Способ измерения количества продукта по его собственному излучению Советский патент 1984 года по МПК G01T1/167 

1 , Изобретение отяосится к области измерения количества рад1 оактивных продуктов, а также к измерению количества радиоактивных продуктов по их собственному излучению в различных областях науки и техники, в которых используются радиоактивные изотопы. Известен способ измерения количества радиоактивного продукта по его собственному излучению. Он заключается в измерении скорости сч та собственного излучения контролируемого образца и определении количества контролируемого продукта по градуировочному графику, построенному по образцам (пробам), принятым за эталонные 1 . Наиболее близким по технической сущности является способ по которому определяют количество урана-235 измерением скорости счета импульсов собственного гамма-излучения контролируемого образца по линии 185 кэ и сравнивают ее со скоростью счета образца, принятого за эталон 2. При этом имеется в виду прямая пропорциональная зависимость между гам ма-излучением 185 кэВ и количеством урана-235 в пробе. Однако существующий способ измерения количества радиоактивного про дукта не позволяет учитывать самопоглощение собственного радиоактивного излучения контролируемого прод та при отклонениях толщины и плотности образца пробы от имекяцихся в эта лонном образце(пробе). Это вносит в боль шинстве случаев существенную дополнит льную погрешность измерения. Целью изобретения является умень шение погрешности измерения количества радиоактивного продукта (например урана-,235) в образце (пробе) возникающей в результате самопоглощения радиоактивного излучения конт ролируемого образца. Цель достигается тем, что провод измерение скоростей счета в двух вы деленных участках спектра собственн го излучения в диапазоне возможных изменений толщины.контролируемых образцов (проб), определяют эффекти ные массовые коэффициенты поглощения материала образцов (проб) в каж дом из вьщеленных участков спектра, измеряют скорости счета собственного излучения контролируемого образца (пробьО в тех же участках спектра 2 еделяют количество радиоактивпродукта в нем по формуле: Cj - количество контролируемого радиоактивного продукта, гTj - средняя скорость счета в первом вьщеленном участке спектра, имп/с; tiij- - то же, но во втором вьщеленном участке спектра, ими/с; - эффективный массовый коэффицир.нт поглощения материала контролируемых образцов (проб) в первом вьщеленном участке спектра, см /г-, М-,7 то же, но во втором выделенном участке спектра, К - коэффиилент пропорциональности, зависящий от геометрии измерения, эффективности . детектора и т.д и определяемый первичной градуировкой прибора при известных значениях С5 , п ,-; для образца принятого за эталонный. риведем вывод формулы (1) прительно к определению количества а-235, находящемуся в образце естно с ураном-238. этом случае при измерениях скоей счета собственного излучения зцов (проб) и двух вьщеленных тках спектра справедливы следуювыражения: l() (2) ) (25 Сс- выход излучения на 1 г ура- на-235 в первом вьщеленном участке спектра С« - выход излучения на 1 г урана-238 в первом вьщеленном участке спектра; j - выход излучения на 1 г урана-235 во втором выделенном участке спектраi ft - выход излучения на 1 г урана-238 во втором вьщеленном участке спектра Cj- количество урана-235, г; Cj- количество урана-238, г; 3 j - плотность материала образцов, г/см; D - толщина (диаметр) образца, см; Kj - коэффициент пропорционально ти, зависящий от геометрии измерения, эффективности де тектора, и т.д. при измерениях в первом вьщеленном уч стке спектра,; К|- - то же, но при измерениях во втором выделенном участке спектра. Система уравнений (2) и (3) реша ется относительно Cj при одновременном исключении Ч и D , В результате получим формулу (1) где й(/,-У/Ьa)7I7k ГкЛо. 1 5 о 8и .где фиксированное значени изотопного состава ур С целью упрощения алгоритма обработки замеренных скоростей счета искомое количество радиоактивного продукта в контролируемом образце (пробе) может быть также определено по формуле С , которая является линейным приближе нием точной формулы (1). Формула (5) получается непосред ственно из выражения (О, разложением его в ряд Тейлора и использованием только линейных членов этого ряда. Эта формула дает менее точньм результат чем формула (1), однакоалгоритм обработки измерительной информации проще и точность, обеспечиваемая формулой (5), в ряде сл чаев оказывается вполне достаточно П р и м е р. Проводят определение количества радиоактивного изот па урана-235 в пробах, содержащих навеску шариков (несколько тысяч штук) различных диаметров. Шарики сострят из смеси урана-238 и урана 235. Трудности измерения заключаются в том, что из-за наличия разницы в 0 . 4 диаметрах шариков самспоглощение ра.циоактивного излучения в разных навесках будет разным и, следовательно, регистрируемые скорости счета от навесок не будут пропорциональны количеству урана-235 в них. Для проведения измерений берут три пробы шариков с диаметрами 423, 476 и 603 мкм соответственно. При этом каждая проба содержит 0,21 г изотопа урана-235. В качестве измерительной аппаратуры используют сцинтилляционный блок детектирования типа лимон с размерами кристалла 150x100 мм и анализатор. При проведении измерений контролируемая проба в виде монослоя накладывается на торцевую часть блока детектирования. Для получения сравнительных данных измерения проводят известным и предлагаемым способами. При измерениях известным способом используют участок спектра 175-195 кэВ. Для уменьшения погрешности измерения за эталонную принята навеска шариков диаметром 476 мкм, так как этот диаметр является примерно средним значением диаметров 423-603 мкм. При подобных- измерениях имеется в виду прямая зависимость регистрируемой скорости счета от количества контролируемого продукта. Результаты измерений приведены B табл. 1. При измерениях предлагаемым способом используют два вьщеленных участка спектра 84-114 и 175195 кэВ. При этом плотность материала шариков у 10 г/см, .величины pD для шариков диаметром 423, 476 и 603 мкм равны соответственно 0,448; 0,486 и 0,639 г/см, а ЛоВ , т.е. разности значений pD для перечисленных вьше диаметров шариков, равны соответственно 0 0,038 и 0,191 г/см2. Результаты измерений приведены в табл. 2. В расчетах использованы значения p.JИ )и.которые определяются по выражениям:Коэффициент К определяется при .известных значениях Су 0,21 г. 1596 имп/с и njj 1717 имп/с и равен К 1, . Как видно из сопоставления данных приведенных в табл. 1 и 2, погрешность измерения количества радиоактив ного продукта в пробах при использовании предлагаемого способа по сравнению с известным уменьшилась более чем в 6 раз. 06 Использование продукта позволит проводить измерения с существенно меньшими погрешностями по сравнению с существующими способами. Точность измерений количества радиоактивного продукта существующими способами в ряде случаев оказьшается недостаточной, в то время как использование предлагаемого способа обеспечивает требуемую точность и даст большой экономический эффект. Таблица 1

