способ определения содержания радионуклидов и плоский источник-имитатор для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ определения содержания радионуклидов в пробах сыпучих и измельченных материалов различного состава и плотности с использованием образцового источника, выполненного плоским и закрытым, отличающийся тем, что используется источник с активностью, неравномерно и дискретно распределенной таким образом, что источник имитирует равномерное распределение активности по всему объему пробы.

2. Образцовый источник для определения содержания радионуклидов в пробах сыпучих и измельченных материалов различного состава и плотности, отличающийся тем, что он изготовлен в виде пластины, на которой закреплена и изолирована от внешней среды активность, неравномерно и дискретно распределенная таким образом, что плоский источник имитирует равномерное распределение активности по всему объему пробы.

3. Источник по п.2, отличающийся тем, что он изготовлен из двух герметично соединенных прямоугольных кусков пленки, на внутренней стороне одного из которых зафиксирована активность.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиационной безопасности и может быть использовано для радиационного контроля загрязнения гамма-излучающими нуклидами продовольствия, строительных материалов, проб объектов окружающей среды и других сыпучих и измельченных материалов, а также для измерения активности различных объемных образцов в научных исследованиях.

Известны и широко применяются способы определения содержания радионуклидов в объемных образцах жидких, сыпучих и измельченных материалов с помощью спектрометра энергии гамма-излучения.

Для контроля загрязнения проб объектов окружающей среды ГП "ВНИИФТРИ" Госстандарта России выпускает стандартные образцы имитанта радиоактивной загрязненности с фиксированным химическим составом и плотностью. Очевидным достоинством способа прямых сравнений, основанного на применении стандартных образцов имитантов, является то, что при его использовании удается избежать загрязнения материала пробы и измерительных средств. К недостатком этого способа относится то, что он может быть использован только при известном и одинаковом составе пробы и имитанта и близких значениях плотности, что на практике трудно обеспечить [1].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения содержания радионуклидов методом внутреннего стандарта с использованием образцовых радиоактивных растворов (ОРР) [2]. Главным достоинством этого способа по сравнению со способом прямых сравнений является его применимость для определения содержания радионуклидов в любых образцах жидких и сыпучих материалов независимо от их состава, плотности и формы. Этот способ имеет целый ряд недостатков: непрерывное расходование дорогостоящих ОРР, накопление радиоактивных отходов, опасность загрязнения измерительной аппаратуры и окружающей среды, трудно обеспечить достаточную равномерность распределения ОРР по объему пробы, кроме того, пробу нельзя измерить повторно и затруднительно дальнейшее использование материала пробы. В связи с этими недостатками способ, как правило, не используется для поточного определения содержания радионуклидов.

С целью преодоления указанных недостатков предлагается способ определения содержания радионуклидов в пробах сыпучих и измельченных материалов с использованием в качестве внутреннего стандарта плоского закрытого источника-имитатора, который помещается непосредственно в исследуемую пробу без контакта активного вещества с материалом пробы. Источник-имитатор (образцовый источник) - это плоский вертикальный источник, помещаемый в среднюю плоскость цилиндрической пробы, распределение точечных источников на поверхности которого имитирует активность однородной объемной пробы, что обеспечивает учет геометрии измерения и поглощения фотонов гамма-излучения в материале исследуемой пробы. Источник-имитатор (фиг. 1) изготавливается путем нанесения точечных источников на подложку. В качестве подложки может быть использована бумага, клейкая пленка и т.п. Подложка с нанесенной активностью заклеивается между двумя слоями пленки или другими способами изолируется от окружающей среды. В случае использования в качестве подложки клейкой пленки получается источник, состоящий из двух герметично соединенных кусков пленки и закрепленной между ними активностью. Источник-имитатор удовлетворяет следующим требованиям:

высота активной части источника равна наиболее употребляемой фиксированной высоте пробы;

суммарная активность всех точечных источников выбрана с учетом допустимой загрузки используемого спектрометра гамма-излучения;

радиационная безопасность (герметичность обеспечивается с помощью клеящей пленки, заварки и т.п.)

маркировка содержит символ нуклида и величину активности источника.

