СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ АКТИВНОСТИ БЕТА-АКТИВНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ
METHOD TO MEASURE VOLUME ACTIVITY OF BETA-ACTIVE AEROSOLS

Изобретение относится к радиационному контролю помещений и промплощадки, а именно к измерению объемной активности радиоактивных аэрозолей.
Известен способ радиометрического контроля, защищенный патентом РФ №2251661, МПК G01B 15/02, 2004 г., заключающийся в формировании с помощью полупроводниковых детекторов импульсов, амплитуды которых пропорциональны энергиям нуклидов. Этот признак входит и в состав заявляемого способа.
Причиной, препятствующей получению в этом аналоге технического результата, обеспечиваемого изобретением, является то обстоятельство, что аналог предназначен для контроля материалов и изделий, поэтому не позволяет контролировать аэрозоли, что необходимо осуществлять на практике.
Известен также способ радиометрического контроля, реализованный в радиометрическом сигнализаторе, защищенном патентом РФ №1840263, МПК G01T 1/17, 1985 г. В нем также осуществляется с помощью детекторов формирование импульсов с амплитудами, пропорциональными энергиям нуклидов. Таким образом, данный аналог имеет такой же общий с заявляемым способом признак, что и способ но патенту РФ №2251661.
Данный аналог выполняет лишь функцию сигнализации о наличии источников ионизирующего излучения, поэтому также не может быть использован для достижения технического результата, обеспечиваемого заявляемым способом.
Контроль аэрозолей позволяет осуществить способ, реализованный в радиометре для измерения объемной активности газообразных нуклидов и радиоактивных аэрозолей, защищенный патентом РФ №2035053, МПК G01T 1/67, G01T 5/02, 1993 г. Этот способ основан на прокачке воздуха с аэрозолями через проточный капал и осаждении продуктов распада на аэрозольном фильтре. В этом способе над аэрозольным фильтром устанавливают полупроводниковый детектор, с помощью которого формируют импульсы напряжения с амплитудами, пропорциональными энергиям нуклидов. Все перечисленные признаки данного аналога входят в состав существенных признаков заявляемого способа.
Причиной, препятствующей получению в этом аналоге технического результата, обеспечиваемого изобретением, является то обстоятельство, что аналог предназначен для измерения объемной активности радона, в то время как на практике необходимо осуществлять измерение объемной активности β-активных аэрозолей.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является способ измерения объемной активности аэрозолей, реализованный в установке для измерения объемной активности аэрозолей УДА-1АБ, разработанной научно-производственным предприятием «Доза». В соответствии с этим способом производят отбор пробы аэрозолей путем прокачки воздуха с контролируемыми аэрозолями через фильтрующую ленту с заданной постоянной скоростью, при этом над зоной фильтрации устанавливают полупроводниковый детектор. С помощью этого детектора формируют импульсы напряжения, амплитуды которых пропорциональны энергиям α- и β-частиц, испускаемых осевшими на фильтре частицами пылевой фракции аэрозоля. С помощью аналого-цифрового преобразователя, встроенного процессора, программного обеспечения «Конфигуратор» и внешней ПЭВМ амплитуды последовательности импульсов с выхода детектора преобразуются в энергетический спектр, отображаемый на экране ПЭВМ.
Все перечисленные признаки прототипа, кроме преобразования амплитуд последовательности импульсов в энергетический спектр излучения рабочей зоны фильтра, входят в состав заявляемого способа.
Причиной, препятствующей достижению в прототипе технического результата, обеспечиваемого заявляемым способом, является относительно низкая точность измерения, обусловленная наличием в спектре излучения рабочей зоны фильтра излучения радиоактивных аэрозолей короткоживущих нуклидов, а также воздействием внешних радиоактивных излучений.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности измерения.
