радиометр для измерения объемной активности газообразных нуклидов и радиоактивных аэрозолей в воздухе

Формула изобретения

РАДИОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ АКТИВНОСТИ ГАЗООБРАЗНЫХ НУКЛИДОВ И РАДИОАКТИВНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ В ВОЗДУХЕ, состоящий из проточного канала со средством принудительной прокачки воздуха, детектора ионизирующего излучения, установленного внутри канала, и электронной схемы регистрации, отличающийся тем, что в качестве средства прокачки воздуха использован нагревательный элемент, установленный внутри проточного канала, причем канал выполнен с возможностью установки под углом к горизонту, где a выбрано из условия a 0.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерению радионуклидов естественного и осколочного происхождения в воздухе, предназначено для дозиметрического, технологического и радиометрического контроля и может быть использовано при постоянном или инспекционном контроле в производственных и жилых помещениях.

Широко известны различные радиометры, предназначенные для измерения как газообразных нуклидов, так и радиоактивных аэрозолей, но наибольшую важность представляют радиометры для измерения естественного газообразного нуклида радон-222 (далее радон), который имеет короткоживущие дочерние продукты распада RaA (²¹⁸Po), RaB (²¹⁴Pb), RaC (²¹⁴Bi) и RaC (²¹⁴Po), представляющие собой мелкодисперсные аэрозоли.

Известен радиометр для измерения дочерних продуктов радона в воздухе, содержащий проточный канал для отбора аэрозолей дочерних продуктов распада радона, на аэрозольный фильтр, принудительное средство прокачки воздуха насос, детектор ионизирующего излучения полупроводниковый детектор, установленный внутри канала, и электронную схему регистрации. Дочерние продукты распада радона, находящиеся в исследуемом воздухе, за счет принудительной прокачки поступают в проточный канал радиометра и осаждаются на аэрозольном фильтре. Альфа-излучение дочерних продуктов регистрируется детектором, сигнал с которого поступает на электронную схему регистрации радиометра [1]

Недостатком такого радиометра является малая надежность средства принудительной прокачки воздуха мембранного насоса, имеющего в своем составе движущиеся механические части клапана, мембрану и т.д. выход из строя которых полностью парализует работу радиометра. Кроме того, ограничение только измерением дочерних продуктов распада радона снижает функциональные возможности известного радиометра.

Наиболее близким по большинству совпадающих признаков к заявляемому техническому решению является радиометр, состоящий из проточного канала электроосадительной камеры, средства принудительной прокачки воздуха механического насоса, детектора ионизирующего излучения полупроводникового детектора, расположенного внутри электроосадительной камеры, и электронной схемы регистрации.

Радиометр работает таким образом, что при его установке в помещение, в котором необходимо определить объемную активность радона, происходит заполнение проточного канала воздухом из этого помещения, поступающим в него за счет естественной диффузии или с помощью встроенного в радиометр механического насоса, применяемого только для быстрого заполнения исследуемым воздухом электроосадительной камеры. Вместе с воздухом в электроосадительную камеру поступает радон. Под действием естественного процесса распада радон в электроосадительной камере превращается в RaA. Поверхность полупроводникового детектора имеет отрицательный потенциал по отношению к стенкам электроосадительной камеры. Атомы RaA, имеющие положительный заряд, за счет притяжения разноименных зарядов осаждаются на поверхности полупроводникового детектора, регистрирующего альфа-излучение дочерних продуктов RaA и RaC, сигнал с которого поступает на электронную схему регистрации радиометра [2]

Недостатком известного радиометра состоит в том, что отсутствие в нем возможности непрерывной прокачки воздуха через электроосадительную камеру снижает чувствительность радиометра, а исключение возможности проведения длительных измерений за счет наличия в радиометре механического насоса, как малонадежного элемента, например, в течение одного месяца для определения усредненной дозовой нагрузки в данном помещении уменьшает его функциональные возможности.

