Радиометр бета-излучающих газов

Полезная модель относится к области радиометрии бета-излучающих газов и может быть использована для измерения объемной активности инертных радиоактивных газов в выбросах атомных станций от штатных до аварийных условий, и в период после аварийных мероприятий, для полного контроля радиологической и ситуации, обеспечения безопасности людей по параметру концентрации радиоактивных инертных газов. Радиометр содержит измерительную камеру 5 со штуцерами 6, 7 ввода и вывода проб газа, полупроводниковый детектор 2 с чувствительным элементом 4, прилегающим к стенке камеры 5, коллиматор 8, концом обращенный к стенке камеры 5, и второй детектор 1, чувствительный элемент 3 которого обращен к отверстию коллиматора 8. Камера, коллиматор и детекторы помещены в защиту 9 из свинца или вольфрама. Радиометр снабжен съемным держателем 13, выполненным с возможностью помещения его между камерой 5 и коллиматором 8, с креплением для размещения поверочного источника 14. Детекторы снабжены светодиодами 11, 12. Камера выполнена, преимущественно, в виде стального цилиндра, штуцеры 6, 7 соединены с его образующей, а детектор и коллиматор со вторым детектором расположены с противоположных торцов. Техническим результатом от применения полезной модели является увеличение верхнего предела измерения объемной активности инертных газов до 1·10¹⁷ Бк/м³ и повышение эффективности регистрации излучения в условиях повышенного внешнего радиационного фона, расширение области применения, а также снижение массо-габаритных характеристик устройства. 1 илл.

Полезная модель относится к области радиометрии бета-излучающих газов и может быть использована для измерения объемной активности инертных радиоактивных газов в выбросах атомных станций в штатных условиях, условиях нарастания аварийных ситуаций, в течение аварии и в период проведения после аварийных мероприятий. Реализация такого режима измерения позволит полностью контролировать радиологическую ситуацию на атомной станции, обеспечивая повышенный уровень безопасности людей по параметру концентрации радиоактивных инертных газов в воздухе.

Из существующего уровня техники известен радиометр бета-излучающих газов по патенту РФ 128344 U1, содержащий измерительную камеру со штуцерами ввода и вывода газа и размещенный в торце камеры сцинтилляционный детектор. Недостатком известного устройства является диапазон измерения объемной активности, соответствующий лишь уровню нормальной радиационной обстановки и не включающий в себя аварийные условия.

Известна установка для измерения объемной активности радиоактивных бета-излучающих газов (аргон, криптон, ксенон) в воздухе УДГ-1Б (зарегистрирована в Госреестре под номером 24525-08 от 23.08.2013 http://db.pcbirs.ru/DB/isapi/isapi.dll, http://www.doza.ru/catalog/aerosols/345). В качестве первичного измерительного преобразователя установки использованы два кремниевых детектора (основной и компенсационный), расположенных в рабочей камере. Объем измерительной камеры 1 л. Собственный фон установки не более 4·10³ Бк/м ³. Диапазон измерения объемной активности инертных радиоактивных газов от 10⁴ до 6·10⁹ Бк/м³ . Установка может быть использована в автономном режиме или в составе автоматических систем радиационного контроля для непрерывного автоматического контроля бета-излучающих газов в воздухе рабочих помещений и систем вентиляции. Недостатком устройства является ограниченность верхнего диапазона измерений, что не позволяет измерять высокие концентрации ИРГ при возникновении радиационных аварий [МЭК 60951-2, Приложение А, стр 19)].

