Способ градуировки гамма-стектрометров и радиометров

, А,Г,В И ешеруководс ой и сква емкам / а, М., М саИЬга(о -гау зр й га чнои ССР о 1 ропаЬестгот етегз. 1 ерогт. М.,Юе ководство и ных руд в е издат, 1959 учение тел излучении етоды опр 7 в почве - 01 П, 1986 идр,Р диоакти М,: Ато мма-из ащить о идр. М зияа СЕР Сд ого оп- фь, 1 х экрай физивки гамтуры и деления ерений те Чернобыльской а тории страны прете ражение искусст ми радионуклидам угрозу жизни и здор это заражение н оверхностный хара тличием является от ия гамма-квантов ей среды (в образце излучения нового рпели ин- ЕННЬ 1 МИ и, предовью наосит не ктер. Оссутствие в тонком ). Для котипа раи гамма- количест- иродныхномерно о род(обии насыбъемных) азцов, в ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) 1. Методическоеходйой, автомобильнма-спектральным сьредакцией А.Г.Ветров1975,2.оЬогц , ТЬеап( агЬогпе цатгпаТЬеогу ргоЬеп 1 з, 1 эсИ2456, 1984, р, 207.3., Граммэков А.Г.гамма-опробованию ратественном залегании,4. Горшков Г,В.Гаэлементь 1 расчетаИэд,АН СССР 1959,5. Константинов Сделения содержанияиспользованием приб Изобретение относится к ядерне, в частности к способам градуир ма-спектрометрической аппар может быть использовано для опр ещественного состава обьектов из без их разрушения.Известны способы градуировк пектрометров и радиометров для енного определения пр скусственньи радионуклидов, рав распределенных в объеме горных и разцов) основанные на йрименэн щенных пб гамма-излучению (о радуировочных стандартных обр 1 Ч 5/06, 6 01 Т 1/167(54) СПОСОБ ГРАДУИРОВК ГАММА- СПЕКТРОМЕТРОВ И РАДИОМЕТРОВ (57) Использование. радиационный контроль местности, определение поверхностной плотности радионуклидов в присутствии урана, тория и калия, Сущность изобретения: производят определение чувствительности к некоему радионуклиду установкой плоской, изотермической в плане кюветы площадью не менее 1 м, заполнением кюветы раствором калиброванного количества радионуклида, размещением нэд центральной частью детектора градуируемого спектрометра и измерением скорости счета гамма-квантов в области энергий гамма-излучения радионуклида при наличии и отсутствии свинцового экрана между детек тором и поверхностью радионуклида. 2 ил. том числе с робования с нов.В результа ширные терри тенсивное за дол гоживущи ставляющими селения. Но объемный; а и новным его о самопоглощен слое излучающ личественного пособы радиометриче применением свинцодиоактивных загрязнейий с принципиальноиным пространственным распределениемрадионуклидов широко известные нынеприемы градуировки аппаратуры оказалисьнепригодными. Согласно существующимтеоретическим и экспериментальным представлениям для количественных измеренийинтенсивности гамма-излучения тонких"безграничных" по размерам объектов должны применяться плоские градуировочныеобразцы изометрической формы не мене 20м в поперечнике. Такие образцы в настоящее время не созданы,Наиболее близким к заявляемому спо-.собу является способ, градуировки гаммаспектрометров и радиометров дляопределения содеркания цезияв почве5), Способ основан на предварительном выборе природного радиоактивного полигона,его площадном опробовании и определениив лабораторных условиях искомого радиойуклида; вычислении по полученным данным средней по участку поверхностнойплотности радионуклида и ее ошибки и использовании этих данных для градуировкигамма-спектрометров (радиометров),Основным недостатком применяемогоспособа является то, что при его использовании отсутствует возможность вь 1 бора необходимых градуировочных параметров,обеспечивающих весь заданный динамический диапазон измерений. Это приводит кснижению точности измерений. Кроме того,существенными недостатками способа-прототипа являются его трудоемкость, высокаястоимость и низкая оперативность.