![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Контроль содержания радиоактивных газов в воздухе.⇐ ПредыдущаяСтр 16 из 16
а) ионизационный метод; б) радиометрия, счет частиц; в) косвенный метод – определение концентрации по дочерним про дуктам распада.
а) Ионизационный метод (β – активность).
Используется воздухонаполненная ионизационная камера объёма Vc (литр, л) при наличии в воздухе, наполняющем рабочий объём камеры, равномерно распределенной β – активности с концентрацией С (Бк/л). Ионизационный ток насыщения камеры (с учетом поправки на величину эффективности собирания ионов) можно представить в виде:
где к – коэффициент пропорциональности, зависящий от энергетического распределения β –частиц и геометрии (устройства) камеры. При достаточно большого объёма Vc предполагая практически полное поглощение β –частиц в газе величина тока определяется следующим образом:
где W – средняя энергия образования пары ионов в воздухе (~ 34 эВ). Таким образом, имеет место зависимость С = f (i). В частном случае сферической камеры оценка удельной концентрации β – активности в воздухе может быть проведена следующим образом: величина тока камеры i представляется в следующем виде:
где ω – средняя линейная плотность ионизации в газе; е – заряд электрона. Рис. Геометрия измерения активности газа
Средний пробег частиц в сферическом объёме камеры с радиусом R оценивается по соотношению:
С учетом этого последнего соотношение (*) имеет вид:
Используя следующее аппроксимирующее соотношение: где б) Газоразрядный счетчик.
Применение метода счета ионизирующих частиц основано на использовании счетчиков Гейгера, регистрирующих β –частицы, выходящих из ограниченного объёма радиоактивного газа. Одна из геометрий измерений показана на рис.*.
Обозначения на рис. соответствуют следующим величинам: S – площадь входного окна торцового счетчика β –частиц; R – радиус полусферы, содержащей радиоактивныйгаз; d – толщина материала окна счетчика. Обработка результатов измерений предполагает ряд упрощающих предположений: 1. концентрация радиоактивного газа постоянна во всех точках объёма; 2. поглощение β –частиц в воздухе следует экспоненциальной зависимости; 3. эффект отражения (альбедо) от стенок камеры мал; 4. радиус камеры значительно меньше пробега β –частиц. где С учетом телесного угла регистрации частиц ω и после интегрирования по радиусу ρ и углу φ имеет место выражение, интеграл в котором может быть рассчитан численно: Вариант измерения концентрации радиоактивных газов в непрерывном режиме Вышеописанные варианты измерений концентрации радиоактивных газов осуществляются в условиях разового пробоотбора газа определенного объёма. При определенных условиях возможен непрерывный контроль радиоактивности газов (в основном, воздуха) с помощью ионизационного метода регистрации. С помощью трубопроводной системыу газ прокачивается через ионизационную камеру, имеющую входное и выходное отверстия. Анализируемый газ, прежде чем попасть в измерительный объём камеры V 2, должен пройти через систему подводящих газоводов объёмом V 1. Активная концентрация газа где
При скорости прокачки В этом объёме часть нуклидов распадется и в измерительный объём попадет
Скорость изменения концентрации нуклидов в камере описывается дифференциальным уравнением: Значение тока насыщения
при стационарном режиме (
С увеличением Концентрация ионов зависит от скорости их образования и среднего времени существования ионов в измерительном объёме; измеряемый ток зависит от времени переноса ионов газовым потоком и в электрическом поле. Сравнение этих факторов при некоторых параметрах: Экспериментальные методы определения радиоактивности в теле человека.
