Устройство для градуировки радиометров

П 9) П 11 СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИС;ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1) а 01 Т 11 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯВТОРСЯОМУ С ТЕЛЬСТВ р нтура толщиной нтаторов слоев 0 )сг и ( -го слоого конимитаслабле в нем и одинакотем,что ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(54)(57) УСТРОИСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ РАДИОМЕТРОВ, размещенных у поверхности технологического. контура с контролируемой средой, содержащее точечный радиоактивный источник и установленные между источником и размещенным в коллиматоре детектором градуируемого радиометра плос кий многослойный поглотитель радиоактивного излучения и плоский тор среды такой толщины,что о ние радиоактивного излучения в самой контролируемой среде во,. отличающееся с целью повышения точности воспроизведения энергетической .зависимости показаний радиометра объемной активности среды при градуировкепо точечным радиоактивным йсточникам в диапазоне энергий от сотенкэВ до 3000 кэВ, между точечнымрадиоактивнйм источником и детектором установлены последовательноодин за другим имитатор среды,выполненный из водоэквивалентного материала, и многослойный поглотитель, содержащий имита".о стенкитехнологического ко покрытия технологического контура толщиной 3". = к 3; каждый,где1,46 с с( с 1,51,с) и д; в .толщины стенкиев покрытия технологическтура соответственно, см;и - число слоев покрытия технологического контура, и выполненный из материалов, аналогичных чо плотности и ослаблению в них радио" активного излучения стенки технологического контура и материалам слоев покрытия технологического контура, а также введены дополнительные сменные точечные радиоактивные источники, испускающие иэ" лученне различных энергий в диапазоне от сотен кэВ до 3000 кэВ.Изобретение относится к областиядерного приборостроения и можетбыть использовано на атомных электростанциях, атомных станциях теплоснабжения и других атомных производствах, а также в лабораториях,разрабатывающих аппаратуру технологического контроля, при градуировке радиометров, размещенныху поверхности технологических контуров и контролирующих в них активность среды с малых самопоглощениемрадиоактивного излучения, т.е. такой среды, для которой 2/3 р, Р 1,где- коэффициент линеййогоослабления радиоактивного излученияв среде, см ; Э -внутренний диаметрконтролируемого технологическогоконтура, см,Такой средой может быть, например,острый пар второго контура в основных паропроводах на атомных электростанциях с водо- водяным реактором.или первого контура с канальным реактором большой мощности.Известны устройства для градуировки радиометров объемной активности газа, содержащие макет измерительного объема радиометра, градуировочную радиоактивную среду,идентичную контролируемой среде,Известно также устройство для градуи",ровки рациометра активности мягких тканей организма, содержащееимитатор мягких тканей с градуиро"вочной средой, аналогичной по своимфизическим свойствам плотность,длина свободного пробега излученияи т.д.) мягкой ткани 1 . Для гра"дуировки радиаметров, размещенныху поверхности технологических контуров и измеряющих в них по гаммаизлучению объемную активность средыс малым самойоглощением радиоактив"ного излучения, например объемнуюактивность газообразных радионуклидов, которые присутствуют в паревторого контура атомных электростанций, используют образцовый радиоактивный криптон, являющийся излучателем гамма-квантов с энергией 520 эВ, в то время как энергия гамма-квантов, которые .испускаютрадионуклиды, содержащие в паревторого контура, лежит в диапазонеот сотен кэВ до 3 14 эВ. Недостаток известных устройств заключается в том, что при градуи.ровке по гамма-излучению радио- метров, размещенных у поверхности технологических контуров и измеряющих объемную активность среды с малым самопоглощением радиоактивного излучения невозможно провести градуировку радиометра в энергетическом диапазоне от сотен КэВ до 3 МэВе55 60 65 5 10 15 М 25 30 35 40 45 50 Кроме того, возникают большиетрудности при выполнении градуировочного устройства и проведенииградуировки радиометра. Это обусловлено тем, что паропровод представляет собой длинную толстостенную стальную трубу большого диаметра, в которой находится острый пар с температурой 273 ОС, под давлением64 атм, Поэтому, чтобы сконструировать градуировочный пакет, аналогичный по своим параметрам паропроводу, необходимо взять герметичныйотрезок толстостенной стальной трубы с небольшим количеством водыи нагреть его до 273 С. В этом случае в отрезке трубы будет получен пар с плотностью, равной плотности острого пара в паропроводе и, следовательно, с идентичной самопоглощающей способностью.