СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ АКТИВНОСТИ БЕТА-ИЗЛУЧАЮЩИХ РАДИОНУКЛИДОВ В ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ МЕТОДОМ РЕГИСТРАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ ВАВИЛОВА-ЧЕРЕНКОВА С УЧЕТОМ ЭФФЕКТОВ ГАШЕНИЯ
METHOD OF DETERMINING VOLUME ACTIVITY OF BETA-IRRADIATING RADIONUCLIDES IN WATER OBJECTS BY METHODS OF REGISTERING VAVILOV-CHERENKOV IRRADIATION WITH TAKING INTO ACCOUNT EFFECTS OF SUPPRESSION

Изобретение относится к области неразрушающих методов анализа и может быть использовано для определения содержания бета-излучающих радионуклидов в водных объектах.
Известен способ определения количественного состава бета-излучающих радионуклидов спектрометрическими методами, которые предусматривают сложные процедуры проведения анализа, заключающиеся в химической подготовке пробы путем ее упаривания и нанесения на металлическую подложку пробы, предварительно установив качественный состав измеряемой пробы гамма-спектрометрическим методом (Ю.А. Сапожников, Р.А. Алиев, С.Н.Калмыков. Радиоактивность окружающей среды. Теория и практика. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006, с.176-191); а также жидкостно-сцинтилляционный (ЖС) метод измерения, для осуществления которого также необходима процедура пробоподготовки - смешивание пробы со сцинтиллятором (Ю.А. Сапожников, Р.А. Алиев, С.Н. Калмыков. Радиоактивность окружающей среды. Теория и практика. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006, с.199-218).
Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности существенных признаков является способ определения объемной активности стронция-90 на основе регистрации излучения Вавилова-Черенкова (ИВЧ) с применением средств измерений, позволяющих определять неоднородность жидкой среды, изложенный в работе (П.С. Буткалюк, Ю.А. Сапожников. Разработка схемы экспресс-анализа морской воды на стронций-90. Вестник московского университета. Сер.2. Химия, 2009, Т.50, №3). Реализация данного способа разбивается на два этапа:
1. Вычисление объемной активности стронция-90 в жидкой пробе путем регистрации ИВЧ при помощи фотоэлектронного умножителя (ФЭУ);
2. Анализ пробы на величину «непрозрачности» (неоднородности) при помощи датчиков измерения мутности для получения поправочного коэффициента (И.К. Цитович. Курс аналитической химии. - М.: Высшая школа, 1994, с.328-329).
Недостатком данного способа является сложность и трудоемкость процессов подготовки и анализа проб.
Техническим результатом предлагаемого способа является упрощение определения активности бета-излучающих радионуклидов в жидких пробах сложного химического состава за счет учета эффектов гашения ИВЧ излучающих радионуклидов.
Названный в предлагаемом способе технический результат достигается путем использования контрольного источника (КИ) с известной активностью бета-излучающего радионуклида, нанесенной на поверхность стержней, выступающих в роли контрольного опорного источника, закрепленных на боковых поверхностях измерительной емкости, в которую помещается кювета с пробой.
Отличительным признаком предложенного способа является применение КИ с известной активностью в процессе проведения измерений, основанного на регистрации ИВЧ, с целью определения содержания бета-излучающих радионуклидов в водных объектах.
Конструктивное исполнение кюветы с добавочным источником представлено на фиг.1. Устройство состоит из измерительной кюветы (1) и стакана с нанесенной известной активностью стронция-90 на боковые стержни (2).
Способ осуществляется следующим образом:
1. Измерения выполняют по истечении времени установления рабочего режима средства измерения (радиометр, в состав которого входит ФЭУ, чувствительный к ультрафиолету), установленного при снятии его метрологических характеристик.
2. Наполняют измерительную кювету пробой воды заданного объема V с помощью дозирующего устройства.
ПР
И
3. Набирают число импульсов n от регистрируемого излучения пробы за время Т, определенное по условию
<mrow><msub><mtext>Т</mtext><mtext>И</mtext></msub><mo>≥</mo><mfrac><mrow><msub><mtext>n</mtext><mrow><mtext>ПР</mtext></mrow></msub><mo>+</mo><msqrt><mrow><msub><mtext>n</mtext><mrow><mtext>ПР</mtext></mrow></msub><mo>⋅</mo><msub><mtext>n</mtext><mtext>ф</mtext></msub></mrow></msqrt></mrow><mrow><msubsup><mtext>ε</mtext><mrow><mtext>ДОП</mtext></mrow><mtext>2</mtext></msubsup><msup><mrow><msub><mrow><mtext>(n</mtext></mrow><mrow><mtext>ПР</mtext></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mtext>n</mtext><mtext>ф</mtext></msub><mtext>)</mtext></mrow><mtext>2</mtext></msup></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext>             (1)</mtext></mrow>
ПР
-1
где n - скорость счета импульсов от пробы, с;
Ф
-1
n - скорость счета импульсов фона, с;
доп
ε - допустимое значение относительной случайной погрешности, соответствующее доверительной вероятности Р=0,95, %/
4. Устанавливают на измерительную кювету с пробой воды дополнительный контрольный источник с радионуклидом.
КИ+ПР
И
5. Проводят повторный набор числа импульсов N от регистрируемого излучения пробы с контрольным источником за время Т.
