ES2425801B1

ES2425801B1 - IDENTIFICATION STATION AND REAL-TIME MEASUREMENT OF GAMMA ENVIRONMENTAL RADIOACTIVITY THROUGH SPECTROMETRY ON PAPER FILTER

Info

Publication number: ES2425801B1
Application number: ES201230408A
Authority: ES
Inventors: Miguel LOPEZ TORTOSA; Marçal SALVADÓ ARTELLS; Ramon CASANOVAS ALEGRE; Carlos TAPIA FERNÁNDEZ; Alfredo DE BLAS DEL HOYO
Original assignee: Universitat Politecnica de Catalunya UPC; Universitat Rovira i Virgili URV
Current assignee: Universitat Politecnica de Catalunya UPC
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2032-03-16
Also published as: ES2425801A1; WO2013135938A1

Abstract

Estación de medida de la radiactividad ambiental gamma con un detector (5) con capacidad de realizar espectrometría gamma, enfrentado a un filtro de papel continuo (2). Gracias a la descarga de un determinado volumen de aire sobre el filtro mediante una bomba de aspiración es posible aumentar la concentración de isótopos radiactivos cerca del detector (4), de manera que la identificación de los isótopos gamma y cuantificación de su concentración de actividad se hace más precisa, reduciéndose la actividad mínima detectable.Gamma environmental radioactivity measuring station with a detector (5) capable of performing gamma spectrometry, facing a continuous paper filter (2). Thanks to the discharge of a certain volume of air on the filter by means of a suction pump, it is possible to increase the concentration of radioactive isotopes near the detector (4), so that the identification of gamma isotopes and quantification of their activity concentration is it makes more precise, reducing the minimum detectable activity.

Description

DESCRIPCIÓN DESCRIPTION

Estación de identificación y medida en tiempo real de la radiactividad ambiental gamma mediante espectrometría sobre filtro de papel Real-time identification and measurement station of gamma environmental radioactivity using paper filter spectrometry

CAMPO DE LA INVENCIÓN 5 FIELD OF THE INVENTION 5

La presente invención se refiere a un dispositivo para identificar isótopos radiactivos emisores gamma y medir su concentración de actividad en aire. En particular, el dispositivo comprende un detector de centelleo inorgánico capaz de realizar espectrometría gamma y de proporcionar información acerca del espectro energético de los isótopos emisores gamma depositados en un filtro de papel. 10 The present invention relates to a device for identifying radioactive gamma emitting isotopes and measuring their concentration of activity in air. In particular, the device comprises an inorganic scintillation detector capable of performing gamma spectrometry and providing information about the energy spectrum of gamma emitting isotopes deposited on a paper filter. 10

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN BACKGROUND OF THE INVENTION

Son conocidos en el estado de la técnica numerosos dispositivos para la detección de radiactividad mediante cristales de centelleo inorgánicos. Ejemplos de los mismos se pueden ver en las solicitudes de patente 15 CN201662623 y US 3781562 B1. En el primero se describe una sonda de LaBr3 que se usa para medir la radiación ambiente. En el segundo, un cristal de NaI es utilizado para medir radiación producida por efecto Mössbauer. El uso de detectores de centelleo tiene la ventaja de que gracias a ellos se puede realizar un análisis espectrométrico de las señales recibidas. Sin embargo, no existe hasta la fecha un aparato capaz de medir la radiación ambiental en tiempo real, proporcionando una identificación de los posibles isótopos radiactivos gamma 20 y una cuantificación precisa de su concentración de actividad. Numerous devices for the detection of radioactivity by inorganic scintillation crystals are known in the state of the art. Examples thereof can be seen in patent applications 15 CN201662623 and US 3781562 B1. The first describes a LaBr3 probe that is used to measure ambient radiation. In the second, a crystal of NaI is used to measure radiation produced by the Mössbauer effect. The use of scintillation detectors has the advantage that thanks to them, a spectrometric analysis of the received signals can be performed. However, to date there is no device capable of measuring environmental radiation in real time, providing an identification of possible gamma 20 radioactive isotopes and an accurate quantification of their activity concentration.

