Радиометрические измерения

Радиометры - класс приборов, по своим функциям имеющий наибольшее количество видов. Согласно МУ 2.6.1.14-2001 «Контроль радиационной обстановки. Общие требования» и установившейся практике наиболее важными направлениями радиометрии при классификации по контролируемому радиационному параметру являются:

• контроль объемной активности (ОА) радиоактивных аэрозолей (паров);

• контроль объемной активности альфа-активных газов;

• контроль объемной активности бета-активных газов, в том числе ³Н и ¹⁴С;

• контроль удельной или объемной активности радионуклидов вжидкостях и пробах окружающей среды;

• контроль поверхностного загрязнения радионуклидами.

В радиометрических измерениях находят применение носимые, переносные и стационарные радиометры. Первые два типа в основном применяют для оперативного (инспекционного) контроля. Стационарные радиометры используют для контроля отдельных точек (в том числе для аварийного контроля) или с блоками детектирования со стандартным интерфейсом в составе систем радиационного контроля.

Общая структурная схема, отображающая большинство возможных видов радиометров, представлена на рис. 8.1.

Рис. 8.1 Структурная схема радиометра

Основные задачи, которые решаются при радиометрических измерениях, - определение параметров поля излучения и характеристик источника излучения.

- Источником излучения при радиометрических измерениях может быть специально отобранная проба. Вместо пробы можно проводить и так называемые беспробоотборные измерения, устанавливая детектор радиометра напротив трубопроводов, по которым проходит технологическая среда. Измеряемые величины здесь практически те же, что и при пробоотборных измерениях, кроме аэрозолей.

Вторая задача - определение характеристик поля излучения. Здесь измеряемая величина - поток или плотность потока ионизирующих частиц или фотонов в точке расположения детектора, а также временное или пространственное распределение активности излучателей или плотности потока излучения.

Регистрируемое излучение при определении характеристик поля излучения может быть и альфа, и бета, и гамма-излучением, а также и нейтронным излучением. Радиометры могут измерять только один вид излучения, а могут быть приспособлены и к комбинированному излучению, т.е. определять раздельно в одном измерении плотность потока нейтронов и гамма-излучения и одновременно измерять объемную активность альфа и бета-радиоактивных изотопов.

Функциональная связь между числом испускаемых источником частиц или характеристиками поля излучения с параметрами сигнала детектора различны. Например, радиометр может работать в режиме, когда каждая частица, попадающая в чувствительную область детектора, регистрируется, и можно подсчитать число фактов регистрации. Это будет счетчиковый режим работы радиометра. Если же частица оставляет в чувствительном объеме детектора энергию, пропорциональную своей энергии, и оставленная энергия линейно преобразуется в амплитуду сигнала на выходе детектора, то при большом потоке регистрируемых частиц суммарная переданная энергия в единицу времени будет практически постоянной и пропорциональной потоку регистрируемых частиц. Тогда на выходе ток детектора будет пропорционален потоку регистрируемых частиц; такой режим измерений называется токовым. Возможны измерения, при которых амплитуда каждого импульса на выходе детектора пропорциональна энергии частицы, потерянной в детекторе; измеряя амплитуду, можно судить об энергии исходной частицы. Такой детектор называют дискретным пропорциональным и наиболее часто его используют при спектрометрических измерениях. В радиометрах такой режим измерений также может быть использован.

Реальная задача определения активности или плотности потока усложняется тем, что помимо измеряемого излучения на детектор действует фоновое излучение («мешающее»), обусловленное посторонними источниками, или сопутствующее измеряемому излучению. Поэтому для радиометров очень важным является такое качество как избирательность к измеряемому излучению по отношению к «мешающему». Эта избирательность достигается различными методами, чаще всего отбором по какому-либо признаку (рис. 8.1). Например, при измерении тонким детектором легких и тяжелых заряженных частиц одновременно, тяжелые частицы передадут значительно большую энергию чувствительному объему детектора и, следовательно, амплитуды импульсов на выходе детектора будут большими. Если подключить к выходу детектора дискриминатор амплитуд (устройство, пропускающее импульсы, превышающие некоторый выбранный порог), то регистрируемые числа событий будут принадлежать только тяжелым частицам. Это так называемый отбор по амплитуде.

В некоторых детекторах легкие и тяжелые заряженные частицы создают импульсы различной формы. Например, трек тяжелой альфа-частицы в веществе детектора достаточно плотно ионизирован, а вдоль трека легкой заряженной частицы (электрона) акты ионизации редки. Поэтому возврат вещества детектора в исходное состояние, при котором и формируется импульс тока или напряжение на выходе детектора, будет различным. С помощью электронных схем такие импульсы можно разделить и это будет отбор по форме импульса.

Возможен отбор импульсов по времени. Например, в источнике помимо излучателя, испускающего позитроны, содержатся радионуклиды, испускающие другие частицы и фотоны. Позитроны, затормозившись в веществе детектора, аннигилируют с испусканием двух одинаковых фотонов с энергией 0.511 МэВ, разлетающихся в разные стороны. Если установить два детектора с разных сторон источника, то одновременная регистрация фотонов обоими детекторами говорит о том, что произошел бета-распад (возможны, конечно, и случайные совпадения), т.е. можно определить содержание бета-излучателей в источнике.

Таким образом, при проведении радиометрических измерений нужно очень четко представлять, что измеряет данный конкретный радиометр и какие возможны помехи при измерениях.

Измерения удельной активности проб. Существуют два основных метода измерения активности радионуклида на регистрирующих установках: относительный и абсолютный.

Сущность относительного метода измерения активности радионуклида состоит в сравнении скорости счета от источника с известной активностью со скоростью счета от источника с неизвестной активностью. Активность радионуклида определяется по формуле:

А_х = А _изв N _x/ N_изв (8.1)

где N_изв и N_x: - скорости счета соответственно от источника с известной и неизвестной активностью, имп./мин; А_изв — активность источника, Бк. Для определения активности радионуклидов относительным методом необходимо иметь большой набор источников по активности, изотопному и химическому составу. При относительном методе определения активности вводят поправки на разрешающее время и фон. Относительный метод прост и точен, но может иметь большую погрешность измерений из-за неэквивалентности сравниваемых источников.

Сущность абсолютного метода измерения активности сводится к определению полной активности источника. Активность источника рассчитывается как произведение измеренной скорости счета (N, имп./с) от источника на ряд поправочных коэффициентов:

A =K_iN, (8.2)

где К_i. — суммарный поправочный коэффициент, или, иначе, цена деления одного импульса.

В паспорте на источник указаны значения:

1) потока бета (альфа) частиц в угол 180⁰ ;

2) активности источника (для расчетов активности А_х необходимо использовать значения потока с учетом поправки на распад данного источника).

Обычно радиометрические методики представляют собой недорогой экспрессный (20-25 проб и более за 8-часовую смену) вариант радиометрического альфа и бета-анализа, основной целью которого является предварительная разбраковка проб. Для определения активности радионуклидов относительным методом необходимо иметь большой набор источников по активности, изотопному и химическому составу. При относительном методе определения активности вводят поправки на разрешающее время и фон. Относительный метод прост, но может иметь большую погрешность измерений из-за неэквивалентности сравниваемых источников. Можно ли добиться полной эквивалентности сравниваемых источников? Практически невозможно точно подобрать образец сравнения еще и из-за того, что реальная проба представляет собой смесь неизвестных радионуклидов.

Дата добавления: 2014-01-06