CZ12957U1 - Zařízení pro měření zejména rychlých změn objemové aktivity radonu ve vzduchu - Google Patents

Description

Zařízení pro měření zejména rychlých změn objemové aktivity radonu ve vzduchu

Oblast techniky

Předkládané řešení se týká zařízení pro detekci ionizujícího záření vyvolaného přeměnami radonu ve vzduchu. Zařízení je určeno zejména pro oblast rychlého a kontinuálního monitorování přítomnosti radonu v interiérech budov, v půdním vzduchu, nad vodní hladinou i v zemské atmosféře a monitorování emisí radonu z materiálů.

Dosavadní stav techniky

Současné detektory pro kontinuální monitorování radonu ve vzduchu využívají k detekci některý z následujících principů.

Jednou skupinou jsou detektory pracující na principu elektrostatické precipitace izotopu polonia ²¹⁸Po na povrchu spektrometrického křemíkového detektoru záření alfa. Při tomto způsobu je okno diskriminátoru vyhodnocovacího zařízení selektivně nastaveno buď na záznam záření alfa vznikajícího při přeměně atomů samotného izotopu polonia ²¹⁸Po o energii 6,0 MeV nebo na spektrum všech produktů přeměny radonu s emisí záření alfa.

Další skupina detektorů pracuje na principu detekce záření alfa vznikajícího uvnitř detekčního objemu detektoru při přeměně izotopu radonu ²²²Rn ajeho produktů přeměny, izotopů polonia ²¹⁸Po, ²¹⁴Po, pomocí Lucasovy komory, cožje komora s okénkem, jejíž vnitřní stěny jsou pokryty scintilačním materiálem citlivým na záření alfa.

Existuje skupina detektorů pracující na základě detekce záření alfa vznikajícího uvnitř detekčního objemu detektoru při přeměně izotopu radonu ²²²Rn ajeho produktů přeměny, izotopů polonia ²¹⁸Po, ²¹⁴Po, pomocí vzduchové ionizační komory pracující v proudovém režimu.

Konečně jsou známy detektory pracující na základě detekce záření alfa vznikajícího uvnitř detekčního objemu detektoru při přeměně izotopu radonu ²²²Rn o energii 5,5 MeV případně jeho produktu přeměny, izotopu polonia ²¹⁸Po o energii 6,0 MeV, pomocí vzduchové spektrometrické ionizační komory pracující v impulzním režimu.

Až na ionizační komoru v proudovém režimu pracují všechny tyto detektory v impulzním režimu, kdy zaznamenávají přeměny radonu nebo případně přeměny produktů jeho přeměny jako jednotlivé události. Vždy jsou sledovány pouze ty přeměny, které jsou doprovázeny emisí záření alfa..

U všech výše uvedených detekčních systémů vstupuje radon z jejich okolí do detekčního objemu detektoru pouze volnou diíuzí přes filtr. Ten chrání detekční objem detektoru před pronikáním produktů přeměny radonu a prachu z okolí.

Vedle detektorů, do jejichž detekčního objemu proniká radon volnou difúzí existují také systémy, které detekují pouze produkty přeměny radonu, tedy izotopy polonia ²¹⁸Po, ²¹⁴Po, z jej ich okolí. Tyto systémy používají taková detekční uspořádání, kdy produkty přeměny radonu z okolí přístroje jsou unášeny proudem vzduchu vytvořeným sacím zařízením detektoru. Na speciálním filtru uvnitř detektoru jsou zachyceny a potom analyzovány křemíkovým spektrometrickým detektorem záření alfa.

Přestože jsou všechny tyto známé principy detekce radonu úspěšné z hlediska jejich praktického využití při měření pomalých změn objemových aktivit radonu ve vzduchu, jsou zcela neuspokojivé při monitorování lychlých změn objemových aktivit radonu. Tato jejich nevýhoda je dána fyzikální podstatou jejich detekce. V případě křemíkového detektoru se detekuje radon prostřednictvím alfa spektra jeho produktů přeměny, což je vždy spojeno s prodlevou způsobenou časovými konstantami jejich přeměny. U zařízení se scintilačním detektorem nebo ionizační komorou pracujících v proudovém režimu se objemová aktivita radonu ve vzduchu určuje na základě detekce radonu a produktů jeho přeměny. Také v tomto případě se časová odezva detektoru

