Способ определения концентрации молекулярного йода в газах

(51)5 С 01 Н 21/б ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТВУ Н АВТОРСКОМУ СИИ(21) 4672057/25 (22) 030489 (46) 30,03,91, (71) Московски Бюл У 12й инженерночфизически це ке га ор лазерного емая ячейка со о л 1 в газе; а с извест291. в гачейка с из" зотопов ельном сомеси с зе с 1 ли институт(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕ НТРАЦИМОЛЕКУЛЯРНОГО ЙОДА В ГАЗАХ(57) Изобретение относится к атомнэнергетике и охране окружающей среЦель изобретения - повышение правильности определения концентрацииизотопа 1, находящегося в смеси2 Ф27с 1 в газах, и определение конИзобретение относится к из;".ерительной технике и может найти применение в атомной энергетике, охранеокружающей среды при измерениях концентрации примесей молекулярногойода в газовых средах,Целью изобретения является повышение правильности определения концентрации изотопа "г 1 в смеси с изтопом г" 1 при одновременном опреде"27ленни концентрации1 в газе,На чертеже изображена с.:ема реазации способа измерения концентрамолекулярного йода в газах,На чертеже обозначены: 1 - перестраиваемый по частоте гелий-неоноцентрации 271 в этой смеси, Дополнительно возбуждают флуоресценциюмолекулярного йода во второй реперной ячейке с известными концентрациями изотопов 291 и 71 в газе п иг 7относительном содержании изотопа 1в смеси с 2 1 - 40 607. и флуоресгтнцию 1 в третьей реперной ячей 2с известной концентрацией 12 т 1 взе, Возбуждение флуоресценции молекулярного йода в исследуемой ячейке, первой, второй и.третьей реперных ячейках последовательно производится в двух диапазонах частот перестраиваемого по частоте гелийнеонового лазера при частоте 0-1, О ГГцв длинноволновую сторону от центранеотстроенного контура усиления Не,при 1,2-2,2 ГГц - в коротковолновуюсторону от центра неотстроенного контура усиленияБе. 1 ил,выи лазер; 2 - м ду ятизлучения; 3 исследусмесью изотопов 2 1 игт4 первая реперная ячейкной концентрацией изотопа5 - вторая реперная явестными концентрациями и27и1 в газе при относитдержании изотопа "291 в с40 60%; 6 третья реперная ячейкаизвестной концентрацией изотопав газе; 7 10 - светофильтры; 11 14фотоэлектронные умножители; 15 блок питания фотоэлектронных умножтелей; 16 - детектор сигналов с фоэлектронных умножителей.Порядок действия при реализацииспособа измерения концентрации молекулярного йода в газах следующийЧастотный контур перестраиваемогопо частоте гелий-неонового лазеранастраивается на первый диапазончастот 0-1,0 ГГц в длинноволновуюсторону от центра неотстроенного контура усиления го Ие. Излучение лазера 10проходит через модулятор лазерногоизлучения и попадает последовательно.в исследуемую ячейку, первую, вторуюи третью реперные ячейки, возбуждаяв этих ячейках флуоресценцию соответствующих изотопов молекулярногойодаИзлучения Флуоресценции молекулярного йода от ячеек проходят череэ .соответствующие светофильтры, от",секающие рассеянное лазерное излуче 20ние, и попадают в соответствующие фотоэлектронные умножители, где преобразуются в электрические сигналыфлуоресценции, Электрические сигналыфлуоресценции с выходов Фотоэлектронных умножителей поступают в детектор,где выделяются из шумов фотоэлектронных умножителей путем синхронной.демодуляции этих сигналов (опорный сигнал с частотой модуляции лазерного 30излучения подается на детектор от модулятора лазерного излучения) и ре"гистрируются, Затем частотный контурлазера настраивается на второй диапазон частот 1,2 2,2 ГГц в коротковопновую сторону от центра неотстроенного контура усиленияБе и регистра"ция электрических сигналов Флуоресценции от ячеек производится в этомдиапазоне частот лазера, Детектор 40производит вычисление концентрациймолекул 12 ч 1 129 1 127 1 127 1молекул2в исследуемой ячейке путем решениясистемы уравнений;г8, (0х +23; х; у; + 1 у ) иЯ= (бг х 7+2 р х 1 у + г Уг)и 1х+ уо = 1, х = О, 1, 2, 3,где Я , Я.