АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ГАЗОПРОТОЧНЫЙ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ МОНИТОР

Заявляемый автоматизированный газопроточный сцинтилляционный монитор относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области регистрации радиоактивных излучений. Наиболее эффективно он может быть использован для измерения мощностей доз радиоактивных излучений, определения концентраций, а также спектрального анализа содержащихся в газовых средах радионуклидов.
Известен газопроточный аэрозольный монитор АВРМ 201 фирмы MGP Instruments, предназначенный для измерения мощностей доз радиоактивных излучений и определения концентраций, содержащихся в газовых средах радионуклидов в зонах размещения ядерных установок(RAMSYS system)(1).
Известный газопроточный аэрозольный монитор имеет в своём составе насос, содержащий кассетный бумажный фильтр и полупроводниковый кремниевый детектор детектирующий блок, а также процессор(LPU) и отображающее устройство (показывающий монитор)(LDU).
Работа известного газопроточного аэрозольного монитора заключается в прокачивании насосом через фильтрующую бумагу кассетного фильтра потока радиоактивной газовой среды с последующим измерением полупроводниковым кремниевым детектором уровня радиоактивности фильтрующей бумаги с задержанными на ней радиоактивными аэрозолями, после чего результаты измерений обрабатываются процессором и выводятся на экран отображающего устройства.
Недостатками известного монитора являются:
повышенная сложность его конструкции, обусловленная необходимостью использования в ней фильтров;
ненадёжность работы в газовых средах с повышенным содержанием влаги из-за её конденсации на поверхности фильтрующего материала, приводящей к ухудшению его фильтруюш 1х свойств;
пониженная достоверность измерений истинных величин мощностей доз радиоактивных излучений и определений истинных концентраЦИЙ радионуклидов, присутствующих в газовых средах, вследствие невозможности фиксации на фильтрующем материале механически незадерживаемых летучих форм радионуклидов;
ограниченная область применения, вследствие возможности его работы только при нормальных условиях и невозможности проведения им спектрального анализа содержащихся в газовых средах радионуклидов .
Известен газопроточный аэрозольный монитор АВРМ 301 фирмы MGP Instruments, предназначенный для измерения мощностей доз радиоактивных излучений и определения концентраций, содержащихся в газовых средах радионуклидов при персональном мониторинге или мониторинге определённых площадей или зон(EDGAR system)(2).
Известный газопроточный аэрозольный монитор имеет в своём составе насос(СРС51), содержащий кассетный бумажный фильтр и полупроводниковый кремниевый детектор детектирующий блок(МАЕ011), а также процессор и отображающее устройство.
Работа известного газопроточного аэрозольного монитора заключается в прокачивании насосом через фильтрующую бумагу кассетного фильтра потока радиоактивной газовой среды с последующим измерением полупроводниковым кремниевым детектором уровня радиоактивности фильтрующей бумаги с задержанными на ней радиоактивными аэрозолями, после чего результаты измерений обрабатываются процессором и выводятся на отображающее устройство.
Недостатками известного монитора являются:
повышенная сложность его конструкции, обусловленная необходимостью использования в ней фильтров;
ненадёжность работы в газовых средах с повышенным содержанием влаги из-за её конденсации на поверхности фильтрующего материала, приводящей к ухудшению его фильтрующих свойств;
пониженная достоверность измерений истинньях величин мощностей доз радиоактивных излучений и определений истинных концентраций радионуклидов, присутствующих в газовых средах, вследствие невозможности фиксации на фильтрующем материале механически незадерживаемых летучих форм радионуклидов;
боты только при нормальных условиях и невозможности проведения им спектрального анализа содержащихся в газовых средах радионуклидов .
Наиболее близким к заявляемому автоматизированному газопроточному сцинтилляционному монитору является газопроточный сцинтилляционный монитор SAPIG 202 фирмы MGP Instruments, предназначенный для измерения мощностей доз радиоактивных излучений, определения концентраций, а также спектрального анализа содержащихся в газовых средах радионуклидов(RAMSYS system)(3).
Известный газопроточный сцинтилляционный монитор имеет в своём составе газоподающее устройство(насос) , аэрозольный стекловолокнистый фильтр, йодный фильтр(цеолит импрегнированный растворимой солью серебра),Nal (Т1) - сцинтиллятор соединенный с фотоумножителем(ФЭУ), который последовательно соединён с электронным блоком процессором со спектральным анализатором(LPU/SAS) и отображающим устройством (показывающим монитором)(LDU).
Работа известного газопроточного аэрозольного монитора заключается в прокачивании насосом в течение определённого времени через аэрозольный стекловолокнистый фильтр и йодный фильтр потока радиоактивной газовой среды, в результате чего на стекловолокнистом фильтре происходит оседание и накапливание радиоактивных аэрозолей, а на йодном фильтре - сорбция и накапливание на цеолите радиоактивного иода в форме нерастворимого иодида серебра, радиоактивное излучение которых регистрируется сцинтиллятором.