Целью изобретения является повышение точности измерения, снижение затрат,повышение производительности и оперативности измерений.Цель достигается тем, что определениечувствительности производят установкойплоской горизонтально расположенной кюветы площадью не менее 1 м и толщиной1-2 см, заполненной раствором калибройанного количества радионуклида Ао, размещением над центральной частью кюветыдетектора градуируемого гамма-спектрометра (радиометра) на высоте Ь 9 от поверхности раствора, размещением междуповерхностью раствора и детектором свинцового экрана толщиной 3-5 см и площадьюЯэ на расстоянии Ьэот плоскости детектораи измерением скоростей счета гамма-квантов при наличии экрана между раствором идетектором (Кэ) ифпри отсутствии экрана (чо)при соблюдении условияЯэ .0,8 1/Ж.Яо9 На фиг, 1 показана схема градуировки;на фиг. 2 - градуировочный график.Как показано на фиг. 1, схема градуировки гамма-спектрометров (радиометров)содержит плоскую горизонтально расположенную кювету 1 площадью Яо (около 1 м )и высотой бортов не мене 3 см, заполненную раствором 2 калиброванного количества радионуклида Ао . Над центром кюветы10 размещен свинцовый экран 3 толщиной 3-5см и площадью Яэ. Над экраном размещенградуируеМый прибор 4 на высоте 19 от поверхности раствбра и на высоте Ьэ от поверхности экрана;15 В предложенном способе градуировкипроводят следующие операции,1, Измеряют первую скорость счета приналичии экрана 3йэ= а ЛЬ+Б+Иф,20 где К - гамма-излучение раствора радионуклида, ограничЕнное "тенью" экрана; ЙБ- боковое гамма-излучение; Мф - фоновоегамма-излучение; а - коэффициент ослабления гамма-излучения в свинцовом экране.. 2. Измеряют вторую скорость счета приудаленном экране, но при сохранении всехдругих геометрических параметров фиг, 1:Ко = Кт +Б + ф3. Вычисляют основной (разностный)30 параметрЬй = Мо - Мэ = (1- а ),К .При сохранении выбранной геометрииизмерений этот параметр нормирован напостоянную площадь "тени" экрана, т.е,полностью отражает сущность измеряемойповерхностной плотности радионуклида.4, Чувствительность спектрометра (радиометра), измеряемую в единицах, обратных единицам поверхностной плотности40 радионуклида(имп/мин, м /мкКи), опреде 2ляют по формулеЯо Ьйфо = - (йо Кэ) = -Ао оАо45 где о = -- повеРхностнаЯ плотность РаЯодионуклида в градуировочной кювете вмкКи/м, Для обеспечения градуировочными данными всего диапазона измеряемыхвеличин проводят аналогичные измеренияскоростей счета при других калиброванныхколичествах радионуклида в растворе А 1, А 2и т,д. (при других выбранных поверхностныхплотностях радионуклида 1, 2 и т,д.) и строят градуировочный график зависимости разности Л й от поверхностной плотностирадионуклида о, 1, 2 и т.д, (см фиг, 2).Определение неизвестной поверхностной плотности радионуклида х на участкеработ проводят на основе аналогичных парных измерений скоростей счета с экраном и без него,х = 4 ох - эхи по градуировочному графику судят о величине поверхностной плотности 1,Но в общем случае определения поверхностной плотности радионуклида, особенно средней и низкой радиоактивности, РаЗНОСтЬ Л 1 Ч ИЗМЕРЯЕТСЯ В УСЛОВИЯХ ПЕРЕ- мейного мешающего гамма-излучения природных урана, тория и калия, т.