i
i
i
i
i
<mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mover accent="true"><mrow><mn>1,</mn><mi>ℓ</mi></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
-1
Для достижения указанного технического результата в известном способе измерения объемной активности аэрозолей, основанном на отборе проб аэрозолей путем прокачки воздуха с контролируемыми аэрозолями через фильтрующую ленту с заданной постоянной скоростью, установке над зоной фильтрации полупроводникового детектора и формировании с его помощью последовательности импульсов напряжения, амплитуды которых пропорциональны энергиям α- и β-частиц, испускаемых осевшими на фильтре частицами радиоактивного аэрозоля, фильтрующую ленту передвигают в дискретном режиме, осуществляя отстой отобранной пробы в течение промежутка времени, достаточного для распада короткоживущих нуклидов, в месте отстоя пробы устанавливают второй полупроводниковый детектор и формируют с его помощью последовательность импульсов напряжения, амплитуды которых пропорциональны энергиям α- и β-частиц, испускаемых осевшими на фильтре частицами радиоактивного аэрозоля в месте отстоя пробы, сформированные на выходах каждого из полупроводниковых детекторов импульсы селектируют по амплитуде на соответствие излучению β-активного аэрозоля, по отселектированным импульсам определяют объемную активность β-активного аэрозоля в течение заданного интервала времени, полный заданный интервал времени Т разбивают на ℓ промежутков времени длительностью τ, равной заданному времени измерения текущей объемной активности, на каждом из этих следующих друг за другом промежутков времени для каждого из детекторов подсчитывают число N отселектированных импульсов, где
- номер текущего промежутка времени, определяют текущую частоту F следования отселектированных импульсов (скорость счета) по формуле F=N·τ и определяют текущую объемную активность q по формуле:
<mrow><msub><mi>q</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>F</mi><mi>i</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>F</mi><mrow><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mrow><mi>R</mi><mo>⋅</mo><mi>τ</mi><mo>⋅</mo><mi>W</mi></mrow></mfrac></mrow>
,
-1
-1
где R - чувствительность детектора, [Бк·с];
3
-1
W - скорость прокачки воздуха, [м·с],
полученные значения объемной активности усредняют по всем промежуткам времени τ, включая i-ый и все предыдущие, при этом места отбора и отстоя проб и детекторы располагают в свинцовой защите.
Отсутствуют какие-либо источники информации, в которых предлагаемая совокупность действий над контролируемыми аэрозолями была бы описана. Поэтому предлагаемый способ измерения следует считать новым и имеющим изобретательский уровень.
По существу в предлагаемом способе осуществляют следующие действия.
Производят отбор проб аэрозолей. Для выполнения этой операции воздух с контролируемым аэрозолем прокачивают с заданной постоянной скоростью через фильтр. Фильтр выполняют в виде дискретно перемещаемой ленты. Над местом отбора пробы устанавливают первый полупроводниковый детектор. С помощью этого детектора формируют последовательность импульсов, амплитуды которых пропорциональны энергиям β-частиц, α-частиц и других радиоактивных элементов, испускаемых осевшими на фильтре частицами радиоактивного аэрозоля. Сформированные импульсы селектируют по амплитуде на соответствие излучению β-активного аэрозоля, то есть отбирают импульсы, амплитуды которых не превышают амплитуд импульсов результатов детектирования излучения β-активного аэрозоля. Отселектированные импульсы используют в дальнейшем для оперативного измерения объемной активности аэрозоля в течение заданного времени Т порядка трех часов. Это измерение осуществляют в совмещенном режиме, то есть одновременно с отбором пробы.
Измерение осуществляют в следующем порядке.
i
<mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mover accent="true"><mrow><mn>1,</mn><mi>ℓ</mi></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
Полный заданный интервал времени Т разбивают на ℓ промежутков времени длительностью τ, равной заданному времени измерения текущей объемной активности каждый, и следующих друг за другом. На каждом из этих промежутков времени для каждого из детекторов подсчитывают число N отселектированных импульсов, где
номер текущего промежутка времени.