Под воздействием радиоактивного излучения с фильтров в сцинтилляторе начинает происходить образование световых импульсов (вспышек). Кванты света, перемещаются по сцинтиллятору в направлении его конца, соединённого с ФЭУ и после попадания в ФЭУ преобразуются в нём в электрические импульсы, число которых пропорционально мощности дозы радиоактивного излучения, воздействующего на сцинтиллятор. Из ФЭУ электрические импульсы поступают в электронный блок, в котором происходит их идентифицикация из фоновых шумов, усиление, анализ по амплитуде и подсчёт их общего числа(несмотря на отсутствие в описании наиболее близкого аналога указанных признаков, они являются базовыми (обязательными) для любой конструкции детекторов на основе сцинтилляторов с ФЭУ) . Сумма электричесьсих импульсов в электронном блоке
пересчитывается в величину мощности дозы, после чего на основе этого происходит определение концентраций (в Bq/m) радионуклидов в анализируемом газе, причём одновременно с этим с помощью спектрального анализатора осуществляется также качественное определение радионуклидов, задержанных фильтрами. Результаты измерений мощностей доз, определения концентраций и идентификации радионуклидов выводятся на отображающее устройство.
Недостатками известного монитора являются:
повышенная сложность его конструкции, обусловленная необходимостью использования в ней фильтров;
ненадёжность работы в газовых средах с повышенным содержанием влаги из-за её конденсации на поверхности фильтрующих материалов, приводящей к ухудшению их фильтрующих свойств;
пониженная достоверность измерений истинных величин мощностей доз радиоактивных излучений, определений истинных концентраций и качественной идентификации радионуклидов, присутствующих в газовых средах, вследствие невозможности фиксации на фильтрующих материалах механически незадерживаемых летучих форм отличных от иода радионуклидов;
невозможность обеспечения проведения измерений уровней радиоактивности с заданной погрешностью измерений.
Преимуществами заявляемого автоматизированного газопроточного сцинтилляционного монитора являются упрощение его конструкции, повышение надёжности работы в газовых средах с повышенной влажностью, повышение достоверности измерений истинных величин мощностей доз радиоактивных излучений, определений истинных концентраций и качественной идентификации радионуклидов, присутствующих в газовых средах, а также обеспечение проведения измерений уровней радиоактивности с заданной погрешностью измерений.
Указанные преимущества достигаются за счёт того, что заявляемый автоматизированный газопроточный сцинтилляционный монитор включает защитный светонепроницаемый светоотражающий корпус, внутри которого расположен сцинтиллятор, верхняя часть которого вьшолнена плоской, а нижняя - сужающейся. Внутри сцинтиллятора расположена полость с открытой верхней частью и содержащим в своей нижней точке отверстием
воронкообразным днищем. Внутренняя поверхность полости покрыта слоем металлического экранирующего материала, а к отверстию воронкообразного днища полости подсоединён наклонный трубопровод снабжённый на его выходном конце клапаном. Верхние части защитного светонепроницаемого светоотражающего корпуса и сдинтиллятора герметично закрыты крышкой, снабжённой датчиком давления и входным отверстием, к которому подсоединено газоподающее устройство(компрессор). Сцинтиллятор своим сужающимся концом соединён с ФЭУ, который последовательно соединён с электронным блоком(процессором со спектральным анализатором) и отображающим устройством (показывающим монитором), а электронный блок соединён с газоподающим устройством, датчиком давления и клапаном.
Отличительными признаками заявляемого автоматизированного газопроточного сцинтилляционного монитора является то, что:
Сцинтиллятор расположен в защитном светонепроницаемом светоотражающем корпусе;
верхняя часть сцинтиллятора выполнена плоской, нижняя часть сужающейся, а внутри сцинтиллятора расположена полость с открытой верхней частью и содержащим в своей нижней точке отверстием воронкообразным днищем;
внутренняя поверхность полости покрыта слоем металлического экранирующего материала, а к отверстию воронкообразного днища полости подсоединён наклонный трубопровод снабжённый на его выходном конце клапаном;
верхние части защитного светонепроницаемого светоотражающего корпуса и сцинтиллятора герметично закрыты крышкой, снабжённой датчиком давления и входным отверстием;
Сцинтиллятор соединён с ФЭУ своим сужающимся концом, входное отверстие крышки соединено с газоподающим устройством, качестве которого используют компрессор, а электронный блок соединён с газоподающим устройством, датчиком давления и клапаном.
Заявляемый автоматизированный газопроточный сцинтилляционный монитор иллюстрируется чертежом, представленным на фиг. 1.
Заявляемый автоматизированный газопроточный сцинтилляционный монитор состоит из сцинтиллятора 1, внутри которого выполнена полость
2 с воронкообразным днищем 3, слоя металлического экранирующего материала 4, защитного светонепроницаемого светоотражающего корпуса 5, крыщки б, входного отверстия крьщ1ки 7, газоподающего устройства 8, датчика давления 9, наклонного трубопровода 10, клапана 11, ФЭУ 12, электронного блока 13 и отображающего устройства 14.
Заявляемый автоматизированный газопроточный сцинтилляционный монитор работает следующим образом.
