УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ АКТИВНОСТИ РАДОНА

Полезная модель относится к дозиметрии и радиометрии ионизирующих излучений и может быть использована в медицине, геологии, сейсмологии, экологии для измерения концентрации радона внутри производственных и жилых помещений, в лечебных радоновых источниках, для предсказаний землетрясений и т.п.
Средства измерения (СИ) объемной активности радона (ОАР) делятся на три основные класса:
- мгновенного действия;
- интегрального типа (для долгосрочных измерений суммарной ОАР);
- мониторного типа (для средне- и долгосрочных измерений ОАР и оценок ее изменения).
Предметом настоящей полезной модели является СИ мгновенного действия, позволяющие получить оценку мгновенных значений объемной активности изотопов радона и аэрозолей в атмосфере обследуемого объекта.
На сегодняшний день разработаны и применяются СИ мгновенного действия трех основных типов на основе:
222
- прямого измерения радона (Rn), так называемые радиометры радона (непосредственный анализ прокачиваемой через СИ пробы воздуха на содержание радона с помощью сцинтилляционного или полупроводникового детектора альфа-частиц);
- измерения продуктов распада радона (с предварительной операцией адсорбирования атомов радона на мерном количестве активированного угля и последующим измерении объемной активности дочерних продуктов радона в объеме угля-адсорбента).
Эти средства измерений в настоящее время являются практически единственными, с помощью которых возможно прямое определение объемной активности изотопов радона в воздухе и коэффициента радиоактивного равновесия между изотопами радона и их дочерними продуктами.
Из уровня техники известна камера для измерения объемной активности радона в пробах окружающего воздуха, содержащая проводящий цилиндрический корпус, детектор излучения с высоковольтным электродом, аэрозольный фильтр с воздушным клапаном, расположенным на фланцах, при этом корпус камеры выполнен в виде телескопических колец, соединенных фиксаторами (RU 2008694 С1, МПК 7 G 01 T1/167, 28.02. 1994/1/). Отбор проб воздуха в камере производится при перемещении телескопических колец. Воздух поступает через аэрозольный фильтр и выходит через воздушный клапан. Взаимное расположение телескопических элементов в рабочем положении (при измерениях) устанавливается фиксаторами, одновременно обеспечивающими герметизацию камеры и электрический контакт между проводящими внутренними поверхностями колец. Таким образом, камера работает как воздушная помпа, позволяющая сменить пробу воздуха непосредственно в точке измерения. В нерабочем состоянии камера складывается, при этом ее габариты значительно уменьшаются. Это позволяет использовать камеру в переносных радиометрах для экспресс-мониторинга радона на обследуемой территории. В рабочем положении необходимые размеры камеры в соответствии с заявляемым техническим решением устанавливаются с помощью телескопических колец и фиксаторов.
Недостатком приведенной полезной модели является наличие взаимодействующих между собой перемещающихся частей, поломка которых приводит к выходу из строя устройства, а также малая надежность и недостаточно высокая достоверность измерений.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству измерения ОАР можно считать радиометр, содержащий измерительную
камеру с проточным каналом, средства принудительной прокачки воздуха в виде механического насоса, полупроводниковый детектор ионизирующего излучения, расположенный внутри измерительной камеры, и средства обработки и регистрации результатов измерений (Проспект фирмы Alpha NUCLEAR, Canada Series 500 alpha DOSIMETER SYSTEM, 1988 /2/).
Радиометр работает таким образом, что при его установке в помещение, в котором необходимо определить объемную активность радона, происходит заполнение проточного канала воздухом из этого помещения, поступающим в него за счет естественной диффузии или с помощью встроенного в радиометр механического насоса, применяемого для быстрого заполнения исследуемым воздухом измерительной (электроосадительной) камеры. Вместе с воздухом в электроосадительную камеру поступает радон. Под действием естественного процесса распада радон в электроосадительной камере превращается в RaA. Поверхность полупроводникового детектора имеет отрицательный потенциал по отношению к стенкам электроосадительной камеры. Атомы RaA, имеющие положительный заряд, за счет притяжения разноименных зарядов осаждаются на поверхности полупроводникового детектора, регистрирующего альфа-излучение дочерних продуктов RaA и RaC, сигнал с которого поступает на электронную схему регистрации радиометра.
Недостаток известного радиометра состоит в том, что он имеет довольно высокую нижнюю границу рабочего диапазона и, соответственно, значительную погрешность измерений.
3
Задачей полезной модели является улучшение технических характеристик устройства, при этом обеспечивается технический результат, который заключается в снижении нижней границы рабочего диапазона до 2 Бк/м, получении основной относительной погрешности измерений ниже 30%, а также обеспечении временной стабильности процесса измерений.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в отличие от известного устройства /2/ для измерения объемной активности радона в газовых средах, содержащего блок отбора проб газа, измерительную камеру
с полупроводниковым детектором и связанный с последним блок спектрометрической обработки результатов измерения, предлагаемое устройство снабжено средством предварительного охлаждения пробы газа для вымораживания водяных паров, например, в виде камеры, и средством охлаждения поверхности полупроводникового детектора до температуры, обеспечивающей конденсацию радона. Измерительная камера выполнена с возможностью охлаждения в ней пробы газа путем адиабатического расширения.
Сущность полезной модели поясняется фиг.1, на которой приведена схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит блок 1 отбора проб газа (в частном случае - воздуха), содержащий систему прокачки газа (воздуха), аэрозольный фильтр и осушитель, кроме того, в устройство входит измерительная камера 2 с полупроводниковым детектором 3 и блок 4 спектрометрической обработки результатов измерений, а также средство предварительного охлаждения пробы газа (воздуха) в виде камеры 5 вымораживания и средство 6 охлаждения поверхности полупроводникового детектора.
При работе устройства происходит следующее.
222
В блоке 1 отбора проб исследуемая проба воздуха прогоняется с помощью системы прокачки через аэрозольный фильтр и осушитель, затем поступает в охлаждаемую камеру 5, где охлаждается до минус 40°С для вымораживания остатков водяных паров. Далее исследуемая проба воздуха поступает в измерительную камеру 2, где происходит ее дальнейшее охлаждение посредством адиабатического расширения до температуры, близкой к минус 65°С, и обдувает металлизированную поверхность полупроводникового детектора 3, охлажденную до той же температуры. При этом происходит конденсация атомов радона (Rn) на металлизированной поверхности полупроводникового детектора 3. Величина температуры от минус 62°С до минус 65°С для поверхности детектора связана с физической константой -точкой кипения радона при нормальном давлении. Эта температура обеспечивает капельное осаждение радона на металлизированной поверхности детектора.
Температура для предварительного охлаждения (вымораживания) пробы воздуха может быть иной в случае изменения конструкции измерительного блока. Блок обработки результатов измерений обеспечивает регистрацию альфа-излучения радона, спектрометрическое определение ОАР, обработку и вывод данных.
3
В результате использования предлагаемого устройства существенно повышается эффективность регистрации атомов радона полупроводниковым детектором, улучшаются метрологические характеристики устройства (диапазон измерений по нижнему пределу расширяется до 2 Бк/м, а соответствующая ей основная относительная погрешность измерений снижается до 10%).