Такое устройство сложно по конструкции, имеет большой вес, тре" бует специальных механизмов для его перемещения, атакже всегда существует опасность разрываего корпуса,и утечки радиоактивной среды в атмосферу, что приводит к необходимости проведения градуировки в специальном помещенииНаиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для градуировки радио- метров, размещенных у поверхности технологического контура с контролируемой средой, содержащее точечный радиоактивный источник и установленные между источником и размещенным в коллиматоре детектором градуировочного радиометра плоский многослойный поглотитель радиоактивного излучения и плоский имитатор среды такой толщины, что ослабление радиоактивного излучения в нем и в самой контролируемой среде одинаково 2 .Имитаторы выполнены в виде пластин из нержавеющей стали, толщина имитаторов выбрана так, чтобы ослабление гамма-потока в них было эквивалентно ослаблению гамма- потока в стенках и покрытиях технологического контура и в контролируе,мой среде,Поскольку радионуклиды, содержащиеся в остром паре второго контура, испускают гамма-кванты в ьФ- роком энергетическом диапазоне от сотен кэВ до 3000 кзВ, то радио- метр, измеряющий объемную активность острого пара, необходимо градуировать также в широком энергетическом диапазоне от сотен кэВ до 3000 кэВ.При использовании известного устройства для градуировки по точеч" ным радиоактивным источникам радио- метров необходимо подобрать толщины имитаторов элементов паропровода30 так, чтобы ослабление в ннх радиоактивного излучения, испускаемого точечным источником, и ослабление радио- .активнбго излучения, испускаемогообъемным источником (радиоактивнымпаром), .в самих элементах паропровода было идентичным.Определить ослабление гаммааантов в элементах паропроводаот объемного источника можно только.для гамма-квантов с энергией 520 кэВ, 10испускаемых газообразным радионуклидом криптонСледовательно,толщины имитаторов можно определитьлишь для энергии гамма-квантов,близкой к 520 кэВ. При использовании значений толщин имитаторов, полученных для энергии 520 кэВ, дляррадуировки радиометра по точечнымрадиоактивным источникам ва всемдиапазоне энергий от сотен кэВдо 3000 кэВ, получится энергетическая зависимость показаний радиометра (ход с жесткостьюф), значительно отличающаяся от действительной. Это является следствиемтого, что изменение показаний радиометра при изменении внутреннего радиуса 1 технологического контура,толщины стенки 3 ,-го слояпокрытия 3; технологического контура или энергии гамма-квантов Еобусловлено одновременным действиемдвух Факторов: изменением расстоянияот поверхности детектора дооси паропровода; изменением степени ослабления излучения стенкой и 35слоями покрытий паропровода,Кроме того, так как стенки ислои покрытия паропровода, а такжеконтролируемая среда имитируютсяпластинками из нержавеющей стали,то толщины имитаторов зависят отэнергии гамма-квантов 6 даже принеизменных 0, 3 и с 1; . Это обус-ловлено разной энергетической зависимостью коэФФициентов линейного ослабления гаъща-квантов в45нержавеющей стали и в материалахпокрытий паропровода и в паре, а.также в стенке паропровода, еслиона выполнена не из стали.Следовательно, чтобы обеспечитьпогрешность- воспроизведения энергетической зависимости показаний радио.мера на заданном уровне, необходимо подбирать новые значения толщинимитаторов всякий раз, как только 55энергия гамма-квантов, испускаемыхточечными источниками, станет отличной от 520 кэВ, даже если остальные параметры 1, д и с) постоянны. Однако такой подбор невозможен, Ятак как промышленностью выпускаетсяобразцовый источник только одногогазообразного гамма-испускающегорадионуклида - криптонас энергией гамма-квантов 520 кэВ. 65 Недостатком известного устройства является низкая точность воспроизведения энергетической зависимости показаний радиометра при градуировке по точечным радиоактивнымисточникам в диапазоне от сотен кэВдо 3000 кэВ,Кроме того, соотношения междутолщинамн имитаторов элементов паропровода и толщннами самих элементовпаропровода не сохраняются, еслиизменится. хотя бы один из параметРов 83, или 3 даже при Фиксированной энергии гамма-кванТОЭ. Вэтом случае каждый раз необМОцимозаново проводить градуировку пообъемному источникуэкспериментально определять новые соотношениямежду размерами, что удорожает изатрудняет использование известного устройства.