Интегральный радиометр радона с диэлектрическим трековым детектором
INTEGRATED RADON RADIOMETER WITH DIELECTRIC TRACK DETECTOR

Изобретение относится к устройствам для измерения объемной активности радона в воздухе - радоновым радиометрам, и предназначено для определения концентрации радона в воздухе помещений и в атмосферном воздухе в заданные интервалы времени. Сферой применения являются дозиметрия и радиометрия ионизирующих излучений, в частности радиационно-гигиенические обследования жилых, общественных и производственных помещений на содержание радона в помещениях, контроль соблюдения требований радиационной безопасности на рабочих местах, проведение научно-исследовательских и прикладных работ, работ по радоновой реабилитации зданий, обучение учащихся и студентов.
Из существующего уровня техники известны устройства на основе пассивного (диффузионного) отбора пробы радона из воздуха в пробоотборную камеру (ПК), внутри которой находится диэлектрический трековый детектор (ДТД), регистрирующий альфа-частицы, появляющиеся при распаде радона и его дочерних продуктов (ДПР).
В качестве ДТД применяются полимерные пленки, наибольшее распространение получили пленки из нитрата целлюлозы LR-115 и диэтиленгликольбикарбоната CR-39. Регистрационные характеристики ДТД, в частности чувствительность к альфа-частицам, определяются как их свойствами, так и энергией альфа-частиц при входе в детектор (см. Маренный A.M. Методические аспекты измерений средней объемной активности радона в помещениях интегральным трековым методом // АНРИ, №4, 2012, с. 13-19). При облучении ДТД альфа-частицами треки в ДТД оставляют только те альфа-частицы, энергия которых находится в интервале регистрации данного типа детектора. Количество треков, образующихся в ДТД, пропорционально OA радона в воздухе за все время измерения.
Устройства с ДТД, используемые для измерения OA радона в воздухе, относят к интегральным трековым радиометрам радона (ИТРР). Имеется множество различных конструкций ИТРР и их модификаций, отличающихся по признакам: тип ДТД, открытый или находящийся в ПК детектор, геометрические параметры ПК, количество ДТД, находящихся внутри ПК, наличие или отсутствие пленки для уменьшения энергии альфа-частиц на их пути к поверхности ДТД, количество ПК и т.д. (см. Николаев В.А. Твердотельные трековые детекторы в радиационных исследованиях, Изд-во Политехнического Университета, СПб 2012, стр. 118-132).
222
В частности представителями таких устройств являются ИТРР на основе детектора LR-115: с открытым детектором (AlterH. W. andPriceP. В. Radondetectionusingtrackregistrationmaterial. U. S. Patent 3665194, 1972; Hertzman S. and Samuelsson C. The use of open track films for Rn-measurements in dwellings. Nucl. Tracks 12, Nos 1-6, 755-758, 1986); с детектором в закрытой ПК с входным фильтром (Fleisher R. L. Reducing noise in uranium exploration. U. S. Patent 4063087, 1977); детектором в закрытой ПК с лабиринтом для прохода в нее воздуха (Маренный A.M. Измерение объемной активности радона трековым методом // АНРИ, 1995, N 3/4, с. 79-84; Маренный A.M. Методические аспекты измерений средней объемной активности радона в помещениях интегральным трековым методом // АНРИ, №4, 2012, с. 13-19); с несколькими детекторами (SomogyiG., ParipasS. andVargaZs. Measurement of radon, radon daughters and thoron concentrations by multi-detector devices. // Nucl. Tracks Radiat. Meas., 1984, V.8, Nos. 1-4, 423-427; Csige I., Csegzi S. The Radamon radon detector and an example of application. // Radiat. Meas., 2001, V.34, Nos 1-6, 437-440).
Аналогом устройства, реализующего данный способ определения средней за определенный период времени (длительность экспонирования), является, например, ИТРР РЭИ-4, схематически показанный на фиг. 1 (см. Маренный A.M. Методические аспекты измерений средней объемной активности радона в помещениях интегральным трековым методом // АНРИ, №4, 2012, с. 13-19), который конструктивно состоит из цилиндрического корпуса 1, одно основание которого скруглено, а второе закрывается навинчивающейся крышкой 4. Внутри корпуса крепится держатель 5, на котором фиксируется пленочный диэлектрический трековый детектор 3 в оправке 2. Для улучшения газообмена между объемами, на которые камера делится держателем 5, в нем имеются специальные отверстия. Резьбовой лабиринт между корпусом и крышкой, выполняет следующие функции: а) не пропускает в камеру аэрозольную компоненту, благодаря чему ДПР регистрируются только от распада тех ядер радона, которые попали в камеру; б) отсекает атомы торона (радон-220); в) препятствует конденсации влаги на внутренних поверхностях камеры; г) обеспечивает стабильную атмосферу внутри камеры. Во время экспонирования камеры радон из воздуха диффундирует в нее через резьбовой лабиринт. Образовавшиеся в камере ДПР частично осаждаются на дне и стенках камеры, диаметр которой подобран таким образом, чтобы обеспечить эффективную регистрацию альфа-частиц от ДПР в ДТД типа LR-115.
