способ изготовления контрольного препарата для альфа-радиометрии толстослойных проб
Классы МПК: | G01T1/16 измерение интенсивности излучения |
Автор(ы): | Прокофьев О.Н. (RU) |
Патентообладатель(и): | ГУ Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт радиационной гигиены (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2003-04-18 публикация патента:
27.04.2005 |
Использование: для калибровки радиометрических установок. Сущность: из золы ягеля выделяют 210Pb в составе хромата свинца, который выдерживают до накопления в нем 210 Ро до уровня, достаточного для выполнения -радиометрии. Удельную активность 210Ро в контрольном препарате определяют по результату -радиометрии 210Pb. Технический результат - упрощение изготовления контрольного препарата. 1 табл.
Формула изобретения
Способ изготовления контрольного препарата для -радиометрии толстослойных проб, включающий внесение носителя свинца в исходный материал, содержащий 210Рb, выделение хромата свинца и изготовление из него толстослойного препарата, отличающийся тем, что, с целью упрощения, в качестве исходного материала используют золу ягеля, записывают время выделения хромата свинца, который выдерживают до накопления в нем 210Ро до уровня, достаточного для выполнения -радиометрии, проводят -радиометрию изготовленного контрольного препарата и препарата соли КСl в одинаковых условиях, а удельную активность (А) 210 Ро в контрольном препарате определяют по формуле
A(t)=14320·(1-e -*t )·(NBi-Nф)/0,8·(Nk -Nф), Бк/кг при t700 суток, (1)
А=14320·(NBi-Nф)/0,8·(N k-Nф), Бк/кг при t>700 суток, (2)
где - постоянная распада 210Ро, =0,005008 суток-1; t - время, прошедшее от момента выделения хромата свинца до момента определения удельной активности 210Ро в препарате по скорости счета импульсов при -радиометрии от 210Bi, присутствующего в препарате, суток; N Bi - скорость счета импульсов при -радиометрии толстослойного контрольного препарата, содержащего 210 Рb, 210Bi и 210Ро, имп/мин, Nk - скорость счета импульсов при -радиометрии толстослойного препарата соли КСl имп/мин; Nф - скорость счета импульсов фона, имп/мин; 14320 - удельная активность 40К в соли КСl, Бк/кг; 0,8 - отношение коэффициентов - радиометрии 210Вi и 40K.
Описание изобретения к патенту
Предлагаемый способ относится к области радиационного контроля объектов окружающей среды, а более точно к обеспечению калибровки радиометрических установок, предназначенных для измерения удельной активности радионуклидов -излучателей в объектах окружающей среды. Способ может найти применение при проведении радиационного контроля за удельной активностью -излучателей в пищевых продуктах, фураже, почве, радиоактивных отходах и других объектах окружающей среды.
Для калибровки радиометрических установок, предназначенных для измерения -активности проб применяют образцовые источники -излучения на основе 239Pu, 238U и 232Th [1]. Недостатком этих источников является то, что они тонкослойные. Поэтому выполнить калибровку радиометрической установки с их помощью на определение удельной -активности радионуклидов в пробе без дополнительных процедур, обеспечивающих переход к толстослойному образцовому источнику, не представляется возможным. Другим недостатком использования 239Рu для изготовления образцового источника -излучения является то, что из-за возможного присутствия в источнике 241Рu, который при распаде переходит в 241Аm, интенсивность -излучеиия источника возрастает с течением времени. Изготовление образцового источника -излучения на основе урана является сложной задачей, т.к. трудно получить источник, содержащий известный состав радионуклидов урана.
Международный стандарт [2] рекомендует для изготовления эталонных источников -излучения использовать 241Аm. Однако необходимые для изготовления таких источников калиброванные растворы 241Аm трудно доступны для рядового потребителя как из-за высокой стоимости, так и из-за того, что немногочисленные центры, поставляющие эти растворы, находятся за рубежом.
Наиболее близким к заявляемому является способ, основанный на изготовлении толстослойного образцового источника -активности [3]. Основным недостатком этого способа является то, что для его осуществления требуется калиброванный раствор радионуклида -излучателя. К его недостаткам относятся также необходимость измерения объема раствора, вносимого в золу, и необходимость тщательного перемешивания золы. При измерении объема раствора неизбежно внесение погрешности, а перемешивание не всегда обеспечивает равномерное распределение активности по объему источника, что необходимо для образцового источника. Зола, в которую вносится калиброванный раствор, должна быть свободной от присутствия в ней посторонних -излучателей. Это требует применения методов проверки исходной золы на содержание в ней -получателей, что также является недостатком рассматриваемого способа.