-1 CZ 12957 Ul podstatně zvětšuje v důsledku časových konstant produktů přeměny radonu. U zařízení s ionizační komorou pracující v impulzním režimu a nastavenou v alfa spektru na detekci radonu je časová prodleva dána skutečností, že je nutné čekat na dostatečný počet zaregistrovaných událostí, aby byl zabezpečen výsledek měření zatížený rozumnou statistickou nejistotou.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro měření zejména rychlých změn objemové aktivity radonu ve vzduchu podle předkládaného řešení, které je tvořeno detektorem ionizujícího záření s detekčním objemem uzavřeným elektricky vodivým pláštěm sloužícím jako stínící elektroda a se sběrnou elektrodou zasahující do detekčního objemu detektoru a kde jsou k tomuto detektoru připojeny vyhodnocovací obvody. Podstatou nového zařízení je, že detektor ionizujícího záření je tvořen detektorem záření alfa se vzduchem jako pracovním plynem a s elektricky vodivou mřížkou vytvořenou v části elektricky vodivého pláště uzavírajícího detekční objem, kde tento detektor je opatřen filtrem. V elektricky vodivém plášti je vytvořen otvor, k němuž je připojeno ventilační zařízení pro výměnu vzduchu v detekčním objemu detektoru. Pro velikost průtoku P vzduchu vytvořeného ventilačním zařízením a pro velikost detekčního objemu V detektoru musí být splněna podmínka

P/V > 0,3 min⁴.

Ve výhodném provedení je ventilační zařízení zapojeno v režimu nasávání vzduchu z detekčního objemu detektoru a pak je v tomto případě filtr umístěn na vnější straně elektricky vodivé mříž20 ky.

V jiném provedení lze zapojit ventilační zařízení v režimu vyfukování vzduchu do detekčního objemu detektoru a pak bude filtr umístěn před toto ventilační zařízení; :

Detektorem záření alfa se vzduchem jako pracovním plynem může být buď ionizační komora nebo proporcionální plynový detektor. V případě použití ionizační komory jé výhodné, má-li elektricky vodivý plášť vůči sběrné elektrodě kladný potenciál.

Ve výhodném provedení je otvor, k němuž je připojeno ventilační zařízení, vytvořen v elektricky vodivém plášti detektoru protilehle k elektricky vodivé mřížce.

Výhodou uvedeného řešení je, že umožňuje detekci rychlých změn koncentrace radonu. Skutečnost, že zařazením ventilačního zařízení dochází k velké výměně vzduchu mezi detekčním obje30 mem detektoru ajeho okolím, umožňuje na nevýznamnou míru potlačit detekci záření všech následných produktů přeměny radonu. Zařízení tak může jednoduchým způsobem zaznamenávat neobyčejně rychlé změny koncentrace radonu v jeho okolí.

Přehled obrázků na výkresech

Zařízení podle předkládaného řešení je schematicky znázorněno na přiloženém výkrese;

Příklad provedení technického řešení

Zařízení podle předkládaného řešení je určeno k měření objemových aktivit radonu ve vzduchu. K tomuto účelu je nutné použít detektor záření alfa se vzduchem jako pracovním plynem, a to ionizační komoru nebo proporcionální plynový detektor. Uvedený příklad je popsán pro případ použití ionizační komory. Tato ionizační komora je tvořena elektricky vodivým pláštěm 1 tvoří40 cím stínící elektrodu a elektricky vodivou válcovou sběrnou elektrodou 2. Z hlediska zvýšení účinnosti tohoto typu detektoru je výhodné, je-li vodivý plášť I vzhledem ke sběrné elektrodě 2 na kladném potenciálu. K potlačení rušivých účinků svodových proudů je ionizační komora vybavena elektricky vodivou ochrannou elektrodou 3. Sběrná elektroda 2 a ochranná elektroda 3 jsou navzájem odděleny pracovním elektrickým izolátorem 4 a ochranná elektroda 3 je od pláště i oddělena napěťovým izolátorem 5. Část pláště i tvoří elektricky vodivá mřížka 8, která je