Для определения содержания радионуклидов применяются полупроводниковые или сцинтилляционные спектрометры энергии гамма-излучения. Детектором служит кристалл, имеющий форму прямого цилиндра. По стандартной методике определяется радионуклид, содержащийся в пробе. Если в пробе присутствуют несколько радионуклидов, то для каждого из них используется одноименный источник-имитатор или источник-имитатор, содержащий ряд необходимых радионуклидов. Используемый в качестве внутреннего стандарта плоский закрытый источник-имитатор помещается непосредственно в исследуемую пробу без контакта активного вещества с материалом пробы соосно детектору. Необходимый объем исследуемой пробы с известной массой засыпается вокруг источника. Емкость с пробой устанавливается так, чтобы оси емкости и цилиндрического детектора совпали. Измеряется скорость счета от пробы с источником-имитатором, а также от пробы без источника-имитатора. Эффективность регистрации фотонов гамма-излучения и активность исследуемой пробы определяются с учетом скорости счета фона спектрометра по формулам метода внутреннего стандарта.

Способ применим для определения содержания радионуклидов в пробах сыпучих и измельченных материалов независимо от их состава и плотности. А использование закрытого источника позволяет обеспечить радиационную безопасность и избежать загрязнения материала исследуемой пробы и измерительных средств.

Произвести замену образцового радиоактивного раствора, используемого в методе внутреннего стандарта [2], на источник-имитатор возможно, исходя из следующих соображений (фиг. 2). Весь цилиндрический объем пробы 1, помещенной в стеклянный стакан 2, можно представить поделенным на элементарные кольца 3. Доля активности каждого кольца равна доле его объема в общем объеме пробы (т.к. считается, что активность распределена по объему пробы равномерно). Активность каждого элементарного кольца может быть представлена точечными источниками, расположенными на плоскости источника-имитатора, симметрично относительно оси. Активность центральных колец (цилиндров) может быть представлена точечными источниками, расположенными непосредственно на оси источника имитатора. При совпадении осей элементарного кольца пробы 3 и детектора 4 эффективность регистрации фотонов, испущенных в элементарном кольце и испущенных парой точечных источников, его заменяющих, будет одинакова. В этом случае эффективность регистрации, то есть доля фотонов, регистрируемых спектрометром при измерении объемной пробы, и плоского источника будет одинакова. Это обстоятельство является новым в методе внутреннего стандарта. В таблице 1 представлено распределение точечных источников по поверхности источника-имитатора при использовании 130 точек (13х 10).

При изменении геометрии активной части источника-имитатора или изменении числа точек требуется произвести перерасчет доли активности в каждой точке. Таким образом обеспечивается учет геометрии измерения и поглощения фотонов гамма-излучения в материале исследуемой пробы при замене объемного образцового источника плоским.

Пример

Исследуемая проба - грунт с неизвестным химическим составом и плотностью, масса - 250 г, объем - 180 см² высота насыпания грунта в стеклянный стакан составила 5 см.

Используя спектрометр энергии гамма-излучения, по стандартной методике определили, что в пробе присутствуют америций-241 и цезий-137. Для определения содержания радионуклидов использовали источники-имитаторы с америцием-241 и цезием-137. Все операции проводили в соответствии с описанием способа, изложенным выше. Характеристики источников-имитаторов и результаты измерения представлены в таблице 2.

Для сравнения нового способа с прототипом провели определение содержания радионуклидов методом внутреннего стандарта с использованием образцовых радиоактивных растворов. Результаты также представлены в таблице 2. Из таблицы 2 видно, что имеет место хорошее совпадение результатов, полученных двумя способами.

Перечень фигур чертежей

На фиг. 1 изображен описываемый источник-имитатор; на фиг. 2 - схема моделирования объемного источника с помощью плоского вертикального источника-имитатора.

Литература

1. Дозиметрический и радиометрический контроль при работе с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений. Т. 2. Индивидуальный контроль. Радиометрия проб. Методическое руководство под общей редакцией В. И. Гришмановского - 1981, М., Энергоиздат, с. 158-160.

2. Дозиметрический и радиометрический контроль при работе с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений. Т. 2. Индивидуальный контроль. Радиометрия проб. Методическое руководство под общей редакцией В. И. Гришмановского - 1981, М., Энергоиздат, с. 158-163.