не мене 3 см, заполненную раствором 2 калиброванного количества радионуклида А0. Над центром кюветы размещен свинцовый экран 3 толщиной 3-5 см и площадью 5э. Над экраном размещен градуируемый прибор 4 на высоте hg от поверхности раствора и на высоте Ьэ от поверхности экрана.

, В предложенном.способе градуировки проводят следующие операции.

1. Измеряют первую скорость счета при наличии экрана 3

N3.« МТ + МБ + МФ,

где NT - гамма-излучение раствора радионуклида, ограниченное тенью экрана; NB - боковое гамма-излучение; Ы$ - фоновое гамма-излучение; а- коэффициент ослабления гамма-излучения в свинцовом экране.

2. Измеряют вторую скорость счета при удаленном экране, но при сохранении всех других геометрических параметров фиг. 1:

NO NT + NB + Мф..

3. Вычисляют основной (разностный) параметр

AN N0-N3 (1 -.a J.NT.У

При сохранении выбранной геометрии измерений этот параметр нормирован на постоянную площадь тени экрана, т.е. полностью отражает сущность измеряемой поверхностной плотности радионуклида.

4. Чувствительность спектрометра (радиометра), измеряемую в единицах, обратных единицам поверхностной плотности радионуклида (имп/мин,- м /мкКи), определяют по формуле

(N0-N3)

.АО

где Ь -о- - поверхностная плотность раОо

дионуклида в градуировочной кювете в мкКи/м2. Для обеспечения градуировочны- ми данными всего диапазона измеряемых величин проводят аналогичные измерения скоростей счета при других калиброванных количествах радионуклида в растворе Ai, A2 и т.д. (при других выбранных поверхностных плотностях радионуклида Н, h и т.д.) и строят градуировочный график зависимости разности А N от поверхностной плотности радионуклида I0, ti, h и т.д. (см.фиг, 2).

Определение неизвестной поверхностной плотности радионуклида 1Х на участке работ проводят на основе аналогичных парных измерений скоростей счета с экраном и без него.

ANx N0x-N3X

и по градуировочному графику судят о величине поверхностной плотности х.

Но в общем случае определения поверхностной плотности радионуклида, особенно средней и низкой радиоактивности, разность A NX измеряется в условиях переменного мешающего гамма-излучения природных урана, тория и калия, т.е.: A NX уь Ix + а0Кх + boUx + c0Thx, (1) где Ix - определяемая плотность искусственного радионуклида; Кх, Ux и Thx - концентрации калия, урана и тория; (ро , а0, Ь0 и Со - чувствительности гамма-спектрометра в выбранном интервале энергий к определяемому искусственному радионуклиду и соответствующим природным радиоэле-- ментам. Поэтому вслед за определением чувствительности (р0 проводят аналогичные парные измерения с экраном и без экрана на объемных (насыщенных) стандартных образцах урана, тория и калия в принятой на фиг. 1 геометрии и по полученным данным определяют чувствительности ANkANU j ANTh

a° K7 ; bo U7 Co Здесь A NX, A Na и АМти измеренные разности скоростей счета; К0, U0 и Th0 - концентрация калия, урана и тория в соответствующих объемных стандартных образцах. Одновременно проводят градуировку гамма-спектрометра в классических интервалах энергий в областях фотопиков ка- лия-40 (1,46 МэВ), урана (1,765 МэВ) и тория (2,620 МэВ) для определения концентраций природных радиоэлементов по известной методике трехканальной гамма-спектрометрии (1). Поверхностную плотность искусственного радионуклида в общем случае определяют по трансформированной формуле (1).

ANx-(a0Kx + boUx + c0Thx). (2)

Y °

П р и м е р. В пределах одного из сельскохозяйственных районов Ленинградской области авторам был известен аномальный участок размером 1x1 км, получивший условное название Ломаха, в пределах которого отмечались высокие и переменные значения радиоактивности от 50-70 до 700 мкр/ч. Измеренные здесь методом трехканальной гамма-спектрометрии концентрации природных калия, урана и тория колебались в пределах нормальных фоновых значений и не могли объяснить аномальную радиоактивность. Предполагалось, что аномалия связана с выпадением искусственных радионуклидов в результате Чернобыльского взрыва. С помощью установки, включающей серийный гамма-спектрометр РКП-305М и анализатор импульсов АИ-1024 с монокристаллом йодистого натрия размером 80x80 мм.(энер- гетическое разрешение около 10%) было установлено, что радиоактивное заражение вызвано цезием - 137.

0 Градуировка по цезию-137 осуществлялась с помощью горизонтально установленной металлической (эмалированной) кюветы размером 1x1 м и высотой бортов 3 см. Кювета последовательно заполнялась двадца5 тилитрсвыми . порциями растворов хлористого цезия-137 с активностями 1,7, 5,3 и 9,5 мкКи соответственно. Поскольку площадь кюветы составляла 1 м2, поверхностная плотность цезия также составляла 1,7,

0 5,3 и 9.5 мкКи/м2. В центре кюветы на высоте 2 см от поверхности раствора жестко укреплялся свинцовый экран со стороной квадрата 20 см и толщиной 5 см. По центру экрана на высоте 3 см от его верхней пло5 скости также жестко укреплялся детектор РКП-305М. При заполнении кюветы первым раствором цезия снимался полный гамма- спектр градуировочной установки в интервале 0,5-3,0 МэВ, по которому в интервале

0 энергий 0,55-0,75 МэВ вычислялась скорость счета гамма-квантов N31 306 имп/мин

Без изменения взаимного расположения кюветы и детектора удалялся свинцо-.