Необходимо также отметить,чтоимитатор стенки технологическогоконтура в известном устройстве выполнен такой толщины, чтобы погло-щение гамма-квантов в нем было эквивалентно поглощению гамма-квантов в двоенной толщине стенки технологического контура, так какточечный источник размещен от детектора с противоположной стороныконтура и как бы ффпросвечнваетффего, С другой стороны гамма-кванты от объемного источника фпросвечивают только одну толщину стенки контура. Следовательно, при применении имитатора стенки для градуировки радиометров объемной актив,ности среды погрешность воспроизведения энергетической зависимости показаний радиометра велика.Целью изобретения является повышение точности воспроизведения энергетической зависимости показанчйрадиометра объемной активности среды при градуировке по точечным радиоактивным источникам в диапазонеэнергий от сотен кэВ до 3000 кэВ,1Указанная цель достигается тем,что в устройстве для градуировкирадиометров, размещенных у поверх"ности технологического контура сконтролируемой средой, содержащемточечный радиоактивный источник иустановленные между источником и размещенным в коллиматоре детекторомградуируемого радиометра плоскиймногослойный поглотитель радиоактивного излучения и плоский имитатор среды такой толщины, что ослабление радиоактивного излучения в неми в самой контролируемой среде одинаково, между точечным радиоактивйым источником и детектором установлены последовательно один задругим имитатор среды, выполненныйиз водоэквивалентного материала, имногослойный поглотитель, содержащий имитатор стенки технологического контура толщиной 3 = Ж 3,Цст сти п имитаторов слоев покрытия технологического контура толщиной 3 = М, 3; каждый, где 1,46 с кс 1,51, 3 и д - толщины стенки и 1 -го слоя покрытия технологического контура соответственно, см 1 п - число слоев покрытия технологического контура, и выполненный из материалов, аналогичных по плотности и ослаблению в них радиоактивного из" лучения материалу стенки технологического контура и материалам слоев покрытия технологического контура, а также введены дополнительные сменные точечные радиоактивные источники, испускающие излуче ние различных энергий в диапазоне от сотен кэВ до 3000 кэВ.На Фиг.1 показано устройство для градуировки радиометров по точечным источникам; на Фиг.2 - гра Фики зависимости й (х)/ Н (х=О) от Х для различных толщин стенок паропроводов в безразмерных единицах , 3 . гдегде ( - расстояние от переднего торца поверхности радиометрапри его удалении от некоторого начального положения1=0, см;ст " линейный коэФфициент ослабления гамма-квантов в материале стенки паропровода,см- ртолщина стенки паропровода,см; 40 на Фиг.3 - графики зависимости пог-, решности 6 воспроизведения показаний . устройства от величины м для различных энергий гамма-квантов.В устройстве для градуировки раднометров (Фиг.1), содержащем набор сменных точечных радиоактивных источников с различными энергиями радиоактивного излучения, между точечным источником 1 иэ этого. набора и детектором 2 градунруемого радиометра, размещенного в коллиматоре 3, расположены плоский имитатор контролируемой среды 4 и плоский многослойный поглотитель 5 радиоактивного излучения. Поглотитель 5 содержит имитатор стенки технологического контура и и имитаторов слоев покрытий технологического контура.При градуировке радиометра, изме Оряющего объемную активность острогопара в паропроводе второго контураатомной электростанции, устройстводля градуировки радиометров работает,следующим образом. 65 Между точечным радиоактивнымисточником 1 из набора источников сразличными энергиями радиоактивногоизлучения и детектором 2 градуируемого радиометра устанавливают последовательно имитатор среды и многослойный поглотитель (Фиг.1).Остальные точечные радиоактивные источники иэ набора источников размещены так, чтобы они не влияли напроцесс измерения, например, в свинцовом домике. Для исключения влияния внешнего фона на измерения детектор 2 размещен в коллиматоре 3. Толщины имитатора среди,4 и много-. слойного поглотителя 5 выбраны так,что гамма-кванты, испускаемые точечными радиоактивными источниками с энергиями от сотен до 3000 кэВ, ослабляются в них так же, как и в паропроводе, например, второго контура атомной электростанции при прохождении ими последовательно самой контролируемой среды (самопоглощение среды), стенки паропровода и слоев покрытия паропровода,наппример теплоизоляции, кожуха теплоизоляции и т.