Целью заявляемого способа является упрощение изготовления контрольного препарата для -радиометрии толстослойных проб.
Цель достигается тем, что в известном способе изготовления контрольного препарата для -радиометрии толстослойных проб, включающем внесение носителя свинца в исходный материал, содержащий 210Рb, выделение хромата свинца и изготовление из него толстослойного препарата, в качестве исходного материала используют золу ягеля, записывают время выделения хромата свинца, который выдерживают до накопления в нем 210 Ро до уровня, достаточного для выполнения -радиометрии, проводят -радиометрию изготовленного контрольного препарата и препарата соли КСl в одинаковых условиях, а удельную активность (А) 210 Ро в контрольном препарате определяют по формуле
A(t)=14320*(1-e -*t )*(NBi-Nф)/0,8*(Nк-N ф), Бк/кг при t700 суток, (1)
А=14320*(NBi-Nф)/0,8*(N к-Nф), Бк/кг при t>700 суток, (2)
где - постоянная распада 210Ро, =0,005008 суток-1; t - время, прошедшее от момента выделения хромата свинца до момента определения удельной активности 210Ро в препарате по скорости счета импульсов при -радиометрии от 210Bi, присутствующего в препарате, суток; N Bi - скорость счета импульсов при -радаометрии толстослойного контрольного препарата, содержащего 210 Рb, 210Bi и 210Ро, имп/мин; Nк - скорость счета импульсов при -радиометрии толстослойного препарата соли КCl, имп/мин; Nф - скорость счета импульсов фона, имп/мин; 14320 - удельная активность 40К в соли КCl, Бк/кг; 0,8 - отношение коэффициентов -радиометрии 210Bi и 40К.
Использование в качестве исходного материала золы ягеля дает то преимущество, что эта зола имеет высокую удельную активность 210Рb и легко растворяется в концентрированной соляной кислоте. По методике, изложенной в методических рекомендациях [4], 210Рb выделяют на подложку в составе толстослойного препарата хромата свинца. Для установления состояния, близкого к радиоактивному равновесию между 210Pb и 210Po, требуется выдержка препарата в течение не менее 700 суток после выделения 210Рb. После установления радиоактивного равновесия в препарате снижение удельной активности 210Ро с течением времени происходит с периодом полураспада 210Pb.
Преимущество предлагаемого способа изготовления контрольного препарата состоит в том, что удельную активность 210 Ро в нем можно определять по прошествии того или иного интервала времени путем -радиометрии 210Вi (средняя энергия -частиц 389 кэВ [5]) и сравнения полученного результата с результатом -радиометрии препарата соли КCl. Присутствие 210Рb в контрольном препарате не влияет на результат -радиометрии 210Bi, т.к. средняя энергия -частиц, испускаемых при распаде 210Pb, составляет менее 16 кэВ [5].
К достоинствам предлагаемого способа изготовления контрольного препарата относится также то, что используемые для его изготовления химические процедуры не вносят вклада в погрешность определения его удельной активности. Исключены такие источники погрешности, присущие другим способам, как промахи при взятии объемов растворов и тому подобных процедур, используемых при изготовлении эталонных источников. В предлагаемом способе имеет место только статистическая погрешность при регистрации -излучения от контрольного препарата и от препарата соли КCl. Такая погрешность имеет место и в других существующих способах, использующих радиометрию эталонных препаратов. Величина этой погрешности зависит от удельной активности радионуклида в контрольном препарате. При изготовлении препарата с удельной активностью, обеспечивающей скорость счета импульсов при радиометрии на уровне 100 имп/мин, относительная погрешность составит не более 10% и вполне приемлема при проведении радиационного контроля объектов окружающей среды. Если скорость счета импульсов будет больше 100 имп/мин, то относительная погрешность при проведении радиометрии будет меньше 10%.