Общим недостатком этого и других известных аналогов ИТРР с ДТД, находящимся в закрытой ПК, является отсутствие возможности «включать» ИТРР, т.е. обеспечивать регистрацию альфа-частиц только в необходимые для набора информации интервалы времени (например, на время присутствия обитателей в обследуемом помещении, в течение рабочей смены персонала и т.д.) и «выключать», т.е. исключать регистрацию альфа-частиц, в другие интервалы времени (при транспортировке и хранении ИТРР на складе или, например, при отсутствии обитателей в обследуемом помещении, на время вне рабочей смены персонала и т.д.) Отсутствие такой возможности у существующих устройств приводит к искажению результатов измерений средней OA радона с целью оценки действия радона на обитателей помещения, а также к тому, что, несмотря на наличие оболочки, при длительном хранении ИТРР до начала и после окончания экспонирования в неконтролируемых условиях может существенным образом увеличиваться фон ДТД, что также приводит к существенному увеличению неопределенности результатов измерений OA радона.
Целью данного изобретения является обеспечение возможности измерения средней объемной активности радона в течение заданных интервалов времени с помощью интегрального трекового радонового радиометра с закрытой ПК. Возможность измерения OA радона в отдельные заданные интервалы времени при экспонировании в течение длительного периода времени между сборкой ИТРР и извлечением из него диэлектрического трекового детектора, обеспечит получение корректных результатов при измерении средних значений OA радона и доз облучения радоном как в коммунальной, так и в производственной сфере в ряде ситуаций: при проведении обследований жилых домов, школ, детских садов и др.; при измерениях OA радона для расчета доз облучения радоном производственного персонала с учетом продолжительности рабочей смены и т.д.
Поставленная цель достигается тем, что в отличие от аналогов в конструкцию предложенного устройства введено устройство для перемещения ДТД внутри ПК в одно из двух положений таким образом, чтобы при «выключении» ИТРР энергии альфа-частиц, проходящих через поверхности ДТД, были выше верхней границы интервала регистрации альфа-частиц для данного типа детектора, а при «включении» - энергии альфа-частиц, проходящих через поверхности ДТД, находились в интервале регистрации альфа-частиц для данного типа детектора.
Предложенное устройство отличается тем, что пробоотборная камера, находящаяся во внутренней части его корпуса, выполнена в виде, по меньшей мере, двух сообщающихся между собой полостей с различной геометрией, так, что ДТД, соединен с устройством, позволяющим в нужные моменты времени перемещать ДТД из одной полости в другую. Пробоотборная камера может иметь больше двух полостей с различной геометрией. В зависимости от количества и выбранной геометрии полостей, внутри ИТРР может находиться как один, так и несколько детекторов. Перемещение детекторов, может быть как продольно-поступательным, так и вращательным.
Сущность заявленного устройства поясняется чертежами, не охватывающими и, тем более, не ограничивающими объем притязаний по данному решению, а лишь являющимися иллюстрирующими материалами частного случая выполнения устройства. На фиг. 2а изображено предлагаемое устройство (вариант с продольно-поступательным перемещением одного детектора) с детектором в положении «Выключено» и на фиг.2б - устройство с детектором в положении «Включено». Под указанными на рисунках позициями обозначены следующие конструктивные элементы: поз. 6 - детектор; поз. 7 -держатель детектора; 8 - устройство для перемещения детектора; 9 - «щелевидная» полость; 10 - полость большего диаметра (измерительная полость; 11 - корпус ИТТР.
Устройство работает следующим образом. В неактивном, т.е. «выключенном», состоянии ИТРР, детектор 6 находится в полости 10 пробоотборной камеры, которая имеет щелевидную форму минимального объема, достаточного для размещения в ней держателя детектора 7. При такой геометрии полости, энергии альфа-частиц, эмитируемые радионуклидами, находящимися на стенках полости, имеют энергии выше тех, которые могут быть зарегистрированы детектором.
Для «включения» ИТРР, т.е. для начала регистрации альфа-частиц, детектор 6, перемещают с помощью устройства 8, связанного с держателем 7, в полость 9, стенки которой находятся на расстоянии от поверхности детектора, достаточном для замедления альфа-частиц, эмитируемых радионуклидами, находящимися на стенках полости, до энергий ниже верхней границы интервала регистрации данного детектора.