Непосредственно перед началом работы автоматизированного газопроточного сцинтилляционного монитора, на ФЭУ 12 и электронный блок 13 подают напряжение от источников питания. В память процессора электронного блока 13 вводят величины максимально допустимой погрещности измерений, максимально допустимого давления газа в полости 2, объёма полости 2, фонового уровня радиации, времени экспозиции измерений, верхнего и нижнего порогов регистрации, а также параметр (ы) , (например величину мощности дозы), при котором(ых) в силу опасности выхода из строя сцинтиллятора необходимо будет прекратить работу автоматизированного газопроточного сцинтилляционного монитора, после чего электронный блок 13 включают газоподающее устройство 8 и анализируемый газ начинает поступать в полость 2. При поступлении анализируемого газа в полость 2(при закрытом клапане 11) в последней будет происходить его накопление, сопровождающееся повышением давления, величина которого будет постоянно регистрироваться датчиком давления 9 и передаваться в электронный блок 13. Одновременно с накоплением анализируемого газа в полости 2 сразу же начинается измерение уровня радиоактивности присутствующих в нём радионуклидов, причём подобное накопление газа с радионуклидами позволяет осуществлять измерение уровня их радиоактивности с меньшей погрешностью измерений, чем это было бы возможно при нормальных условиях. Результаты измерений будут поступать в электронный блок 13, где будет происходить оценка погрешности измерений и сравнение их величин с величиной максимально допустимой погрешности измерения. Если величины погрешности измерений будут превышать её максимально допустимую величину, то электронный блок 13 будет изменять время экспозиции, а также с помощью клапана 11 регулировать давление в полости 2 таким образом, чтобы обеспечить проведение измерений в пределах допустимой погрешности. В тех случаях, когда давление газа в полости 2 будет
подниматься до его максимально допустимого значения электронный блок
13,открывая клапан 11, будет обеспечивать поддержание это давления на безопасном уровне, не допуская механического разрушения сцинтиллятора 1. Кроме того при достижении, например, регистрируемой мощностью дозы величины, при которой возникнет опасность выхода из строя сцинтиллятора,(его деструктуризация) или при падении регистрируемого уровня радиации ниже его фонового значения(выход из строя ФЭУ 12 и т.п.) по команде с процессора электронного блока 13 будет отключаться газоподающее устройство 8, открываться клапан 11 и подаваться отображающим устройством 14 световой и звуковой предупреждающий сигналы .
Наличие на внутренней поверхности полости 2 слоя металлического экранирующего материала 4 будет обеспечивать защиту сцинтиллятора 1 от оседания и сорбции на нём радиоактивных аэрозолей и летучих форм радионуклидов, активную конденсацию паров влаги из газа, а также стекание конденсата в воронкообразное днище 3(самодезактивацию конденсатом поверхности полости 2) , причём удаление конденсата из воронкообразного днища 3 будет осуществляется под давлением через трубопровод 10 в моменты открытия клапана 11. Воронкообразное днище 3 будет обеспечивать наиболее оптимальный сбор конденсата и его наиболее полное удаление из полости 2, а соединённая с ФЭУ 12 сужающаяся нижняя часть сцинтиллятора 1 - наилучший светосбор и снижение погрешности измерений.
По величине давления газа в полости 2, объёму полости 2, а также величине мощности дозы радиоактивного излучения от присутствующих в газе в полости 2 радионуклидов электронный блок 13 будет определять их концентрацию в анализируемом газе(при нормальных условиях) в каждую единицу времени, а спектральный анализатор - их качественный состав, величины которых будут выводиться на отображающее устройство
14,в качестве которого можно использовать показывающий монитор компьютера, жидкокристаллический дисплей и т.п.
Испытания показали, что заявляемого автоматизированный газопроточный сцинтилляционный монитор:
обладает более простой конструкцией за счёт отсутствия в нём фильтров;
обеспечивает возможность его работы в газовых средах с повышенной влажностью, играющей за счёт его конструктивных особенностей положительную роль;
повышает достоверность в измерениях истинных величин мощностей доз радиоактивных излучений и в определениях истинных концентраций и качественной идентификации радионуклидов, присутствующих в газовых средах за счёт обеспечения возможности регистрации радиоактивных излучений летучих форм радионуклидов; обеспечивает возможность проведения измерений уровней радиоактивности с заданной погрешностью измерений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Instruments: a complete range of equipment for radioactivity and chemical toxicity,1997 catalogue, MGP Instruments Inc. 5000 Highlands Parkway,Suite 150 Smyrna, Georgia 30082,s. IX, 9.
2. Instruments: a complete range of equipment for radioactivity and chemical toxicity,1997 catalogue, MGP Instruments Inc. 5000 Highlands Parkway,Suite 150 Smyrna, Georgia 30082,s. VII-VIII,9.
3. Instruments: a complete range of equipment for radioactivity and chemical toxicity,1997 catalogue, MGP Instruments Inc. 5000 Highlands Parkway,Suite 150 Smyrna, Georgia 30082,s. 27.