Камера для измерения объемной активности радона в пробах окружающего воздуха

 

Использование: радиометрия окружающей среды, в частности измерение активности радона в воздухе. Сущность изобретения: камера для измерения радона содержит детектор альфа-частиц, испускаемых дочерними продуктами распада радона, аэрозольный фильтр, воздушный клапан, причем герметичный корпус камеры выполнен в виде складывающихся телескопических колец, соединенных фиксаторами, причем высота камеры составляет 0,8 - 1,0 диаметра большего кольца. 3 ил.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано при создании радиометров, предназначенных для измерения концентрации радона внутри производственных и жилых помещений, радоновых лечебниц, предсказаний землетрясений и т. п.

В результате радиоактивного распада естественных благородных газов радона и торона образуются дочерние продукты распада (ДПР), которые первоначально имеют положительный заряд. Это свойство ДПР позволяет концентрировать их в электростатическом поле на одном из электродов, расположенных в камере. В качестве этого электрода используется чувствительная проводящая поверхность детектора излучения. В результате распада ДПР, осевших на поверхности детектора, регистрируется альфа-излучение, интенсивность которого пропорциональна концентрации радона в камере [1] .

Чувствительность электростатической камеры увеличивается с ростом рабочего объема, поэтому используют камеры объемом 3-40 л, габариты которых велики, что создает трудности и неудобства при их использовании в переносных радиометрах.

Известна конструкция камеры, которая содержит в центре основания детектор в качестве одного из электродов [2] . Второй электрод выполнен из проводящей сетки в форме полусферы, которая сверху покрыта пористым фильтром для очистки воздуха от аэрозолей. Проба воздуха поступает в камеру объемом 4 л путем свободной диффузии через фильтр. Время диффузии составляет около 30 мин.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цилиндрическая камера объемом 38,2 л [3] . Камера содержит внутри детектор излучения и патрубок для ввода проб воздуха, расположенных на фланце. В качестве одного из электродов использован металлический корпус камеры, выполненный в виде пустотелого цилиндра. Смена проб в камере осуществляется путем заполнения воздухом предварительно вакуумированного объема.

К недостаткам известной конструкции следует отнести значительные габариты камеры (высота 76,5 см; диаметр 32 см), которые затрудняют ее применение в переносных радиометрах, предназначенных для экспресс-контроля объемной активности радона непосредственно в точке измерения при экологическом мониторинге.

Кроме того, максимальная чувствительность радиометра , отнесенная к единице объема камеры прототипа V, составляет (0,910,05) 10^-4 с^-1Бк^-1 и достигается в нормальных условиях лишь при напряжении собирания ионов - 6500 В, что требует значительного энергопотребления от автономных источников питания. Это создает дополнительные трудности при использовании подобных камер в переносных радиометрах.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что в камере для измерения объемной активности радона в пробах окружающего воздуха, содержащей проводящий цилиндрический корпус, детектор излучения с высоковольтным электродом, аэрозольный фильтр с воздушным клапаном, расположенным на фланцах, корпус камеры выполнен в виде телескопических колец, соединенных фиксаторами, причем отношение высоты камеры к диаметру большего кольца находится в пределах = 0,8-1,0.

Выбор пределов коэффициента основан на проведенных экспериментальных исследованиях оптимальных размеров камеры, при которых достигается максимальная объемная чувствительность регистрации ДПР радона.

На фиг. 1 представлен один из графиков изменения счетной характеристики радиометра (при одном из фиксированных радиусов цилиндрической камеры и одной и той же концентрации радона) в зависимости от высоты камеры h при различных напряжениях на собирающем электроде V. Из графика следует, что при любом конкретном напряжении на собирающем электроде и фиксированном диаметре камеры D существует некое оптимальное значение h, при котором счетная характеристика практически выходит на "плато". Дальнейшее увеличение высоты камеры, а следовательно, ее объема не эффективно.

