Способ определения объемной активности бета-излучающих радионуклидов в водных объектах методом регистрации излучения вавилова-черенкова с учетом эффектов гашения

Способ определения объемной активности бета-излучающих радионуклидов в водных объектах методом регистрации излучения вавилова-черенкова с учетом эффектов гашения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области неразрушающих методов анализа и может быть использовано для определения содержания бета-излучающих радионуклидов в водных объектах.

Известен способ определения количественного состава бета-излучающих радионуклидов спектрометрическими методами, которые предусматривают сложные процедуры проведения анализа, заключающиеся в химической подготовке пробы путем ее упаривания и нанесения на металлическую подложку пробы, предварительно установив качественный состав измеряемой пробы гамма-спектрометрическим методом (Ю.А. Сапожников, Р.А. Алиев, С.Н.Калмыков. Радиоактивность окружающей среды. Теория и практика. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006, с.176-191); а также жидкостно-сцинтилляционный (ЖС) метод измерения, для осуществления которого также необходима процедура пробоподготовки - смешивание пробы со сцинтиллятором (Ю.А. Сапожников, Р.А. Алиев, С.Н. Калмыков. Радиоактивность окружающей среды. Теория и практика. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006, с.199-218).

Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности существенных признаков является способ определения объемной активности стронция-90 на основе регистрации излучения Вавилова-Черенкова (ИВЧ) с применением средств измерений, позволяющих определять неоднородность жидкой среды, изложенный в работе (П.С. Буткалюк, Ю.А. Сапожников. Разработка схемы экспресс-анализа морской воды на стронций-90. Вестник московского университета. Сер.2. Химия, 2009, Т.50, №3). Реализация данного способа разбивается на два этапа:

1. Вычисление объемной активности стронция-90 в жидкой пробе путем регистрации ИВЧ при помощи фотоэлектронного умножителя (ФЭУ);

2. Анализ пробы на величину «непрозрачности» (неоднородности) при помощи датчиков измерения мутности для получения поправочного коэффициента (И.К. Цитович. Курс аналитической химии. - М.: Высшая школа, 1994, с.328-329).

Недостатком данного способа является сложность и трудоемкость процессов подготовки и анализа проб.

Техническим результатом предлагаемого способа является упрощение определения активности бета-излучающих радионуклидов в жидких пробах сложного химического состава за счет учета эффектов гашения ИВЧ излучающих радионуклидов.

Названный в предлагаемом способе технический результат достигается путем использования контрольного источника (КИ) с известной активностью бета-излучающего радионуклида, нанесенной на поверхность стержней, выступающих в роли контрольного опорного источника, закрепленных на боковых поверхностях измерительной емкости, в которую помещается кювета с пробой.

Отличительным признаком предложенного способа является применение КИ с известной активностью в процессе проведения измерений, основанного на регистрации ИВЧ, с целью определения содержания бета-излучающих радионуклидов в водных объектах.

Конструктивное исполнение кюветы с добавочным источником представлено на фиг.1. Устройство состоит из измерительной кюветы (1) и стакана с нанесенной известной активностью стронция-90 на боковые стержни (2).

Способ осуществляется следующим образом:

1. Измерения выполняют по истечении времени установления рабочего режима средства измерения (радиометр, в состав которого входит ФЭУ, чувствительный к ультрафиолету), установленного при снятии его метрологических характеристик.

2. Наполняют измерительную кювету пробой воды заданного объема V с помощью дозирующего устройства.

3. Набирают число импульсов n_ПР от регистрируемого излучения пробы за время Т_И, определенное по условию

Т И ≥ n ПР + n ПР ⋅ n ф ε ДОП 2 (n ПР − n ф ) 2 ,              (1)

где n_ПР - скорость счета импульсов от пробы, с^-1;

n_Ф - скорость счета импульсов фона, с^-1;

ε_доп - допустимое значение относительной случайной погрешности, соответствующее доверительной вероятности Р=0,95, %/

4. Устанавливают на измерительную кювету с пробой воды дополнительный контрольный источник с радионуклидом.

5. Проводят повторный набор числа импульсов N_КИ+ПР от регистрируемого излучения пробы с контрольным источником за время Т_И.

6. Определяют поглощение излучения в оптически прозрачной среде (бидистилляте). На измерительную кювету с дистиллированной водой устанавливают дополнительный контрольный источник с радионуклидом. Набирают счет импульсов N_ки от регистрируемого излучения контрольного источника.

7. Объемную активность в пробах воды а, Бк·дм^-3, вычисляют по формуле

а = ( n П Р − n ф ) ⋅ К Э ⋅ V ,               (2)

где Э - эффективность радиометра, определенная путем измерения контрольного источника стронция-90 в бидистипляте, доля;

К - поправочный коэффициент, учитывающий оптическую плотность и гасящие факторы измеряемой пробы воды, доля; вычисляется по формуле

V - объем измерительной кюветы, дм^-3

К = n КИ (n КИ + ПР − n ПР ) ,            (3)

где n_КИ - скорость счета импульсов, зарегистрированная при измерении контрольного источника в бидистилляте, с^-1;

n_КИ+ПР - скорость счета импульсов, зарегистрированная при измерении пробы воды вместе с контрольным источником, с^-1;

n_ПР - скорость счета импульсов, зарегистрированная при измерении пробы воды без контрольного источника, с^-1.