5 вый экран и снимался новый гамма-спектр, по которому вычислялась скорость счета в том же интервале энергий N0i 2802 имп/мин и вычислялись разность ANi 2495 и первое значение чувствительности

0 гамма-спектрометра к цезию-137

„ Noi -N3i 2495 у-ч -

А1 - 1468 имп м2

1,7

мин мк Ки

45 После замены первого раствора цезия на второй вновь повторялись все перечисленные выше операции и определялось второе значение разности AN2 7737 и чувствительности

50 NQI -N31 7737 А2 5,3

02 1460 имп м

мин мк Ки ,

Аналогичным образом после замены второго рас- твора на третий определились АМз 14145и N03 -МзЗ 14145

--дгв--9

1489 имп м2

мин мк Ки .

Фактические данные градуировки гамма- спе.ктрометра, по которым построен график фиг.2, представлены в табл. 1. Поскольку различия полученных чувстви- тельностей оказались незначительными, в качестве рабочей была принята средняя чувствительность

имп м

мин мк Ки

Далее измерительная установка последовательно устанавливалась на поверхность объемных Государственных стандартных образцов концентраций калия, урана и тория и при соблюдении принятой геометрии фиг.1 снимались полные гамма-спектры с экраном и без экрана. По полученным гам-. ма-с,пектрам в интервалах 0,55-0,75; 1,30- 1,60; 1,60-1,90 и 2,40-2,80; ;МэВ определялись чувствительности гамма- спектрометра к калию, урану и торию

а0 7,75 Ь0 52,6 с0 21,2 : ai 9,61 bi 11,8 ,57

32 0,0 Ь2 10,3 с2 3,83

аз 0,0 Ьз 0,01 сз 3,52 При этом чувствительности а о, bo и с0 вклю- .чались в формулу (2), а чувствительности ai, 32, ..., сз использовались для количественных определений калия, урана и тория по известной методике 1,... .

Полевые измерения поверхностной плотности цезия включали снятие на каждой точке двух полных спектров (с экраном и без него), вычисление по ним скоростей счета NOX и Мэх и искомых значений по формуле --..

Ix С,679 ((N0x - Мэх) - (7,75КХ + 452,6Ux + 21,2Thx).(3) Поскольку вся измерительная информация заносилась в память диалогового вычислительного комплекса ДВК-3, сочлененного с измерительной установкой, представляющиеся на первый взгляд длительными и тру- доемкими операции по сбору, обработке и получению окончательных данных на практике осуществлялись исключительно просто и быстро. В табл. 2 приведены исходные данные измерений разностей скоростей счета NOX и N3x и результаты их интерпретации по формуле (3) на участке Ломаха.

Здесь же даны результаты лабораторных определений цезия-137 в параллельно отобранных пробах грунтов. Ошибки определения цезия в пробах, включающие как ошибки собственно лабораторных определений, так и ошибки отбора проб, оценены по результатам повторного опробования, Расхождение между полевыми измерениями плотности цезия заявляемым способом и лабораторными определениями практически не превышают ошибок второго метода.

Использование предлагаемого способа градуировки гамма-спектрометров (радиометров) для определения поверхностной

плотности искусственных радионуклидов по сравнению с применяемой в настоящее время методикой позволяет повысить качество определений, снизить трудоемкость и стоимость работ, обеспечить доступность и

массовость их проведения на больших территориях.

Использование: радиационный контроль местности, определение поверхностной плотности радионуклидов в присутствии урана, тория и калия. Сущность изобретения: производят определение чувствительности к некоему радионуклиду установкой плоской, изотермической в плане кюветы площадью не менее 1 м2, заполнением кюветы раствором калиброванного количества радионуклида, размещением над центральной частью детектора градуируемого спектрометра и измерением скорости счета гамма-квантов в области энергий га м- ма-излучения радионуклида при наличии и отсутствии свинцового экрана между детектором и поверхностью радионуклида. 2 ил. (Л С том числе способы радиометрического опробования с применением свинцовых экранов. В результате Чернобыльской аварии обширные территории страны претерпели интенсивное заражение искусственными долгоживущими радионуклидами, представляющими угрозу жизни и здоровью населения. Но это заражение носит не объемный, а поверхностный характер. Основным его отличием является отсутствие самбпоглощения гамма-квантов в тонком слое излучающей среды (в образце). Для количественного излучения нового типа раvj о со Јь О А

Формула изобретения Способ градуировки гамма-спектрометров и радиометров для определения поверхностной плотности гамма-активности радионуклидов в поверхностных отложениях, почвах в присутствии урана, тория и калия, включающий определение чувствительности прибора к искомому радионуклиду, от л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, снижения затрат, повышения производительности и оперативности измерений, определение чувствительности производят установкой плоской горизонтально расположенной кюветы площадью не менее 1 м «толщиной 1-2 см, заполненной раствором

калиброванного количества радионуклида АО, размещением над центральной частью кюветы детектора градуируемого гамма- спектрометра радиометра на высоте hg от поверхности раствора, размещением между поверхностью раствора и детектором свинцового экрана толщиной 3-5 см и площадью 5Э на расстоянии h3 от плоскости детектора и измерением скоростей счета гаммз-кзэн- тов при наличии экрана между раствором и детектором. N3 и при отсутствии экрана М0, при соблюдении условий

5Э 0,8 So. 9 -

Таблица. 1

Таблица2

г. I

ДА/, ИМП/М

Фиг. 2