Радиометрия радиоактивных газов и аэрозолей

Раздел 17.

Радиометрия радиоактивных газов и аэрозолей.

Измерение концентрации радиоактивных газов и аэрозолей. Естественные и искусственные радиоактивные газы, пути их образования. Измерение концентрации искусственных радиоактивных благородных газов с помощью газоразрядных счетчиков и ионизационных камер. Определение концентрации радона.

            Радиоактивные аэрозоли. Характеристика радиоактивных аэрозолей. Концентрирование радиоактивных аэрозолей на фильтрах. Определение активности аэрозолей. Естественные радиоактивные аэрозоли – продукты распада радона. Определение концентрации ДПР. Активные и пассивные методы измерения. Средства измерения радиоактивных аэрозолей..

Основные радиоактивные газы приведены в таблице 17.1.

Таблица 17.1. радиоактивные газы и пути их образования

В соответствии с нормами радиационной безопасности важнейшими контролируемыми параметрами является поступление радионуклидов в организм и их содержание в организме, а также их объемная активность в воздухе, определенная методами радиометрии.

Измерение объемной активности радиоактивных газов (таких, как аргон, криптон, ксенон, тритий и др.) основано на счете отдельных β-частиц или фотонов и на измерении ионизационного тока, создаваемого этими частицами. Кроме измерения объемной активности часто возникает необходимость в определении нуклидного состава смеси радиоактивных газов, что осуществляется по периодам полураспада, спектрометрией фотонов, определением граничной энергии β-спектра, радиометрией аэрозольных продуктов распада газов, хроматографическим разделением газов в угольных или селикагелевых ловушках, избирательным концентрированием и др. Ввиду сильного поглощения β-частиц либо измеряемый газ вводят внутрь газоразрядного счетчика или ионизационной камеры, либо применяют сетчатые камеры (с воздушной стенкой), счетчики и сцинтилляционные детекторы, погружаемые в радиоактивный газ.

Наименьшая погрешность (до 1%) измерения активности газов достигается при использовании счетчиков внутреннего наполнения, что обеспечивает регистрацию почти каждого акта распада, если он сопровождается испусканием заряженной частицы. Однако этот метод сложен и громоздок.

Широкое распространение в серийной аппаратуре получил метод измерения активности газов с помощью тонкостенных торцевых счетчиков, помещаемых в торец цилиндрических камер, которые наполняют радиоактивным газом, или цилиндрических счетчиков, расположенных в центре таких камер.

Концентрация С газа в камере определяется по формуле

где k – коэффициент, зависящий от выбора единиц; N_β – скорость счета β-частиц; η – градуировочный коэффициент, зависящий от граничной энергии β-частиц Е_β, толщины входного окна торцевого счетчика и размеров объема с газом; S – рабочая площадь входного окна счетчика; V – объем камеры.

Активность газов с граничной энергией β-спектра менее 0,3 МэВ целесообразно измерять с помощью ионизационных камер внутреннего наполнения.

Для контроля газов, содержащих ³H, ¹⁴C, ³⁵S и другие нуклиды, применяют ионизационные камеры с газовой стенкой, измерительный объем которых должен быть окружен слоем воздуха с радиоактивным газом толщиной, равной (или более) максимальному пробегу β-частиц в воздухе. В такой камере устанавливается электронное равновесие, как в бесконечной среде с равномерно распределенным веществом. Камера обычно представляет собой два коаксиально расположенных цилиндра. Внутренний цилиндр является собирающим электродом. Внешний цилиндр ограничивает измерительный объем. Его изготовляют в виде сетки из металла с низким атомным номером, чтобы уменьшить действие мешающего измерению внешнего γ-излучения. Через сетку происходит обмен воздуха без применения устройств прокачки.

Ионизационный ток насыщения в камере с газовой стенкой определяется по формуле

где i – ионизационный ток; β – градуировочный коэффициент; заряд одного иона 1,6·10^-19 Кл; С – концентрация газа, Б/л; V – измерительный объем камеры, л;  - средняя