Это проиллюстрировано графиком на фиг. 2, где оценены пределы максимальной чувствительности единицы объема камеры /V в зависимости от ее высоты и с учетом полученных погрешностей при доверительной вероятности 0,9.

Аналогичные графики получены и для других диаметров камеры. Причем объемная чувствительность, равная (1,550,23) 10^-4 с^-1Бк^-1большая, чем в камере прототипа, достигается при напряжении 1500 В на собирающем электроде - меньшем, чем в камере прототипа, и объеме камеры - на порядок меньшем, чем у прототипа. Таким образом большая часть объема камеры выбранного прототипа работает неэффективно.

Камера, предложенная авторами Paoletti [2] и др. , в виде полусферы, где высота равна радиусу h/D = 0,5, более оптимальная с точки зрения максимальной объемной чувствительности, чем в случае прототипа, в котором h/D = 2,4.

Камера, предложенная в данном изобретении, представлена на фиг. 3. Она состоит из детектора 1 излучения и высоковольтного электрода 2, расположенных на фланце, телескопических колец 3, соединенных фиксаторами 4, аэрозольного фильтра 5 с воздушным клапаном 6, расположенных на противоположном фланце, причем общая высота камеры составляет 0,8-1,0 от диаметра большего кольца.

На фиг. 3 позицией 2 обозначен лишь электрический ввод высоковольтного электрода. Высоковольтным электродом на самом деле служит проводящий герметичный корпус. Еще лучше - сделать электродом его проводящую внутреннюю поверхность.

Относительно расположения детектора (электрического ввода), аэрозольного фильтра и воздушного клапана на фланцах следует указать, что такое расположение является предпочтительным, но не обязательным. Для их расположения можно использовать один из фланцев, либо большое кольцо ближе к фланцу и т. д.

Камера работает следующим образом.

Смена проб воздуха в камере производится при перемещении телескопических колец 3. Воздух поступает через аэрозольный фильтр 5 и выходит через воздушный клапан 6. Взаимное расположение телескопических элементов в рабочем положении (при измерениях) устанавливается фиксаторами 4, одновременно обеспечивающими герметизацию камеры и электрический контакт между проводящими внутренними поверхностями колец. Таким образом камера работает как воздушная помпа, позволяющая сменить пробу воздуха непосредственно в точке измерения.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в нерабочем состоянии заявляемая камера складывается, при этом ее габариты значительно уменьшаются. Это позволяет использовать камеру в переносных радиометрах для экспресс-мониторинга радона на обследуемой территории. В рабочем положении необходимые размеры камеры в соответствии с заявляемым техническим решением устанавливаются с помощью телескопических колец и фиксаторов. Это повышает объемную чувствительность радиометра почти вдвое по сравнению с прототипом при меньшем напряжении собирания ДПР, а следовательно, при меньшем энергопотреблении от автономных источников питания. (56) 1. Jonassen N. "The effect of electric fields on ²²²Rn daughter products in indoor air. Health Phys. , v. 45 (1983), p. 487.

2. Paoletti D. , Spagnolo G. S. , Automated radon monitoring system for continuous environmental sampling. Revue Phys. Appl. v. 25 (1990), pp. 1259-1263.

3. Howard A. I. , Johnson B. K. , Strange W. P. A high-sensitivity detection system for radon in air. Nulc. Instr. and Meth. in Phys. Research. A293 (1990), pp. 589-595.

Формула изобретения

КАМЕРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ АКТИВНОСТИ РАДОНА В ПРОБАХ ОКРУЖАЮЩЕГО ВОЗДУХА, содержащая герметичный проводящий корпус, детектор излучения, высоковольтным электродом которого служит проводящий корпус, аэрозольный фильтр с воздушным клапаном, расположенные на фланцах корпуса, отличающаяся тем, что корпус камеры выполнен из телескопических колец, соединенных фиксаторами, причем высота камеры составляет 0,8 - 1,0 диаметра большего кольца.

РИСУНКИ

Рисунок 1