д. Это достигаетсявыбором материалов, формы и толщиныимитаторов среды 4 и многослойного. поглотителя 5. Энергетическую зависимость показаний радиометра (ход с жесткостью радиометра) вдиапазоне энергий гамма-квантов от сотен до 3000 кэВ получают, проводя измерения последовательно с различными точечными радиоактивными источниками из набора источников. В качестве точечных радиоактивных источников можно использовать, например,радионуклиды: кобальт, олово,цезий, марганец, кобальт и натрий,Показания радиометра, детекторкоторого размещен в непосредственной близости от поверхности паропровода, можно представить в следующем виде где- число моноэнергетическихгамма-квантов с энергией Г,испускаемых единицей объемапара с 1 с, гамма-кв./с.см;1 - внутренний радиус паропровода, см;3 (./Я - средний путь гамма-квантовв паре в направлении детектора, см;линейный коэфФициент ос ф лабления гамма-квантов впаре, смплотности пара при рабочихтемпературе н давлении впаропроводе и воды соответственно, г/см;ре - линейный коэФФициент ослабления гамма-квантов в воде,см ф;сст - коэффициент, Учитывающийослабление гамма-квантов встенке и в слоях покрытийпаропровода, отн.ед.;б - площадь чувствительной поверхности детектора,см;эффективность регистрации. гамма-квантов блоком детектирования, отн.ед.Ослабление гамма-квантов в стенке и в слоях покрытий паропровода зависит от параметров 6 сст,с 2; игде 3 ст и 3 - толщины стенки 15 и 1 -го слоя покрытия паропровода соответственно, Е - энергия гамма- квантов. В общем случаем уменьшение показаний радиометра при измере 2нии для случаев ост+,3 3;-О(-13 Е 3;тО обусловлено односф 25 временным действием двух факторов: удалением поверхности детектора от оси паропровода на расстояние:с)с ф,Т с)1стс 2 3 ; ПОГЛОщЕНИем иэлуЧения в материалах стенки и слоях покрытий паропровода.Поэтому, если коэффициент К характеризующий уменьшение показаний радиометра при измерении в условиях 3 ."32ст .,0 и 3 стф.сс)1.0 записать в виде, .егргГфйгг,Д;,Е) р гг г. Р 41, г 2) где )цст и р; - линейные коэффициенты ослабления гамма-квантов в материалах стенки .и т -го слоя покрытия па ропровода соответственно, см , то коэффициент М (0, Зст, с), Е ) в показателе экспоненты зависит от всех параметров , дст, 3 и Г , Следовательно, при любом изменении хотя бы одного из них необходимо подбирать . новую толщину имитаторов стенки и слоев покрытий, что делает практически невозможным получение одного постоянного для различного йабора параметров соотношения между толщи нами стенки и слоев покрытий паропровода и их имитаторами при градуировке по точечным радиоактивным источникам.Экспериментально изучена зави- .60 симость изменения показаний (Н(Х) радиометра при удалеттии торцовой поверхности детектора .от паропровода на расстояние 9 + 3 + 1 для различНЫХ З)таЧЕНИй ПрОИЗВЕдЕНИя рс с 2 ст т 65 где д - расстояние от внутренней поверхности паропровода до поверхности детектора при исходном разме" щенки. В экспериментах использован газообразный гамма-источник криптон, поэтому рст - было фиксировано, а 3 ст изменяли таким образом, чтобы 3 ст было всегда. меньше с)о Обработка экспериментальных результатов позволила сделать вывод о том, что отношение . И(Х)/Ю(О), где И(Х) и И(0) - показания радио- метра на расстоянии М от исходного положения и в исходном положении соответственно не зависят от величины Мс "ст , а следовательно, и от энергии гамма-квантов Я . Экспериментальные значения Н(Х)/М(О) приведены на фиг.2. Эксперименты проводились с моделями паропроводов радиусом Р = 20 см, толщинами стенки й - 3 ст =О см; Е - 3 ст= 1,2 см О - ст= 2 4 см и 0 =30 см Ь-с)ст = О см; Ц - с)ет= 1,б смт 0-3 с= З,О см.Зависимость отношения Н(Х)/Б (О) от с ст и, следовательно, от. энер гии Е гамма-квантов отсутствует, что позволило представить коэффициент К. в виде двух сомножителей в следующем виде.Е с"Ь"с г: Ргд)ст р,) +Е (з) С(2 с)СтХ С); .гъ 1 Первый сомножитель в выражении(3) (4) характеризует уменьР ф с)Ф Х шение показаний радиометра за счет удаления поверхности детектора от оси паропровода, второй сомножитель 2 г 2(РСОС 2,"- Г 2 гА 2 е(5)характеризует уменьшение показанийрадиометра за счет поглощения излучения в стенке и слоях покрытийпаропровода. Коэффициент и в показателе экспоненты в этом случае не зависит от параметров 1, дс, 3; и практически не зависит от энергии Е гамма- квантов. Величина коэффициента М определена экспериментально, путем сравнения зависимости изменения показаний радиометра от толщины стенок для объемного и точечного источников, причем впоказаниях радиометра при измерениях от объемного источника вводилась поправка, установленная по соотношению (4), которая исключаетзависимость показаний радиометраг.4/ Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4 9/4 Тираж 748 НИИПИ Государственного комитетло делам иэобретений и откри 113035, Москва, Ж, Рауюска ПСССРйнаб.