ки
6. Определяют поглощение излучения в оптически прозрачной среде (бидистилляте). На измерительную кювету с дистиллированной водой устанавливают дополнительный контрольный источник с радионуклидом. Набирают счет импульсов N от регистрируемого излучения контрольного источника.
-3
7. Объемную активность в пробах воды а, Бк·дм, вычисляют по формуле
<mrow><mi>а</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>n</mi><mrow><mi>П</mi><mi>Р</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>n</mi><mi>ф</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><mi>К</mi></mrow><mrow><mi>Э</mi><mo>⋅</mo><mi>V</mi></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext>              (2)</mtext></mrow>
где Э - эффективность радиометра, определенная путем измерения контрольного источника стронция-90 в бидистипляте, доля;
К - поправочный коэффициент, учитывающий оптическую плотность и гасящие факторы измеряемой пробы воды, доля; вычисляется по формуле
-3
V - объем измерительной кюветы, дм
<mrow><mtext>К</mtext><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mtext>n</mtext><mrow><mtext>КИ</mtext></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mrow><mtext>(n</mtext></mrow><mrow><mtext>КИ</mtext><mo>+</mo><mtext>ПР</mtext></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mtext>n</mtext><mrow><mtext>ПР</mtext></mrow></msub><mtext>)</mtext></mrow></mfrac><mtext>,            (3)</mtext></mrow>
КИ
-1
где n - скорость счета импульсов, зарегистрированная при измерении контрольного источника в бидистилляте, с;
КИ+ПР
-1
n - скорость счета импульсов, зарегистрированная при измерении пробы воды вместе с контрольным источником, с;
ПР
-1
n - скорость счета импульсов, зарегистрированная при измерении пробы воды без контрольного источника, с.
Эффект поглощения излучения от контрольного источника в измерительной емкости, заполненной дистиллированной водой в дальнейшем используется как опорное значение при измерении содержания бета-излучающих радионуклидов в водных объектах. Вычислив эффект поглощения излучения от контрольного источника в исследуемой пробе, вводится поправочный коэффициент К пересчета содержания бета-излучающего радионуклида в исследуемой пробе.
Преимущество способа заключается в применении метода регистрации ИВЧ для контроля содержания бета-излучающих радионуклидов, например стронция-90, в водных пробах сложного химического состава в целях совершенствования физических методов анализа водных объектов при радиационном мониторинге.
Пример
В качестве средства измерения ИВЧ применяли радиометр УДКС, состоящий из двух ФЭУ, помещенных в светонепроницаемый кожух из алюминиевого сплава, рабочей камеры для размещения кюветы с пробой воды, отражающих элементов и блока электроники, состоящей из предусилителей и схемы совпадений.
1. Случайным образом отобрали ряд проб воды, загрязненной радионуклидами. Получили пробы с различных точек отбора.
2. Каждую пробу разделили на два образца для измерения на радиометре УДКС и на жидкостно-сцинтилляционном (ЖС) радиометре.
3. Образцы для ЖС радиометра подвергли пробоподготове (смешивание с жидким сцинтиллятором). Для образцов, подготовленных к измерению на радиометре УДКС, отсутствовала пробоподготовка.
4. Провели измерения объемной активности стронция-90 на радиометре УДКС по алгоритму, изложенному выше, и ЖС радиометре по действующей методике измерений.
Сравнительная характеристика результатов измерений объемной активности стронция-90 в пробах воды двух методов измерений представлены в таблице и в виде графика на фиг.2.
Из таблицы видно, что при объемной активности стронция-90 в пробах воды, составляющей около 1 Бк, расхождение результатов измерений по двум методам доходит до 90%, что связано с большой случайной погрешностью результатов измерений. При более высоких объемных активностях стронция-90 в пробах это расхождение в среднем составляет 30%. Следует отметить, что относительная погрешность измерения объемной активности радионуклидов ЖС методом составляет от 30% до 50%.
Согласно приведенным данным можно сделать вывод о том, что разработанный способ измерений дал положительные результаты и может быть использован, например, при разработке методики измерений объемной активности стронция-90.
Результаты измерений объемной активности стронция-90 методом ИВЧ и ЖС радиометрии
№ пробы
Радиометр ИВЧ
ЖС радиометр
Отклонение результатов измерений, %
Скорость счета от пробы воды, с<sup>-1</sup>
Скорость счета от пробы воды с добавочным источником, с<sup>-1</sup>
Поправочный коэффициент
Активность стронция-90 в пробе (20 мл), Бк
Активность стронция-90 в пробе (20 мл), Бк
1
0,65
90,28
1,339
0,45
0,24
87,5
2
0,7
129
1,091
0,73
0,4
82,5
3
0,76
129
1,092
1,2
2,2
45,5
4
0,94
81,08
1,747
4
4,9
18,4
5
1,19
109,99
1,103
4,34
4,53
4,2
6
1,43
58,8
2,44
13,5
19,6
31,1
7
3,59
74,87
1,964
39,1
28,7
36,2
8
12,29
60,6
2,898
225,9
201,5
12,1
9
18,21
65,1
2,559
300,4
282,2
6,4
10
21,14
74,57
2,246
307,5
233,9
31,5
11
167,6
209,6
2,858
3182
3470
8,3