е.;Л 1 ч=Ро х+ аоКх+ ЬоОх+ СоТЬ, (1) где- определяемая плотность искусственного радионуклида; Кх, Ох и ТЬ - концентрации калия, урана й тория; уЪ, ао, Ьо и со - чувствительности гамма-спектрометра в выбранном интервале энергий к определяЕмому искусственному радионуклиду и соответствующим природным радиоэле. ментам. Поэтомч вслед за определением чувствительноСтир, проводят аналогичные парные измерения с экраном и беэ экрана на объем н ых (насыщен н ых) стандартныхобразцах урана, тория и калия в принятой на фиг,1 геометрии и по полученным данным определяют чувствительностиЛИ 1( Ь ЛМОЛоктйао = К, о= О, Со =Здесь ЛИ, Л Ц и ЬМть - измеренные разности скоростей счета: Ко, Оо и Тров концентрация калия, урана и тория в соответствующих обьемных стандартных образцах, Одновременно проводят градуировку гамма-спектрометра в "классических" интервалах энергий в областях фотопиков калия - 40(1,46 МэВ), урана(1,765 МэВ) и тория (2,620 МэВ) для определения концентраций природных радиоэлементов по известной методике трехканальной гамма-спектрометрии (1). Поверхностную плотность искусственного радионуклида в общем случае определяют по трансформированной формуле (1)1 х = - ( Ь 1"чх - (а о Кх + Ьо Ох + СоТЬ, (2)1у"о П р и м е р. В пределаходногоизсельскохозяйственных районов Ленинградской области автбрам был известен аномальный участок размером 1 х 1 км, получивший условное название "Ломаха", в пределах которого отмечались высокие и переменные значения радиоактивности от 50-70 до 700 мкр/ч. Измеренные здесь методом трехканальной гамма-спектрометрии концентрации природных калия, урана и тория колебались в пределах нормальных фоновых значений и не могли обьяснить аномальную радиоактивность, Предполагалось, что аномалия связана с выпадением искусственных радионуклидов врезультате Чернобыльского взрыва, С помощью установки, включающей серийныйгамма-спектрометр РКПМ и анализа 5 тор импульсов АИс монокристалломиодистого натрия размером 80 х 80 мм (энергетическое разрешение около 10%) было установлено, что радиоактивное заражениевызвано цезием - 137,10Градуировка по цезию - 137 осуществлялась с помощью горизонтально установленной металлической (эмалированной) кюветыразмером 1 х 1 м и высотой бортов 3 см. Кювета последовательно заполнялась двадца 15 тилитрсвыми порциями растворовхлористого цезияс активностями 1,7,5,3 и 9,5 мкКи соответственно. Посколькуплощадь кюветы составляла 1 м, поверхно 2стная плотность цезия также составлялэ 1,7,20 5,3 и 9,5 мкКи/м, В цечтре кюветы на высо 2те 2 см от поверхности раствора жестко укреплялся свинцовый экран со сторонойквадрата 20 см и толщиной 5 см. По центруэкрана на высоте 3 см от его верхней пло 25 скости также жестко укреплялся детекторРКПМ. При зайолнении кюветы первымраствором цезия снимался полный гаммаспектр градуировочной установки в интервале 0,5 - 3,0 МэВ, по которому в интервале30 энергий 0,55-0,75 МэВ вычислялась скорость счета гамма-квантовКэ 1 = 306 имп/минБез изменения взаимного расположения кюветы и детектора удалялся свинцо 35 вый экран и снимался новый гамма-спектр,по которому вычислялась скорость счета втом же интеРвэле энеРгий 1 чо 1 = 2802имп/мин и вычислялись разность ЬМ 1 == 1468 имп ммин мк Ки45. После замены первого раствора цезия навторой вновь повторялись все перечисленные выше операции и определялось вторОезначение разности ЬИ 2 = 7737 и чувствительности50 МО 1 - Иэ 1 7737И1460 имп имин мк Ки,Аналогичным образом после замены второго раствора на третий определились ЬМз = 14145 иР 3ИОЗ - Йэз 14145= 1489 имп ммин мк Ки,1793403 30 35 Яэ 08 - Яо.пэ Ьо Фактические данные градуировки гаммаспектрометра, покоторым построен график фиг.2, представлены в табл.1.