В основном для большинства нуклидов эта процедура чрезвычайно сложна или невозможна; доза обычно вычисляется, исходя из величин общей активности в теле её распределения по органам и тканям. Для оценки уровня радиоактивности в теле и в отдельных органах в основном используются два подхода: прямая и косвенная радиометрия: первый подход реализуется на основе регистрации выходящего из тела излучения специальными счетчиками или спектрометрическими устройствами; второй подход – оценка активности по выделениям человека (например, по анализу выдыхаемого воздуха). Достоинство прямого метода заключается в его сравнительно высокой точности, однако он примерим только тогда, когда изотопы излучают достаточно проникающее излучение (нет сильно выраженного эффекта самопоглощения) т.е., фотоны и высокоэнергетичные β –частицы. Чувствительность первого метода достаточна для измерения общей активности тела ~ 30 ÷ 40 Бк за время регистрации в интервале 102 ÷ 102 сек. Для локального зондирования чувствительность метода часто может быть недостаточной (обычно последний случай реализуется в медицинских исследованиях, где уровень вводимых в организм активностей на 3 ÷ 5 порядков выше, чем для пределов регистрации общей активности. В основном используется сцинтилляционный метод регистрации излучений. Сцинтилляционные установки представляют два основных типа: 1) жидкостные или пластмассовые детекторы большого объёма и 2) гамма-спектрометры излучений человека (т.н. с четчики и злучений ч еловека – СИЧ) с кристаллами NaI(Tl). Конструктивно жидкостные установки представляют из себя ёмкость соосных цилиндров, пространство между которым заполнено жидким сцинтиллятором (напр., n-терфенил в толуоле); во внутренний цилиндр помещается человек. Объём жидкости составляет значение ~ 1600 л; система фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) состоит из ~ 20 ФЭУ. Вся система регистрации помещается в защиту от фонового излучения. Геометрия измерений близка к 4π; высокая эффективность регистрации обеспечивается за счет большой массы сцинтиллятора. Имеет место обычная проблема регистрации малых активностей (соотношение эффект – фон). Оценка качества установки производится по результатам измерения содержания в организме изотопов 40К (Eγ = 1, 46 МэВ) и 137Cs (Eγ = 0, 662 МэВ). Оптимальным считается измерение активности ~ 20 ÷ 40 Бк за время 100 ÷ 1000 сек. С погрешностью ± 10%. Для установления параметров счетчиков необходима калибровка с помощью фантомных измерений. Недостатком больших жидкостных счетчиков является низкое энергетическое разрешение в спектрометрическом режиме (мала вероятность фотоэффекта, отличаются условия светосбора из различных участков сцинтиллятора и др.), напр., значение разрешения для изотопа 137Cs составляет ~ 50% и 30 ÷ 40% для 40К. Это обусловливает трудности в дискриминации квантов различных энергий. Эта же проблема характерна для пластических сцинтилляторов. В установках СИЧ используются неорганические кристаллы NaI(Tl), (Z ~ 50, ρ = 3, 67 г/см3) для которых характерно достаточно хорошее энергетическое разрешение, что позволяет регистрировать четко выраженные пики полного поглощения (6 ÷ 8% для 40К, 9 ÷ 11% для 137Cs при толщинах сцинтиллятора 8 ÷ 10 см). Существенное влияние на возможность измерения характеристик нуклидов с приемлемой погрешностью оказывает влияние фонового ионизирующего излучения естественного и техногенного происхождения. Снижение уровня фона обеспечивается защитой из радиационно чистых материалов. В помещении, где расположена установка, тщательно фильтруется с целью снижения концентрации радиоактивных аэрозолей в воздухе. Измерения проводятся с помощью одного или нескольких детекторов. Перемещение детекторов в процессе измерения позволяют оценивать не только полную активность, но и пространственное распределение источников. Увеличение количества детекторов позволяетповысить чувствительность СИЧ; наилучшая конфигурация измерений реализуется с помощью 4-х детекторов: 2 – над объектом, 2 – под объектом. Метод определения содержания
Среди инкорпорированных радиоактивных нуклидов присутствуют чистые Основная проблема регистрации квантов в этой энергетической зоне – фоновое излучение, которое в значительной степени обусловлено наличием инкорпорированных нуклидов 40К, и 137Cs; рассеянное в теле фотонное излучение увеличивает фон в области малых энергий (может превышать скорость счета относительно фотонов тормозного излучения). Наиболее подходящим детектором для регистрации фотонов тормозного излучения в диапазоне 10 ÷ 100 кэВ является тонкий сцинтиллятор NaI(Tl) толщиной 3 ÷ 5 мм, эффективно поглощающих фотоны в основном диапазоне энергий. Минимально – регистрируемая активность в рамках данного метода составляет ~ 700 ÷ 1000 Бк. Литература
1.Иванов В. И. Курс дозиметрии. Учебник, 4-ое издание. М.: Энерго., атомиздат, 1982г.
2.Осанов Д.П. и др. Дозиметрия излучений инкорпорированных радиоактивных веществ, М., Атомиздат, 1970г. 3.Л.С. Рузер. Радиоактивные аэрозоли. М.: Энергоатомиздат, 2001 г. 4.V.V. Kushin and V.V. Smirnov. Beta Dosimetry of Airborne Hot Particles from Chernobyl Fallout. Rad. Prot. Dos., v. 74, No.1/2, 1997, pp. 27-37. * метод получения фотографических изображений объектов при действии на фотоэмульсию излучений источников, содержащихся в самом объекте.
|