Известен радиометр газов РГБ-07 (зарегистрирован в Госреестре под номером 10595-07 от 15.03.07, http://db.pcbirs.ru/DB/isapi/isapi.dll, http://pzi.ru/radiometrs.htm), предназначенный для измерения объемной активности бета излучающих газов в воздухе производственных помещений и систем вентиляции. В качестве первичного измерительного преобразователя радиометр содержит проточную ионизационную камеру объемом 5 л. Верхний диапазон измерения объемной активности инертных радиоактивных газов составляет 5·10¹² Бк/м ³. Недостатком устройства, который обусловлен применением в качестве детектора проточной ионизационной камеры, является высокая зависимость показаний от состава воздуха: влажности, наличия аэрозолей, механических загрязнений, что является критичным в аварийных условиях.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является радиометр-блок детектирования БДГГ-02С (Каталог продукции ОАО «СНИИП» 2013 «Системы и оборудование радиационного контроля», М., СНИИП, 2013, стр. 43, http://www.sniip.ru/produktsiya-i-uslugi/tehnicheskie-sredstva-radiatsionnogo-kontrolya/blok-detektirovaniya-bdgg-02s/). Блок детектирования содержит полупроводниковый детектор, конструктивно расположенный в цилиндрической измерительной камере. Детектор соединен с зарядочувствительным усилителем, который соединен с усилителем-формирователем, а его выход снабжен разъемом для подключения внешнего блока обработки сигналов. Принцип работы БДГГ-02С основан на регистрации полупроводниковым детектором бета излучения, обусловленного излучением инертных радиоактивных газов в объеме измерительной камеры, через которую непрерывно прокачивается контролируемая газовоздушная среда. Недостатком устройства является ограничение работоспособности при повышении объемной активности свыше 3,7·10¹³ Бк/м³ поскольку в блоке детектирования не предусмотрены конструкторские и схемотехнические решения позволяющие обеспечивать работоспособность блока детектирования в аварийных условиях.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является обеспечение возможности измерения объемной активности инертных радиоактивных газов в выбросах атомных станций, как в штатных условиях, так и в аварийных при аварийной концентрации бета-излучающих газов.

Техническим результатом от применения полезной модели является увеличение верхнего предела измерения объемной активности инертных газов до значения 1·10¹⁷ Бк/м³ и повышение эффективности регистрации излучения в условиях повышенного внешнего радиационного фона, расширение области применения, а также снижение массо-габаритных характеристик устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что радиометр бета-излучающих газов содержит, по меньшей мере, один полупроводниковый детектор, измерительную камеру со штуцерами ввода и вывода проб газа и защиту. Чувствительный элемент полупроводникового детектора прилегает к стенке измерительной камеры, радиометр снабжен коллиматором и вторым детектором, коллиматор одним концом обращен к измерительной камере, а чувствительный элемент детектора, размещенного на другом конце коллиматора, обращен к его отверстию. Радиометр снабжен съемным держателем, выполненным с возможностью помещения его между измерительной камерой и коллиматором, при этом на держателе выполнено крепление для размещения поверочного источника. Каждый детектор снабжен светодиодом, установленным с возможностью подачи светового излучения на чувствительный элемент детектора. Защита выполнена из свинца или вольфрама. Измерительная камера выполнена, преимущественно в виде стального цилиндра, при этом штуцеры подвода и отвода проб газа соединены с его образующей стенкой, а первый детектор и коллиматор со вторым детектором детекторы расположены со стороны противоположных торцов.

Патентные исследования не выявили источников информации, порочащих новизну совокупности существенных признаков, заявленной полезной модели.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема радиометра бета-излучающих газов.

Радиометр содержит полупроводниковые детекторы 1, 2 с чувствительными элементами 3, 4 соответственно. Детекторы 1, 2 расположены с противоположных сторон измерительной камеры 5. Камера 5 снабжена входным штуцером 6 и выходным штуцером 7 для ввода и вывода газовоздушной пробы. Чувствительный элемент 4 детектора 2 прилегает непосредственно к стенке измерительной камеры 5. С противоположной стороны камеры 5 от детектора 2 размещен коллиматор 8 частиц, обращенный к камере 5 входным концом, ко второму концу которого обращен своим чувствительным элементом 3 детектор 1. Элемент 3 прилегает к отверстию коллиматора 8. В месте прилегания детектора и коллиматора толщина стенки камеры 5 выбрана из условий возможности регистрации бета-излучения с учетом радионуклидного состава газа. Камера 5, коллиматор 8 и детекторы окружены металлической защитой 9. Выходы детекторов 1, 2 подсоединены соответственно к первому и второму входам Вх. 1 и Вх. 2 микроконтроллера 10. Детекторы 1, 2 снабжены светодиодами 11, 12 выполненными с возможностью подачи светового излучения на чувствительный элемент 3, 4 детекторов 1, 2. Светодиоды 11, 12 подключены соответственно к выходам Вых. 1 и Вых. 2 микроконтроллера 10.

Радиометр снабжен съемным держателем 13, выполненным с возможностью помещения его между измерительной камерой 5 и коллиматором 8. На держателе выполнено крепление для размещения поверочного источника 14, используемого при проверке метрологических характеристик радиометра в период эксплуатации. Снятый держатель 13 может быть заменен заглушкой. Держатель 13 с источником 14 схематично изображены в рабочем положении. Радиационная защита 9, (или защитный кожух), выполнена из свинца или вольфрама для обеспечения работы радиометра в условиях высокого внешнего радиационного фона.