Эффект поглощения излучения от контрольного источника в измерительной емкости, заполненной дистиллированной водой в дальнейшем используется как опорное значение при измерении содержания бета-излучающих радионуклидов в водных объектах. Вычислив эффект поглощения излучения от контрольного источника в исследуемой пробе, вводится поправочный коэффициент К пересчета содержания бета-излучающего радионуклида в исследуемой пробе.

Преимущество способа заключается в применении метода регистрации ИВЧ для контроля содержания бета-излучающих радионуклидов, например стронция-90, в водных пробах сложного химического состава в целях совершенствования физических методов анализа водных объектов при радиационном мониторинге.

Пример

В качестве средства измерения ИВЧ применяли радиометр УДКС, состоящий из двух ФЭУ, помещенных в светонепроницаемый кожух из алюминиевого сплава, рабочей камеры для размещения кюветы с пробой воды, отражающих элементов и блока электроники, состоящей из предусилителей и схемы совпадений.

1. Случайным образом отобрали ряд проб воды, загрязненной радионуклидами. Получили пробы с различных точек отбора.

2. Каждую пробу разделили на два образца для измерения на радиометре УДКС и на жидкостно-сцинтилляционном (ЖС) радиометре.

3. Образцы для ЖС радиометра подвергли пробоподготове (смешивание с жидким сцинтиллятором). Для образцов, подготовленных к измерению на радиометре УДКС, отсутствовала пробоподготовка.

4. Провели измерения объемной активности стронция-90 на радиометре УДКС по алгоритму, изложенному выше, и ЖС радиометре по действующей методике измерений.

Сравнительная характеристика результатов измерений объемной активности стронция-90 в пробах воды двух методов измерений представлены в таблице и в виде графика на фиг.2.

Из таблицы видно, что при объемной активности стронция-90 в пробах воды, составляющей около 1 Бк, расхождение результатов измерений по двум методам доходит до 90%, что связано с большой случайной погрешностью результатов измерений. При более высоких объемных активностях стронция-90 в пробах это расхождение в среднем составляет 30%. Следует отметить, что относительная погрешность измерения объемной активности радионуклидов ЖС методом составляет от 30% до 50%.

Согласно приведенным данным можно сделать вывод о том, что разработанный способ измерений дал положительные результаты и может быть использован, например, при разработке методики измерений объемной активности стронция-90.

Результаты измерений объемной активности стронция-90 методом ИВЧ и ЖС радиометрии
№ пробы	Радиометр ИВЧ	ЖС радиометр	Отклонение результатов измерений, %
Скорость счета от пробы воды, с-1	Скорость счета от пробы воды с добавочным источником, с-1	Поправочный коэффициент	Активность стронция-90 в пробе (20 мл), Бк	Активность стронция-90 в пробе (20 мл), Бк
1	0,65	90,28	1,339	0,45	0,24	87,5
2	0,7	129	1,091	0,73	0,4	82,5
3	0,76	129	1,092	1,2	2,2	45,5
4	0,94	81,08	1,747	4	4,9	18,4
5	1,19	109,99	1,103	4,34	4,53	4,2
6	1,43	58,8	2,44	13,5	19,6	31,1
7	3,59	74,87	1,964	39,1	28,7	36,2
8	12,29	60,6	2,898	225,9	201,5	12,1
9	18,21	65,1	2,559	300,4	282,2	6,4
10	21,14	74,57	2,246	307,5	233,9	31,5
11	167,6	209,6	2,858	3182	3470	8,3

Способ определения объемной активности бета-излучающих радионуклидов в водных объектах методом регистрации излучения Вавилова-Черенкова с учетом эффектов гашения, включающий проведение измерений содержания бета-излучающих радионуклидов путем регистрации ИВЧ при помощи ФЭУ, отличающийся тем, что для учета эффекта гашения излучения дополнительно проводят измерения совместно с контрольным источником известной активностью бета-излучающего радионуклида и определяют содержание искомого радионуклида по формуле a = n К И ⋅ ( n П Р − n Ф ) ( n К И + П Р − n П Р ) ⋅ Э ⋅ V , где а - объемная активность искомого радионуклида, Бк·дм^-3;n_ПР - скорость счета импульсов, зарегистрированная при измерении жидкой пробы, с^-1;n_Ф - скорость счета импульсов фона средства измерения, с^-1;Э - эффективность средства измерения, определенная путем измерения известной активности бета-излучающего радионуклида в бидистилляте, доля;n_КИ - скорость счета импульсов, зарегистрированная при измерении контрольного источника в бидистилляте, с^-1;n_КИ+ПР - скорость счета импульсов, зарегистрированная при измерении жидкой пробы вместе с контрольным источником, с^-1;V - объем измерительной кюветы, дм^-3.