Радиометр предназначен для проведения только инспекционного контроля, т. е. для измерения объемной активности радона в данном помещении за короткое время максимальное время измерения не превышает 24 ч. Учитывая изложенное, а также тот факт, что объемная активность радона в воздухе контролируемого помещения практически постоянна во времени и зависит только от количества нуклида 226Ra в строительных материалах, грунта и условий эксхаляции радона, а концентрация дочерних продуктов при одной и той же объемной активности радона может изменяться в течение одного дня в несколько раз (2-3 раза), например, только за счет проветривания данного помещения, и что наибольшую радиационную опасность представляют именно дочерние продукты, как наиболее высокоэнергетичные бета- и альфа-излучателя, а не сам радон, то отсутствие возможности измерения известным радиометром дочерних продуктов распада радона снижает его функциональные возможности.

Задачей указанного технического решения является повышение надежности радиометра путем исключения движущихся механических частей в средстве принудительной прокачки воздуха и расширение функциональных возможностей путем совмещения функций нагревательного элемента в средстве принудительной прокачки воздуха в заявляемом радиометре с бытовыми функциями, например, с освещением помещения, а также для радиометров, измеряющих радон путем измерения как объемной активности радона, так и концентрации его дочерних продуктов в воздухе исследуемого помещения, которая может быть решена за счет того, что в качестве средства прокачки воздуха использован нагревательный элемент, установленный внутри канала, причем канал в режиме работы устанавливается под углом к горизонту, где выбрано из условия 0.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием нового средства принудительной прокачки воздуха через проточный канал радиометра.

Сравнение заявляемого устройства с другими техническими решениями показывает, что применение нового средства принудительной прокачки воздуха, основанного на нагревательном элементе, через проточный канал радиометра повышает надежность средства прокачки и, следовательно, всего радиометра в целом. Исключение из состава средства прокачки трущихся механических частей, например, клапанов в сравнении с мембранным насосом, приведенном в аналоге [1] позволяет использовать радиометр в любых временных режимах работы часы, дни, недели, месяц и т.д. что, в свою очередь, позволяет расширить функциональные возможности радиометра применять его как для инспекционного контроля, так и для долговременных измерений, т.е. для дозиметрического, радиометрического и технологического контроля объемных активностей газообразных нуклидов и радиоактивных аэрозолей. Так, непосредственно для контроля радона в воздухе производственных и жилых помещений заявляемый радиометр дает возможность измерять не только объемную активность радона в воздухе, но и собирать его дочерние продукты распада из окружающего радиометр воздуха и, следовательно, повысить чувствительность заявляемого радиометра в 2-2,5 раза по сравнению с прототипом [2] при одних и тех же габаритах электроосадительной камеры при условии равновесного состояния радона и его дочерних продуктов в исследуемом воздухе. Кроме того, отсутствие трущихся механических частей повышает ремонтопригодность радиометра и полностью исключает шумовые эффекты, что очень важно при длительных измерениях малых объемных активностей радона в жилых помещениях. Использование нагревательного элемента, как возмущающего фактора, для осуществления прокачки воздуха исключает возможность возникновения турбулентности воздушного потока, проходящего через проточный канал радиометра, и создает наиболее благоприятные условия для измерения осаждение на поверхность детектора, аэрозольного фильтра и т.д. Использование нагревательного элемента в заявляемом радиометре позволяет осушать исследуемый воздух, поступающий для измерения в проточный канал радиометра путем простой перестановки детектора ионизирующего излучения со входа средства принудительной прокачки воздуха на его выход. Кроме того, в качестве нагревательного элемента в заявляемом радиометре можно использовать как просто нагревательный элемент, так и нагревательный элемент, несущий дополнительную полезную бытовую нагрузку лампу накаливания, в зимний период отопительную батарею, трубу с горячей водой и т.д. что очень важно при проведении длительных измерений в жилых помещениях и подвалах домов, снижая до минимума пожарную опасность и позволяя изменять объемный расход воздуха, проходящего через проточный канал радиометра, в большом диапазоне, как путем изменения угла наклона к горизонту его проточного канала, так и путем установки в качестве нагревательного элемента ламп накаливания различной мощности 20, 40, 200 Вт. Использование в качестве средства прокачки нагревательного элемента повышает стабильность объемного расхода исследуемого воздуха через проточный канал радиометра, так как в этом случае работает разность температур, которая и определяет производительность средства прокачки воздуха, причем разность температур остается неизменной при любом изменении температуры окружающего воздуха, что повышает точность проводимых измерений при проведении длительных циклов.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого радиометра.