Поскольку различия полученных чувствительностей оказались незначительными, в качестве рабочей была принята средняя чувствительность г+ + импмр, -- 3412 Далее измерительная установка последовательно устанавливалась йа поверхностьобъемных Государственных стандартныхобразцов концентраций калия,урана и тория и при соблюдении принятой геометриифиг;1 снимались полные гамма-спектры сэкраном и без экрана. По полученным гамма-спектрам в интервалах 0,55 - 0,75; 1,30 -1,60; 1,60 - 1,90 и 2,40 - 2,80 МЭВопределялись чувствительности гаммаспектрометра к калию, урану и ториюао = 7,75 Ьо = 52,6 со = 21,2а 1 = 9,61 Ь 1 = 11,8 с 1 =3,57аг = 0,0 Ьг = 10,3 сг = 3,83аз=О,О ЬЭ= 001 сз=3,52При этом чувствительности ао, Ьо и со включались в формулу (2), а чувствительности а 1,аг, , сз использовались для количественных определений калия, урана и тория поизвестной методике 11,Полевые измерения поверхностнойплотности цезия включали снятие на каждой точке двух полных спектров (с экраноми без него), вычисление по ним скоростейсчета г 4 ох и Иэх и искомых значений по формуле Формула изобретения Способ градуировки гамма-спектрометров и радиометров для определения поверхностной плотности гамма-активности . радионуклидов в поверхностных отложениях, почвах в присутствии урана, тория и калия, включающий определение чувствительности прибора к искомому радионуклиду, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, снижения затрат, повышения производительности й оперативности измерений, определение чувствительности производят установкой плоской горизонтально расположенной кюветы площадью не менее 1 мг и толщиной 1 - 2 см, заполненной раствором 5 10 15 20 25 1 х = С,679 10 (Мох - Иэх) - (7,75 Кх +ф 52,60 х + 21,2 ТЬхВ (3) Поскольку вся измерительная информация заносилась в память диалогового вычислительного комплексаДВК - 3, сочлененного с измерительной установкой, представляющиеся на первый взгляд длительными и трудоемкими операции по сбору, обработке и получению Окончательных данных на практике осуществлялись исключительно просто и быстро. В табл. 2 приведены исходные данные измерений разностей скоростей счета Мох и Мэх и результаты их интерпретации по формуле (3) на участке "Помаха", Здесь же даны результаты лабораторных определений цезия - 137 в параллельно отобранных пробах грунтов. Ошибки определения цезия в пробах, включающие как ошибки собственно лабораторных определений, так и ошибки отбора проб, оценены по результатам повторного опробования, Расхождение между полевыми измерениями плотности цезия заявляемым способом и лабораторными определениями практически не превышают ошибок второго метода. Использование предлагаемого способа градуировки гамма-спектрометров (радио- метров) для определения поверхностной плотности искусственных радионуклидов по сравнению с применяемой в настоящее время методикой позволяет повысить качество определений, снизить трудоемкость и стоимость работ, обеспечить доступность и массовость их проведения на больших территориях,калиброванного количества радионуклида Ао, размещением над центральной частью кюветы детектора градуируемого гаммаспектрометра радиометра на высоте Ья от поверхности раствора, размещением между поверхностью раствора и детектором свинцового экрана толщиной 3 - 5 см и площадью Яэ на расстоянии Ьэ от плоскости детектора и измерением скоростей счета гамма-квантов при наличии экрана между раствором и детектором. Иэ и при отсутствии экрана йо, при соблюдении условий1793403 10 абли ММ и/и Дата изПро- ан филь РазОЧКЭ НОСТЬскоростей счета имп/,9 8 Ц/170 М/100 М/80 В/1 В/2 В/3 05/11,0 05/13,0 05/15,0 05/9,0 3642316140 8286 2598 2415 2571 3223 30,76 2456 2467 9,3 5,0 2,7 3,4 9,91,1 вляемого полевого Плотность Сз по формуле (3) мкКи/м 24,2 10,4 5,24 1,43 1,33 1,49 1,87 1,80 1,37 1,32 Таблица 1 Плотнос по даннь раторны зов (перв торн,)мк м лабох анали- и повКи/м1793403 Ь И, иип,бич 6000 5060 фиг. Составитель А.ВетровТехред М.Моргентал Корректор Л.Ф дактор С,Кулакова ГКНТ ССС 0-иЗДЭт ул. Гагарина, 101 ент", г. Ужго кий комбин О иЭВОДСт В акаэ 503 . ТиражПодписноеВНИЙПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Рауаская наб., 4/5