УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА РАДОНА И ТОРОНА С ПОВЕРХНОСТИ ГРУНТА ПО АЛЬФА-ИЗЛУЧЕНИЮ

Полезная модель относится к области измерения ядерных излучений, а именно к измерению плотности потока радона и торона с поверхности земли, а также пористых эманирующих материалов, и может быть использована при оценках радоноопасности территорий и зданий, изучении предвестников землетрясений, плотности ионизации приземного слоя атмосферы, литосферно-атмосферных связей.
Известно устройство для измерения плотности потока радона и торона по альфа-излучению [Zahorowski W., Whittlestone S. A fast portable emanometer for field measurements of radon and thoron flux. Radiation Protection Dosimetry. 1996. V.67, P.109-120], состоящее из камеры и двух сцинтилляционных альфа-детекторов, расположенных внутри измерительных объемов, соединенных между собой задерживающим торон объемом. Принцип работы устройства заключается в том, что радон и торон, выходящие из грунта, поступают в накопительную камеру, затем внутрь первого измерительного объема, где регистрируется альфа-излучение радона и торона, после этого газовая смесь проходит через задерживающий объем, в котором торон полностью распадается, соответственно во второй измерительный объем попадает только радон. По разности показаний первого (радон + торон) и второго (только радон) сцинтилляционных детекторов определяют количество импульсов, обусловленных тороном. По измеренным суммарным значениям зарегистрированных импульсов определяют накопленные активности и, соответственно плотности потока радона и торона с поверхности грунта.
Недостатками известного устройства являются: 1) высокая стоимость требуемой аппаратуры, поскольку используют два сцинтилляционных детектора; 2) сложность конструкции для разделения сигналов от радона и торона, т.к. используется большое количество накопительных, измерительных и соединительных объемов.
4
2
Известно устройство для измерения плотности потока радона и торона с поверхности грунта по альфа-излучению [Tuccimei P., Moroni M., Norcia D. Simultaneous determination of 222Rn and 220Rn exhalation rates from building materials used in Central Italy with accumulation chambers and a continuous solid stale alpha detector: Influence of particle size, humidity and precursors concentration. Applied Radiation and Isotopes. 2006. V.64. P.254-263], выбранное в качестве прототипа, состоящее из накопительной камеры объемом 4,3 литра изготовленной из поливинилхлорида в форме куба. Накопительная камера соединяется через виниловые шланги к осушающему газ модулю, заполненному осушителем (CaSO с 3%-м СоСl) и к радиометру радона RAD7, который состоит из измерительной камеры с расположенным внутри нее полупроводниковьм детектором альфа-излучения и блок спектрометрической обработки данных. Радиометр радона RAD7 с помощью встроенной воздуходувки тянет воздух из накопительной камеры, через осушитель и фильтр, для отсекания продуктов распада радона и торона, внутрь измерительной камеры радиометра. Затем воздух возвращается по замкнутому виниловому шлангу назад в накопительную камеру. В измерительной камере радиометра расположен кремниевый полупроводниковый детектор, который измеряет энергетический спектр альфа излучения. После обработки спектра определяют накопленные активности радона и торона, которые пересчитывают в плотности потока радона и торона.
Недостатком известного устройства-прототипа является его высокая стоимость, поскольку необходимо использовать дорогостоящее спектрометрическое оборудование, а также его технологическая сложность.
Задачей полезной модели является расширение арсенала средств аналогичного назначения для измерения плотности потока радона и торона с поверхности грунта по альфа-излучению.
Поставленная задача решена за счет того, что устройство для измерения плотности потока радона и торона с поверхности грунта по альфа-излучению, содержит накопительную камеру из непроницаемого для радона материала и полупроводниковый детектор альфа-излучения.
Согласно полезной модели, внутри, в центре верхней части накопительной камеры, устанавливаемой открытым основанием на грунт, размещен полупроводниковый детектор альфа-излучения, чувствительная поверхность которого расположена не менее, чем на 10 см выше поверхности грунта. Внутри накопительной камеры закреплен вентилятор, который связан с источником питания. При этом полупроводниковый детектор альфа-излучения подключен к блоку питания через блок усиления сигнала, который связан с ЭВМ.
В предлагаемом устройстве для измерения плотности потока радона и торона с поверхности грунта достаточно использовать полупроводниковый детектор альфа-излучения, работающий в счетном режиме, и не нужно разделять импульсы от альфа-излучения по энергии, следовательно, не нужно использовать блок спектрометрической обработки данных. Такое упрощение технической конструкции достигается за счет использования алгоритма обработки данных, основанного на анализе кривой роста скорости счета импульсов от альфа-излучения внутри накопительной камеры, а также на расчетных данных, полученных при решении системы уравнений баланса объемной активности радона, торона и продуктов их распада внутри накопительной камеры [Яковлева B.C., Зюбин С.А., Каратаев В.Д. Динамика радона и продуктов его распада внутри накопительной камеры для измерения плотности потока с поверхности земли // Становление и развитие научных исследований в высшей школе: Сборник трудов международной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора А.А.Воробьева. - Томск: ТПУ, 2009 - T.1. - С.214-221].