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ПРОДУКТА ПО ЕГО СОБСТВЕННОМУ ИЗЛУЧЕНИЮ, заключающийся в измерении скорости счета собственного излучения контролируемого образца и сравнения ее со скоростью счета образца, принятого за эталон, о тлича ющи с я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения,- возникающей в результате самопоглощения радиоактивного излучения контролируемого об разца, проводят измерения скоростей счета в двух вьщеленных участках спектра собственного излучения в диа пазоне возможных изменений толщины контролируемых образцов, определяют эффективные массовые коэффициенты поглощения материала образцов в каждом из двух вьщеленных участков спек ра, измеряют скорости счета собствен ного излучения контролируемого образца в тех же участках спектра и оп яют количество радиоактивного кта в нем по формуле: .j - количество контролируемого радиоактивного продукта, г; j. - средняя скорость счета в первом выделенном участке спектра, имп/cj средняя скорость счета во втором выделенном участке спектра, имп/с-, .j- эффективный массовый коэффициент поглощения материала контролируемых образцов , (проб) в первом выделенном участке спектра, эффективньй массовьй коэффициент поглощения во втором вьщеленном участке спектра, , коэффициент пропорциональности, завися1ф1Й от геометрии измерения, изотопного состава, эффективности де тектора и т.д. и определяемый первичной градуировкой прибора при известных значениях Сд , rtj и п,7 для образца, принятого за эталон.

Таблица 2