СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ СТРОНЦИЯ-90 В ЖИДКОСТЯХ
METHOD OF DETERMINING CONTENT OF STRONTIUM-90 IN LIQUIDS

Изобретение предназначено для мониторинга в реальном времени содержания стронция-90 в жидкостях с чувствительностью не хуже 1 Бк/литр, что найдет применение на объектах государственного значения, таких как объекты атомной промышленности, включая АЭС, хранилища отработанного ядерного топлива, места захоронения радиоактивных отходов, предприятия атомной промышленности и машиностроения. Кроме того, заинтересованность в подобной разработке имеется у экологических служб городов, особенно в техногенно опасных регионах.
Используемые в настоящее время методы определения содержания стронция-90 в жидкостях без предварительной подготовки образцов (выпаривание, химическое обогащение) обеспечивают чувствительность не лучше 15 Бк/л. Выпускаемый серийно бета-спектрометр СЕБ-01-150 (АКП г.Киев) имеет чувствительность 15 Бк/л за время измерений 10000 сек, вес более 200 кг.
Определение содержания стронция-90, основанное на методах ионной хроматографии (J.Cobb, P.Warwick at al., Determination of strontium-90 in milk samles using a controlled precipitation clean-up step prior to ion-chromatography. Science of the Total Environment, 173-174 (1995) 179-186) или масс-спектроскопии, требует наличия дорогих стационарных лабораторных установок и предварительной подготовки образцов.
Использование черенковского излучения для регистрации бета-распадных электронов также требует либо приготовления образцов (D.D. Rao, S.T. Mehendarge at al., Application of Cherenkov radiation counting for determination of Sr-90 in environmental samples. Journal of Environmental Radioactivity, 48 (2000) 49-57) или принятия дополнительных мер по защите детектора от внешнего гамма-излучения и постоянного контроля в широком диапозоне оптической прозрачности исследуемого объема жидкости (A. Chernyaev, I. Gaponov, A. Kazennov, Direct methods for radionuclides measurement in water environmental. Journal of Environmental Radioactivity, 72 (2004) 187-194).
Известны также способы определения содержания стронция-90 в жидкостях и других природных объектах по дочернему элементу иттрию-90 (патенты РФ №1823652, 2139534, 2166775), в которых предусмотрены приготовление композиций, содержащих стронций и иттрий, различными химическими способами, измерение скорости счета и активности иттрия-90 и пересчет активности иттрия на активность стронция-90. Все эти способы технологически сложны и вследствие этого требуют значительного времени определения активности стронция-90, имеют низкую достоверность.
За прототип выбран способ определения содержания стронция-90 в природных и промышленных объектах, включающий приготовление раствора стронция-90, введение в него композиции, способной извлекать иттрий-90, приготовление счетного препарата, измерение скорости счета бета-излучения иттрия-90, определение количества иттрия-90 и пересчет количества иттрия-90 на количество стронция-90 (патент РФ №2166775, опубл. 10.05.2001). Недостатком этого способа, также как и указанных выше, является его длительность, низкая достоверность.
Техническим результатом изобретения является определение в реальном времени содержания стронция-90 в жидкостях с чувствительностью не хуже 1 Бк/литр.
Для достижения указанного результата предложен способ определения содержания стронция-90 в жидкостях, заключающийся в измерении скорости счета бета-излучения иттрия-90, определении количества иттрия-90 и пересчете количества иттрия-90 на количество стронция-90, при этом одновременно и независимо измеряют бета-излучение иттрия-90 и фоновые события от электронов комптоновского рассеяния гамма-квантов в исследуемом объеме жидкости сцинтилляционным методом и определяют по разнице счета количество стронция-90.
В основу изобретения положен принцип регистрации бета-распадных электронов радионуклида иттрия-90, концентрация которого находится в равновесии с концентрацией стронция-90. При одновременной и независимой регистрации бета-излучения иттрия-90 и фоновых событий непосредственно в контролируемом объеме жидкости повышается достоверность измерений. При этом измерения проводят непосредственно в исследуемом объеме жидкости. Измерения проводят равномерно по исследуемому объему жидкости.
На фиг.1 схематично показано расположение детектирующих элементов для проведения измерений, где 1 - стержень из сцинтиллирующего полистирола, 2 - защитный экран из полистирола. На фиг.2 показано выполнение детектора, который должен в минимально достаточном исполнении состоять из двух сборок бета-стержней и двух сборок гамма-стержней.
Способ осуществляется следующим образом.
В качестве детектирующих сцинтилляционных элементов для измерения излучения предложены стержни 1 из сцинтиллирующего полистирола. Предложен следующий вариант реализации способа измерения.
Стержни делятся на две равные по числу группы (см. фиг.1). Стержни каждой группы одинаково и равномерно заполняют объем детектора. Геометрические размеры стержней и расстояние между ними рассчитывается в каждом конкретном случае. Если теперь стержни 1 какой-либо группы поместить в защитные экраны 2 из чистого полистирола с толщиной, достаточной для поглощения бета-электронов, то эта группа (назовем ее гамма-детектором) станет не чувствительной к бета-излучению из исследованной жидкости. Оставшаяся часть (бета-детектор) регистрирует и гамма- и бета-излучение. Чувствительность обоих детекторов к гамма-излучению будет одинаковой, так как сечения взаимодействия гамма-квантов в воде и полистироле в интересующем нас диапазоне энергий практически одинаковые, а длина поглощения гамма-квантов в детекторе более чем на порядок превышает постоянную решетки «а». По разнице измерений двух групп стержней мы определяем эффект, связанный с бета-излучением иттрия. Детектирующие элементы 1 подсоединены через ФЭУ к блоку индикации данных (не показаны), обработка измерений и пересчет содержания стронция-90 проводится по любой известной методике.
Расчеты показали, что для определения количества стронция-90 в воде за время измерения 1000 секунд с чувствительностью 1 Бк/л достаточно четырех групп стержней 1 по 35 штук в каждой группе (две группы стержней без защитного экрана 2 и две группы стержней с защитными экранами 2, например, как показано на фиг.2), их общий занимаемый объем составит ~40 л.
Таким образом, предлагаемый способ позволит с высокой точностью и без предварительного изготовления образцов проводить измерения содержания стронция-90 в жидкостях в режиме реального времени, что обеспечит его мониторинг на АЭС, других промышленных и природных объектах, где необходим экспресс-анализ радиоактивной обстановки.