Таким образом, предлагаемое устройство для измерения плотности потока радона и торона с поверхности грунта по альфа-излучению является простым и дешевым, поскольку не требует использования сложной спектрометрической аппаратуры, а также технических приемов и средств для разделения сигналов от торона и радона.
На фиг.1 представлен сборочный чертеж накопительной камеры.
На фиг.2 представлена схема устройства для измерения плотности потока радона и торона с поверхности грунта по альфа-излучению.
Устройство для измерения плотности потока радона и торона с поверхности грунта по альфа-излучению содержит накопительную камеру 1 (фиг.1), выполненную из непроницаемого для радона материала (например, поливинилхлорида) с открытым основанием и ограничительным кольцом, расположенным снаружи камеры. Внутри в центре верхней части накопительной камеры 1 расположен полупроводниковый детектор альфа-излучения 2 (например, кремниевый детектор ПДПА-1КЗ, ЗАО НПЦ "Аспект", г.Дубна), который неподвижно прикреплен к верхней части накопительной камеры 1, при этом чувствительная поверхность полупроводникового детектора альфа-излучения 2 должна быть расположена не менее чем, на 10 см выше поверхности грунта. Для предотвращения просачивания атмосферного воздуха в камеру детектор прикреплен через герметичное изоляционное соединение, выполненное из резиновой шайбы 3. Внутри накопительной камеры 1 на его стенке закреплен вентилятор 4, Крепление вентилятора выполнено при помощи четырех болтов 5 с изоляционными резиновыми шайбами 6. Вентилятор 4 через разъем 7 (например СР-50), заизолированный резиновой шайбой 8, соединен с источником питания (не показан на фиг.1). Полупроводниковый детектор альфа-излучения 2 (фиг.2) соединен с блоком усиления сигнала 9 (БУС), который подсоединен к блоку питания 10 (БП) и к счетчику 11, который связан с ЭВМ 12.
В качестве блока питания 10 (БП) может быть использован модуль БНВ-30 в стандарте ВЕКТОР. Блок усиления сигнала 9 (БУС) представляет собой устройство БУС2-97 в стандарте ВЕКТОР. В качестве счетчика 11 может быть использован модуль KIT ВМ9317.
Перед началом измерения накопительную камеру 1 со встроенным внутри полупроводниковым детектором альфа-излучения 2 устанавливают на грунт, при этом вдавливая края накопительной камеры до ограничительного кольца для лучшего контакта с грунтом и устранения утечек газа. Почвенные радиоактивные газы радон и торон начинают поступать из грунта внутрь накопительной камеры 1, где происходит их накопление и радиоактивный распад с выходом альфа-излучения. Вновь образованные продукты распада радона и торона также распадаются согласно схеме радиоактивного распада, с выходом альфа-излучения. Полупроводниковый детектор альфа-излучения 2 начинает регистрировать электрические импульсы от попавшего внутрь него альфа-излучения, которые усиливаются блоком усиления сигнала 9 (БУС) и передаются в счетчик 11 для подсчета и, затем, передаются в ЭВМ 12 для программной обработки. При этом полупроводниковый детектор альфа-излучения 2 регистрирует только импульсы от альфа-излучения образованного в воздухе накопительной камеры 1, и не регистрирует импульсы от альфа-излучения почвенных радионуклидов, поскольку его чувствительная поверхность находится на расстоянии не менее 10 см от поверхности грунта, а пробег альфа-излучения от почвенных радионуклидов, имеющих энергию не более 9 МэВ, в воздухе не превышает 9 см. Концентрация радона, торона и продуктов их распада внутри накопительной камеры 1 постепенно увеличивается, следовательно увеличивается количество образовавшегося альфа-излучения и количество зарегистрированных электрических импульсов от альфа-излучения. Вентилятор 4 работает в течении всего периода измерения и предназначен для выравнивая концентрации накапливающихся радионуклидов по всему объему накопительной камеры 1.
ЭВМ 12 содержит программу для перевода количества зарегистрированных импульсов от альфа-излучения в скорость счета импульсов, и определения плотности потоков радона и торона по алгоритму, основанному на анализе кривой роста скорости счета импульсов от альфа-излучения внутри накопительной камеры 1, а также на расчетных данных, полученных при решении системы уравнений баланса объемной активности радона, торона и продуктов их распада внутри накопительной камеры [Яковлева B.C., Зюбин С.А., Каратаев В.Д. Динамика радона и продуктов его распада внутри накопительной камеры для измерения плотности потока с поверхности земли // Становление и развитие научных исследований в высшей школе: Сборник трудов международной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора А.А.Воробьева. - Томск: ТПУ, 2009 - T.1. - С.214-221].