(х =О, 1,2, 3) - сигналыфлуоресценции от исследуемой, первой,второй и третьей реперных ячеек принастройке частотного контура лазерана первый и второй диапазоны частотсоот вет ст венно," их.;,у(=0,1,2,3) - концентрация55Ъмолекулярного йода и относительноесодержание изотопов 1291 и 1271 всмеси в исследуемой, первой, второй и третьей реперных ячейках соответственно;О( Фг Р 1 дг 1 42- постоянные коэфФщиенты, одинаковые в уравнениях для сигналов Флуоресценции от всех яче ек ввиду идентичности условий воз буждения и регистрации флуоресценции в ячейках (при неидентичности этих условий необходимо вводить дополнительные поправочные коэффициенты,.Уравнения системы учитывают вклад в сигналы Флуоресценции от молекул 129 129 1 г 7 1 г 71, 71 112 при суммарной концентрации молекулярного йода до. 10 мол/см, когда самотушение1 Б эфлуоресценции не искажает линейность зависимости сигнала Флуоресценции от концентрации молекулярного йода. Так как значения Б , Б. (1=0, 1,2,3), и ", х ф, у, (2.=12,3) известны, то при веденная система уравнений разрешима относительно и х, у . Из двух ее решений выделяется единственное, имеющее Физический смысл. Концентрац и молекул 1291 1 г 91 1 г 71 1271г,у г в исследуемой ячейке выражаются через величины и, х у в следующем виде;гП 1291 = и хи 129127 = 2 по хууги 1 г 7 1. по уТак как глубокая очистка 1 яв129ляется дорогостоящей техническойоперацией, то в данных измеренияхдля наполнения первой реперной ячей"ки использовался йод с обогащением"г 7 Л - 87%, что соответствует относительному содержанию молекул " 1 вгсмеси - 76% Наличие относительнонебольшой добавки "27 1 к 1291 в пер"вой реперной ячейке сказывается лищьна чувствительности детектирования1 гФ12 но не на его правильности,так как приведенная вьцпе система(уравнений для расчета концентрациймолекул йода в исследуемой ячейкепри таком изотопическом составе йодав первой реперной ячейке разрешима,Максимальное относительное содержанне молекул 1 .1 1 во второй120 127реперной ячейке (50%) . реализуетсяпри ее заполнении,изотопами 1291 и1 г 7 7.Л в соотношении 1:1 В диапазоне,относительных содержаний 129 1 в смеси 40"60% отличие от максимумане превыпает 2%, Необходимость дос5 1638 б 1тижения максимального относительногосодержания молекул 29 1 27 1 во второй реперной ячейке обусловлена тем,что в естественных условиях долго 5живущий изотоп 9 1 определяется какпримесь к стабильному "гт 1. При этомподавляющая часть "29.1 находится ввиде 1.1 ",1, а не в виде 211 г.Максимальное относительное содергтжанне молекул1 в третьей репер 2ной ячейке (100%) легко достигаетсяпри ее заполнении чистым "271,Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить правильность 15определения изотопа йода 1 и сберг 9печиваетт возможность определения изотопа "2 Д в смеси,Формула изобретения20 Способ определения концентрации молекулярного йода в газах, включаю" щий модуляцию излучения гелий-неонового лазера, облучение лазерным модулированным излучением ячейки, содержащей исследуемый газ, и реперной ячейки, содержащей газ с известной концентрацией изотопа йода 211, регистрацию сигналов флуоресценции от исследуемой и реперной ячеек и оп ределение искомой концентрации по величине полученных сигналов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения правильности определения концентрации изотопа йода9 1 в сме си с изотопом иода 1 при одновре 1 гтмениом определении относительного со держания изотопов " 1, дополнительно127 4 6облучают лазерным излучением две реперные ячейки, в одной из которыхсодержится газ со смесью изотопов1211 и 1 при относительном содерлгтжанни 40 о 0% изотопа9 1 а в другой - газ с известной концентрацией17изотопа 71, регистрируют сигналыфлуоресценции 81 и Я от исследуемойи реперных ячеек при облучении ихизлучением в двух диапазонах частот,первый из которых соответствует частотам- (О 1,0 ГГц), а второй 4 + (1,2 . 2,2 ГГц), где 1, - частота центра неотстроенного контура усиления Не, при этом расчет искомыхконцентраций проводят по системеуравнений:Я = (бх, + 2,ху+, у ) и;2 218 = (М х+ 2 х,у,+ 2 У) и;,хо,+ уогде 8 Яг,(д=.0,1,2,3) - сигналы флуоресценцииот исследуемой, первой,второй и третьей реперных ячеек при облучении их в первом и вовтором диапазонах частот соответственно;и, х у, - концентрация молекулярного йода и относи"тельное содержание изотопов "г 91 и1 в сме си;1638614 Составитель:О,БадтиеваТехред Л,ОлийныкКорректор Л.Пилипенко Редактор А,Лежнина Заказ 924 Подписное Тираж 408 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5