Для «выключения» ИТРР держатель 7 с находящимся на нем детектором 6, переводится с помощью устройства 8 опять в полость 10.
Таким образом, заявленный трековый радоновый радиометр содержит внутри корпуса пробооотборную камеру и находящийся в ней держатель с диэлектрическим трековым детектором, при этом пробоотборная камера выполнена в виде, по крайней мере, двух сообщающихся между собой полостей, одна из которых имеет щелеобразный вид, а вторая, объем которой превышает объем щелевидной полости в несколько раз, имеет вид цилиндра или полусферы, в основании которых размещается держатель с диэлектрическим детектором, причем держатель соединен с устройством для фиксированного продольно-поступательного или вращательного перемещения диэлектрического трекового детектора между полостями пробоотборной камеры. В качестве диэлектрического трекового детектора используется детектор из полимерной пленки, регистрирующий только альфа-частицы с энергией в интервале, верхняя граница которого ниже 4 МэВ.
Геометрические параметры пробоотборной камеры выбраны таким образом, что наибольшее количество альфа-частиц, испускаемых при распаде радона и его дочерних продуктов распада, находящихся в объеме воздуха внутри полости большего объема и на ее стенках и дне, попадают на поверхность находящегося в полости диэлектрического трекового детектора с энергией, достаточной для регистрации в детекторе данного типа, а геометрические параметры щелевидной полости выбраны таким образом, что в нее целиком входит держатель с диэлектрическим трековым детектором, однако энергия альфа-частиц, испускаемых при распаде радона и его дочерних продуктов распада в объеме воздуха внутри этой полости и на ее дне и стенках, при нахождении в ней диэлектрического трекового детектора, попадают на его поверхность с энергией выше верхней границы интервала энергий регистрации альфа-частиц в детекторе данного типа.
Корпус радонового радиометра может быть выполнен из двух или более частей, сконструированных таким образом, что после сборки радиометра между частями его корпуса образуются щелевые зазоры, размеры и форма которых обеспечивают проход атмосферного воздуха, содержащего радон, в пробоотборную камеру с задержкой 40-60 минут.
Корпус радонового радиометра может быть выполнен из двух или более частей, имеющих один или несколько каналов для поступления воздуха от внешней поверхности корпуса к внутренней поверхности полости большего объема пробоотборной камеры, а весь корпус находится в чехле из полимерной пленки. При этом размеры, форма и количество должны обеспечивать свободную циркуляцию воздуха внутри корпуса радиометра, а тип и толщина полимерной пленки должны подбираться таким образом, чтобы обеспечивать задержку поступления атмосферного воздуха внутрь чехла с задержкой 40-60 минут. Пробоотборная камера может содержать по несколько полостей каждого вида. Заявленное устройство может содержать несколько диэлектрических трековых детекторов. Полости большего объема могут находиться как со стороны одной, так и двух поверхностей диэлектрического трекового детектора. Заявленное устройство может содержать в полостях большего объема пробоотборной камеры пленочные поглотители, предназначенные для уменьшения энергии альфа-частиц при входе в детектор до необходимого для регистрации значения, которые расположены параллельно поверхности диэлектрического трекового детектора вблизи одной или двух его поверхностей. В полости большего объема пробоотборной камеры могут помещаться специальные вставки, меняющие форму полостей и изменяющие их объем в пределах от исходного объема до объема, равного объему щелевидной полости, при этом специальные вставки могут быть выполнены из токопроводящего материала. Устройство для перемещения детектора может управляться вручную, либо по заданной программе с помощью движителя, входящего в состав устройства для перемещения детектора.
Изготовленные экземпляры ИТРР с продольно-поступательным перемещением одного детектора и с круговым одновременным перемещением двух детекторов были апробированы в экспериментах на лабораторном радоновом стенде с высокой концентрацией радона в воздухе и в обычных помещениях. Было показано, что в положении детекторов «Выключено» количество треков не увеличивается при экспозиции ИТРР в течение вплоть до 10 суток, что свидетельствует об отсутствии регистрации альфа-частиц. При положении детекторов «Включено» количество треков на детекторе увеличивается пропорционально длительности экспонирования.
Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает достижение поставленной цели. Возможность измерения OA радона в отдельные заданные интервалы времени при экспонировании в течение длительного периода времени между сборкой ИТРР и извлечением из него диэлектрического трекового детектора, обеспечит получение корректных результатов при измерении средних значений OA радона и доз облучения радоном как в коммунальной, так и в производственной сфере в ряде ситуаций: при проведении обследований жилых домов, школ, детских садов и др.; при измерениях OA радона для расчета доз облучения радоном производственного персонала с учетом продолжительности рабочей смены и т.д.