Для опытного образца была изготовлена измерительная камера в виде стального цилиндра, со штуцерами, соединенными с образующей стенкой, а первый детектор и коллиматор со вторым детектором прилегали к камере с противоположных торцов, выполненных из стальной фольги.

Радиометр бета-излучающих газов работает следующим образом. Контролируемая газовоздушная среда через входной штуцер 6 непрерывно поступает в объем измерительной камеры 5 и покидает ее через выходной штуцер 7, образуя объемный бета-источник с заданным объемом. Бета-излучение регистрируется полупроводниковыми детекторами 1, 2. При этом на выходе детекторов 1, 2 формируются электрические импульсные сигналы. Частота сигналов с выхода детектора 1 пропорциональна объемной активности инертных радиоактивных газов в измерительной камере 5. Частота сигналов с выхода детектора 2 пропорциональна объемной активности газовоздушной среды находящейся в измерительной камере, но уменьшенной за счет коллиматора 8 в расчетное число раз. Определив количество зарегистрированных импульсов за заданное время измерений на основании данных предварительной калибровки, расчетным путем определяют суммарную объемную активность инертных радиоактивных газов, содержащихся в контролируемой газовоздушной среде.

В результате проведения испытаний установлено, эмпирическим и расчетный путем установлено, что детекторы 1, 2 обеспечивают измерения в двух диапазонах - первый в диапазоне от 1·10⁸ до 1·10¹³ Бк/м³ , второй - от 1·10¹² до 1·10¹⁷ Бк/м³.

Микроконтроллер 10 обеспечивает с помощью программных средств с заложенными математическими алгоритмами обработку диапазонов измерения и включение и отключение детекторов 1, 2 в зависимости от количества зарегистрированных импульсов. Помимо этого микроконтроллер 10 выполняет диагностику работы детекторов 1, 2 с помощью светодиодов 11, 12 путем их периодического включения в импульсном режиме в процессе регламентного тестирования радиометра. При периодической метрологической проверке в держатель 13 вставляют поочередно поверочные источники с заранее известной активностью, микроконтроллер 10 переводят в режим контроля и выполняют соответствующие отсчеты с регистрацией в микроконтроллере 10 данных от детектора 1, 2. При совпадении измеренных показаний с контрольными показаниями, записанными в память микроконтроллера 10 на этапе метрологических испытаний или при изготовлении радиометра, микроконтроллер 10 сигнализирует об успешном прохождении процедуры. В случае не совпадения показаний, событие регистрируют и переводят микроконтроллер 10 в режим ручного управления для выполнения необходимых диагностических процедур. По завершении метрологической поверки радиометр переводят в режим текущих измерений.

Заявленное устройство реализует режим измерения, позволяющий полностью контролировать радиологическую ситуацию на радиационно-опасном объекте, как в штатной так и в аварийной ситуации, достигнуты диапазон измерения от 1·10⁸ до 1·10 ¹⁷ Бк/м³ по бета-излучению, что обеспечивает повышенный уровень безопасности людей по параметру концентрации радиоактивных инертных газов в воздухе.

1. Радиометр бета-излучающих газов, содержащий, по меньшей мере, один полупроводниковый детектор, измерительную камеру со штуцерами ввода и вывода проб газа и защиту, отличающийся тем, что чувствительный элемент полупроводникового детектора прилегает к стенке измерительной камеры, радиометр снабжен коллиматором частиц и вторым детектором, коллиматор одним концом обращен к измерительной камере, а чувствительный элемент детектора, размещенного на другом конце коллиматора, прилегает к его отверстию.

2. Радиометр бета-излучающих газов по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен съемным держателем, выполненным с возможностью размещения его между измерительной камерой и коллиматором, при этом на держателе выполнено крепление для размещения поверочного источника.

3. Радиометр бета-излучающих газов по п. 1, отличающийся тем, что каждый детектор снабжен светодиодом, установленным с возможностью подачи светового излучения на чувствительный элемент детектора.

4. Радиометр бета-излучающих газов по п. 1, отличающийся тем, что защита выполнена из свинца.

5. Радиометр бета-излучающих газов по п. 1, отличающийся тем, что защита выполнена из вольфрама.

6. Радиометр бета-излучающих газов по п. 1, отличающийся тем, что измерительная камера выполнена в виде стального цилиндра, при этом штуцеры подвода и отвода проб газа соединены с её образующей стенкой, а первый детектор и коллиматор со вторым детектором расположены с противоположных торцов.