Пример осуществления способа. Ягель, доставленный экспедицией из Мурманской области озолен в муфельной печи при температуре 500°С. Из полученной золы по методике, изложенной в методических рекомендациях [4], выделен 210Рb на подложку в виде толстослойного препарата хромата свинца. Препарат на подложке был помещен в эксикатор и выдержан при комнатной температуре 2 года. На радиометрической установке УМФ-1500 с торцовым счетчиком СБФ-13 выполнена -радиометрия приготовленного препарата. Скорость счета импульсов (NBi ) составила 55 имп/мин. Скорость счета импульсов фона (N ф) на этой установке во время проведения -радиометрии препарата была равна 6 имп/мин. В это же время на той же установке и в той же геометрии измерения проведена -радиометрия толстослойного препарата соли КСl. Скорость счета импульсов (N к) от препарата соли КСl составила 110 имп/мин. Согласно формуле (2) удельная активность 210Ро в приготовленном препарате на момент измерения составляла А=14320*(55-6)/0,8*(110-6)8430 Бк/кг.
С приближением, достаточным для практических целей, можно считать, что скорость счета импульсов от толстослойного препарата, содержащего радионуклид -излучатель, пропорциональна толщине слоя препарата, с которой -частица может достигать поверхности детектора. Тогда отношение коэффициентов -радиометрии (ОКА) дня двух сравниваемых -частиц разных энергий равно отношению пробегов этих -частиц в материале препарата. Таким путем рассчитаны величины ОКА для -частиц с энергиями, указанными в табл. В качестве опорной использована энергия -частиц 210Ро. При выполнении расчета использованы данные о пробегах -частиц в углероде [6]. Учтено, что полный пробег -частицы состоит из пробега в толстослойном препарате, состоящем из углерода, и пробега в воздухе от поверхности препарата до поверхности детектора, составляющего 3 мм.
Отношение коэффициента -радиометрии радионуклида i к коэффициенту -радиометрии 210Ро можно рассчитать по формуле
где ОКАij - отношение коэффициента -радиометрии для -частиц энергии Еij радионуклида i к коэффициенту -радиометрии для -частиц 210Po; fij - доля от полного числа распадов радионуклида i, сопровождающихся испусканием -частицы с энергией Eij; mi - полное число -линий радионуклида i.
Таблица Отношение коэффициентов -радиометрии | |||||
Энергия -частицы, МэВ | ОКА | Энергия -частицы, МэВ | ОКА | Энергия -частицы, МэВ | ОКА |
2,5 | 0,308 | 5,0 | 0,908 | 7,0 | 1,58 |
3,0 | 0,404 | 5,297 | 1,000 | 7,5 | 1,77 |
3,5 | 0,514 | 5.5 | 1,061 | 8,0 | 2,00 |
4,0 | 0,636 | 6,0 | 1,223 | 9,0 | 2,43 |
4,5 | 0,765 | 6,5 | 1,397 | 10,0 | 2,90 |
Удельная -активность Ai радионуклида i в толстослойном препарате определяется по результатам -радиометрии этого препарата и контрольного препарата, содержащего 210 Ро с удельной активностью (Бк/кг), с помощью формулы
где ni(n) - скорость счета импульсов при -радиометрии толстослойного препарата, содержащего радионуклид i (210 Ро), имп/мин; nф - скорость счета импульсов фона, имп/мин.
Положительный экономический эффект от предлагаемого способа обусловлен тем, что у лабораторий, проводящих -радиометрию проб, отпадает необходимость в приобретении дорогостоящих эталонов (или эталонных растворов), которые к тому же недолговечны и требуют возобновления. Предлагаемый способ по исполнению доступен обычным лабораториям, т.к. не требуют специальных средств и применения сложной дорогостоящей аппаратуры. Применение способа только в одной лаборатории может дать экономию денежных средств в десятки тысяч рублей.
Литература
1. Козлов В.Ф. Справочник по радиационной безопасности. 4-е издание перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1991; с.316.
2. Water quality - Measurement of gross alpha activity in non-saline water - Thick source melhod. International Standard ISO 9696, 1992.
3. Методические рекомендации по санитарному контролю за содержанием радиоактивных веществ в объектах внешней среды. Под. ред. A.Н.Марея и А.С.Зыковой. Минздрав СССР, M., 1980, с.263.
4. Методические рекомендации по санитарному контролю за содержанием радиоактивных веществ в объектах внешней среды. Под. ред. А.К.Марея и А.С.Зыковой. Минздрав СССР, М., 1980, с.171.
5. Схемы распада радионуклидов. Энергия и интенсивность излучения. Публикация 38 МКРЗ. Перевод В.И.Попова под ред. А.А.Моисеева, ч.2, кн.2. М.: Энергоатомиздат, 1987.
6. Машкович В.П. Защита от ионизирующих излучений. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1982, с.244.
Класс G01T1/16 измерение интенсивности излучения