Предлагаемый радиометр состоит из нагревательного элемента 1, проточного канала 2, детектора 3 ионизирующего излучения, находящегося в электроосадительной камере 4, и электронной схемы 5 регистрации.

Предлагаемый радиометр работает следующим образом.

При включении радиометра за счет нагрева нагревательного элемент а 1 происходит нагрев воздуха, который под действием конвенционных сил поднимается выше, освобождая место более холодному воздуху, т.е. возникает перепад давления между слоями воздуха, расположенными в вертикальной плоскости проточного канала 2 радиометра, и тем самым создаются условия для прокачки воздуха. Поступающий воздух несет в себе радон и его дочерние продукты распада, которые потоком воздуха приближаются к поверхности детектора ионизирующего излучения 3 (полупроводникового детектора), атомы RaA и частично RaB, образовавшиеся внутри электроосадительной камеры 4 и в воздухе, окружающем радиометр, имеющие положительный заряд, осаждаются на поверхности детектора 3 ионизирующего излучения, заряженной отрицательно по отношению к стенкам электроосадительной камеры 4. Детектор 3, регистрируя альфа-излучение дочерних продуктов RaA и RaC, посылает электрические сигналы на вход электронной схемы 5 регистрации, осуществляющей обработку и вывод полезной информации.

Экспериментальные исследования заявляемого радиометра были проведены на электроосадительных камерах, имеющих разные объемы, и при различных режимах работы радиометра. Время измерения во всех опытах составляло 3 ч. Измерялись различные объемные активности радона от 88 до 2100 Бк/м³. Для сравнения с известным радиометром на вход электроосадительной камеры устанавливался очистной фильтр. Объемный расход воздуха, создаваемый средством принудительной прокачки воздуха, определялся с помощью анемометра и составлял для наибольшей потребляемой мощности нагревательного элемента, т.е. при наибольшем его нагреве. В качестве нагревательного элемента для проведения опытов использовался электронагреватель, выполненный из нихромовой проволоки диаметром 0,25 мм и длиной 90 см.

Полученные результаты приведены в таблице.

Также в качестве нагревательного элемента использовалась лампа накаливания мощностью 20 Вт, при этом сравнивались условия создаваемого объемного расхода воздуха с нагревательным элементом, выполненным из нихромовой проволоки. Лампа накаливания в 20 Вт создавала такой же объемный расход воздуха через проточный канал, как и нагревательный элемент при потребляемой мощности в 13.5 Вт (см.таблицу).

Использование предлагаемого радиометра обеспечивает по сравнению с существующими радиометрами следующие преимущества: повышает надежность радиометра за счет исключения из состава воздухопрокачивающего устройства механических движущихся частей; расширяет функциональные возможности за счет измерения, как объемной активности радона при инспекционном контроле, так и его дочерних продуктов при длительных циклах измерения; повышает чувствительность не менее, чем в 2 раза; расширяет функции радиометра при проведении измерений радона в жилых помещениях за счет использования в нем бытовых элементов, которые используются людьми, проживающими в этом помещении, каждый день; полностью исключает шумовые эффекты; позволяет уменьшать объем детектора ионизирующего излучения.