i
i
Затем определяют текущую частоту F следования отселектированных импульсов (скорость счета) и текущую объемную активность q по формулам:
<mrow><msub><mi>F</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>N</mi><mi>i</mi></msub><mo>⋅</mo><msup><mi>τ</mi><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup></mrow>
;
<mrow><msub><mi>q</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>F</mi><mi>i</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>F</mi><mrow><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mrow><mi>R</mi><mo>⋅</mo><mi>τ</mi><mo>⋅</mo><mi>W</mi></mrow></mfrac></mrow>
,
-1
-1
где R - чувствительность детектора, [Бк·с];
3
-1
W - скорость прокачки воздуха, [м·с],
cpi
Дополнительно определяют объемную активность, усредненную по всем промежуткам времени τ, включая i-ый и все предыдущие. Усредненная объемная активность q для i-ого промежутка времени τ определится:
<mrow><msub><mi>q</mi><mrow><mi>c</mi><mi>p</mi><mi>i</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>q</mi><mi>i</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>q</mi><mrow><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>i</mi></mfrac></mrow>
.
cpl
На последнем ℓ-ом промежутке времени τ она представляет собой объемную активность q, определяемую формулой:
<mrow><msub><mi>q</mi><mrow><mi>c</mi><mi>p</mi><mi>ℓ</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>q</mi><mi>ℓ</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>q</mi><mrow><mi>ℓ</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>ℓ</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>ℓ</mi></mfrac></mrow>
Она усреднена за полный интервал времени Т.
i
i
Полученное значение q принимается в качестве оперативной оценки объемной активности β-активного аэрозоля. Она осуществляется достаточно оперативно, потому что первые, хотя и грубые, значения q объемной активности в предлагаемом способе формируются уже при незначительных значениях параметра i, а с его увеличением число интервалов, по которым усредняются результаты измерений, растет, то есть результат оценки в определенной степени уточняется в процессе самих измерений.
Описанный процесс формирования н>а выходе детектора импульсов, амплитуды которых пропорциональны энергиям α- и β-частиц, испускаемых осевшими на фильтре частицами аэрозоля, осуществляют и в прототипе, однако точность измерения там относительно низка, что обусловлено воздействием внешних радиоактивных излучений и наличием в спектре излучения рабочей зоны фильтра излучения короткоживущих нуклидов.
Для повышения точности результата измерения в заявляемом способе осуществляют следующие дополнительные действия.
Передвижение фильтрующей ленты выполняют в дискретном режиме, осуществляя отстой отобранной пробы в течение промежутка времени, достаточного для распада короткоживущих нуклидов, например, шести часов. В месте отстоя пробы устанавливают второй полупроводниковый детектор. С его помощью формируют последовательность импульсов, амплитуды которых пропорциональны энергиям α- и β-частиц, испускаемых осевшими на фильтре частицами пылевой фракции аэрозоля в месте отстоя пробы.
При этом места отбора и отстоя проб и детекторы располагают в круговой свинцовой защите.
Импульсы с выхода второго детектора, как и импульсы с выхода первого, селектируют на соответствие излучению β-активного диапазона, а результат детектирования используют в дальнейшем для уточненного измерения объемной активности β-активного аэрозоля.
i
i-1
Порядок измерения объемной активности по импульсам с выхода второго детектора точно такой же, как и по импульсам с выхода первого, с той лишь разницей, что в формулах для расчета величины q составляющая "-F" отсутствует. Однако точность измерения в этом случае будет значительно выше, чем в способе-прототипе, так как короткоживущие нуклиды успевают распасться в процессе отстоя пробы и не сказываются на точности измерения. Кроме того, точность измерения дополнительно повышается за счет подавления свинцовой защитой внешних радиоактивных излучений.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения объемной активности β-активных аэрозолей по сравнению с прототипом.
Заявляемый способ технически реализуем. Основные элементы устройства, реализующего заявляемый способ, - детекторы, встроенный процессор, фильтр - принципиально аналогичны соответствующим элементам прототипа и достаточно легко реализуемы. Для осуществления амплитудной селекции результатов детектирования импульсов с выходов детекторов на предмет соответствия результатов детектирования излучения β-активного диапазоны могут быть использованы аналоговые компараторы. Для оценки скорости счета объемной активности может быть использована такая же ПЭВМ, как и в прототипе.