-2CZ 12957 Ul v předkládaném příkladě na vnější straně detektoru kiytá filtrem 7 propustným pro radon, ale zachycujícím produkty přeměny radonu a prach z okolí detektoru. Na některé z dalších stěn pláště £ ionizační komory je v tomto plášti £ vytvořen otvor, k němuž je připojeno ventilační zařízení 6, tvořené zde ventilátorem s průtokem P = 35 1/min. Toto ventilační zařízení 6 je zapojeno v režimu nasávání vzduchu z detekčního objemu detektoru a je zde umístěno naprotilehlé straně pláště £ vzhledem k vodivé mřížce 8. Ventilační zařízení 6 zajišťuje potřebnou výměnu vzduchu v detekčním objemu detektoru. Vzduch vstupuje do ionizační komory přes aerosolový filtr 7 a mřížku 8. Ventilační zařízení 6 otvorem v plášti £ nasává vzduch z detekčního objemu ionizační komory, který má v uvedeném příkladě velikost V = 8,4 litru. Ventilační ío koeficient v detekčním objemu detektoru je dán poměrem K = P/V = 4,17 min^{1 2}, což splňuje podmínku K > 0,3 min¹.

Takto lze docílit, že podstatná část izotopu polonia ²¹⁸Po, vzniklého při přeměně radonu v detekčním objemu detektoru, je proudem vzduchu vynesena mimo tento objem aje vyloučena z procesu detekce. Přítomnost produktů přeměny radonu je v detekčním objemu detektoru výměnou vzduchu potlačena. Detektor tedy zaznamenává dominantně přeměny samotného radonu a nevýznamně časově zpožděné přeměny jeho produktů přeměny, čímž umožňuje detektoru zaznamenávat velmi rychlé změny koncentrace radonu v jeho okolí. Tyto změny se pak vyhodnocují obvyklým způsobem standardními vyhodnocovacími obvody.

Totéž zařízení lze realizovat i s ventilačním zařízením 6, které naopak vyfukuje vzduch z detekčního objemu detektoru, avšak v tomto případě je filtr 7 předřazen před toto ventilační zařízení 6 a je vhodné speciálně upravit i elektricky vodivou mřížku 8, aby z detekčního objemu bylo vyvedeno co největší množství produktů přeměny radonu. ř ...

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle předkládaného řešení je určeno zejména pro oblast rychlého a kontinuálního monitorování přítomnosti radonu v interiérech budov, v půdním vzduchu, nad vodní hladinou i v zemské atmosféře a k monitorování emisí radonu z různých materiálů.

Claims (7)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Zařízení pro měření zejména rychlých změn objemové aktivity radonu ve vzduchu tvořené

30 detektorem ionizujícího záření s detekčním objemem uzavřeným elektricky vodivým pláštěm sloužícím jako stínící elektroda a se sběrnou elektrodou zasahující do detekčního objemu detektoru a vyhodnocovacími obvody připojenými k tomuto detektoru, vyznačující se tím, že detektor ionizujícího záření je tvořen detektorem záření alfa se vzduchem jako pracovním plynem a s elektricky vodivou mřížkou (8) vytvořenou v části elektricky vodivého pláště (1)

35 uzavírajícího detekční objem, kde tento detektor je opatřen filtrem (7) a kde v elektricky vodivém plášti (1) je vytvořen otvor, k němuž je připojeno ventilační zařízení (6) pro výměnu vzduchu v detekčním objemu detektoru, přičemž pro velikost průtoku (P) vzduchu vytvořeného ventilačním zařízením (6) a pro velikost detekčního objemu (V) detektoru je splněna podmínka, že ventilační koeficient

40 K = P/V > 0,3 min¹.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že ventilační zařízení (6) je zapojeno v režimu nasávání vzduchu z detekčního objemu detektoru a filtr (7) je umístěn na vnější straně elektricky vodivé mřížky (8).

3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že ventilační zařízení (6) je zapojeno v režimu vyfukování vzduchu do detekčního objemu detektoru a filtr (7) je umístěn před toto ventilační zařízení (6).

-3 CZ 12957 Ul

4. Zařízení podle nároků 1 a nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím , že detektorem

5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že elektricky vodivý plášť (1) má vůči sběrné elektrodě (2) kladný potenciál.

5 záření alfa se vzduchem jako pracovním plynem je ionizační komora.

6. Zařízení podle nároků 1 a nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že detektorem záření alfa se vzduchem jako pracovním plynem je proporcionální plynový detektor.

ío

7. Zařízení podle kteréhokoli z nároků lažó, vyznačujícíse tím, že otvor, k němuž je připojeno ventilační zařízení (6), je vytvořen v elektricky vodivém plášti (1) detektoru protilehle k elektricky vodivé mřížce (8).