OBJETO DE LA INVENCIÓN OBJECT OF THE INVENTION

La invención tiene por objeto proporcionar una estación de medida de la radiactividad ambiental en tiempo real 25 que permita una mayor precisión en la identificación de los isótopos emisores de partículas gamma, en la cuantificación de su concentración de actividad y de sus límites de detección. Para ello, la estación está provista de un detector (5) para la realización de espectrometría gamma (que comprende un cristal de centelleo inorgánico y un fotomultiplicador), un filtro de papel continuo (2) y una bomba de aspiración. Gracias al caudal de aire generado por una bomba de aspiración, que circula a través del filtro de papel, se puede aumentar la 30 concentración de isótopos frente al detector y así mejorar la precisión de la medida. El cristal es preferentemente de NaI o LaBr3, u otros de funcionalidad equivalente. El filtro de papel se hace circular preferentemente mediante rodillos giratorios motorizados (22). El funcionamiento de la bomba de aspiración se regula a partir de los medios de control incorporados para cuantificar y ajustar el caudal de aire aspirado. De preferencia se incorpora además un circuito neumático para desplazar el cabezal (1) en una dirección vertical y facilitar, cuando sea necesario, el 35 desplazamiento del filtro de papel. La electrónica incluye un analizador de impulsos de tipo multicanal. El dispositivo puede incorporar además sistemas para el envío de las medidas obtenidas en la estación, así como el envío de avisos y almacenamiento/envío de informes acerca de su funcionamiento y un módulo de acceso y control remoto a través de dirección IP para controlar, encender, apagar y reiniciar remotamente el sistema. Opcionalmente se pueden incorporar detectores Geiger (o contadores proporcionales) adicionales para realizar 40 mediciones de tasa de dosis o tasa de dosis equivalente ambiental. The object of the invention is to provide a real-time environmental radioactivity measurement station 25 that allows greater precision in the identification of gamma-particle isotope, in the quantification of their activity concentration and their detection limits. For this, the station is provided with a detector (5) for performing gamma spectrometry (comprising an inorganic scintillation crystal and a photomultiplier), a continuous paper filter (2) and a suction pump. Thanks to the air flow generated by an aspiration pump, which circulates through the paper filter, the concentration of isotopes in front of the detector can be increased and thus improve measurement accuracy. The crystal is preferably of NaI or LaBr3, or others of equivalent functionality. The paper filter is preferably circulated by motorized rotating rollers (22). The operation of the suction pump is regulated from the built-in control means to quantify and adjust the flow of sucked air. Preferably, a pneumatic circuit is also incorporated to move the head (1) in a vertical direction and facilitate, when necessary, the displacement of the paper filter. The electronics include a multichannel pulse analyzer. The device can also incorporate systems for sending the measurements obtained at the station, as well as sending notices and storing / sending reports about its operation and a remote access and control module via IP address to control, turn on , shut down and restart the system remotely. Optionally, additional Geiger detectors (or proportional counters) can be incorporated to perform 40 dose rate measurements or environmental equivalent dose rate.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña la siguiente descripción de unos dibujos en donde 45 con carácter ilustrativo se ha representado lo siguiente: In order to help a better understanding of the features of the invention in accordance with a preferred example of practical realization thereof, the following description is given of drawings in which the following has been represented by way of illustration:

Figura 1: es una representación esquemática del principio de funcionamiento de la invención (alzado). Figure 1: is a schematic representation of the principle of operation of the invention (elevation).

Figura 2: corresponde a la vista superior de la figura 1. Figure 2: corresponds to the top view of figure 1.

Figura 3: es una representación esquemática de la invención sin el blindaje de plomo. Figure 3: It is a schematic representation of the invention without lead shielding.

Figura 4: es una representación esquemática de la invención con el blindaje de plomo incorporado. 50 Figure 4: is a schematic representation of the invention with the lead shielding incorporated. fifty

Figura 5: muestra el blindaje de plomo. Figure 5: shows lead shielding.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

El equipo de medición en tiempo real de la invención (figura 3) capta mediante una bomba de aspiración un volumen de aire predeterminado por el usuario. En el cabezal (1), el aire es descargado sobre el filtro de papel 55 (2) y después es expulsado hacia el exterior a través de los conductos de entrada/salida de aire (3). Se forma así una concentración de isótopos (4) sobre el filtro próximo al detector (5) (figuras 1, 2). El cabezal (1) es una pieza metálica cilíndrica conectada a un actuador neumático que posibilita su movimiento vertical para fijar o liberar el filtro de papel. El cabezal cumple varias funciones simultáneamente; permite la sujeción firme el papel continuo The real-time measuring device of the invention (figure 3) captures a user-determined volume of air by means of a suction pump. In the head (1), the air is discharged on the paper filter 55 (2) and then expelled outwardly through the air inlet / outlet ducts (3). A concentration of isotopes (4) is thus formed on the filter close to the detector (5) (figures 1, 2). The head (1) is a cylindrical metal part connected to a pneumatic actuator that allows its vertical movement to fix or release the paper filter. The head performs several functions simultaneously; allows firm hold on continuous paper

cerca de la parte superior del detector (5) (zona activa en la medida), contiene el conducto de entrada de aire (proveniente de la bomba de aspiración), crea un volumen con un alto grado de hermeticidad en el volumen del interior del cabezal ocupado por la parte superior del detector y el filtro de papel y, finalmente, homogeneiza el caudal de aire con la finalidad de obtener una concentración de isótopos uniforme en el filtro de papel expuesto (4). El filtro pasa por el interior (a través) del cabezal mediante unas aperturas laterales en el cabezal. De esta 5 manera el aire se introduce (mediante la bomba de aspiración) en el cabezal y es forzado a circula a través del filtro que se mantiene siempre próximo al detector. La bomba de aspiración que genera el flujo de aire (no representada en los esquemas para una mayor claridad) está conectada a un variador de frecuencia que determina las características de velocidad y revoluciones por minuto. Todos estos parámetros se pueden determinar mediante medios de programa de control. Mediante un actuador neumático lineal se puede acercar o 10 alejar el cabezal (1) al papel (2) verticalmente, como se puede apreciar en la figura 3, de manera que el papel es liberado y se puede desplazar para realizar una nueva medida sobre otro segmento limpio. Mediante la bomba de aspiración se hace circular a través del filtro de papel un caudal de aire constante y controlado; aumentando así la concentración de isótopos radiactivos en el mencionado filtro de papel (zona 4 en las figuras 1 y 2, que se encuentra en el interior del cabezal (1) en la figura 3). La parte activa del detector es un cristal de centelleo (NaI, 15 LaBr3, u otros de funcionalidad equivalente), rodeado de un blindaje de plomo (6) (figuras 4 y 5), diseñado y construido para la estación, para aislarlo de la radiación exterior (el blindaje de plomo no ha sido representado en las figuras 1, 2 y 3 para una mayor claridad). La parte activa del detector se encara al filtro de papel para medir, en tiempo real, el espectro de los isótopos gamma retenidos en el mismo. El sistema de adquisición de datos multicanal selecciona las energías de las partículas para obtener espectros energéticos a partir de los cuales se 20 puede identificar los isotopos gamma presentes y medir su concentración de actividad. Esta información se obtiene a partir del procesamiento de las señales amplificadas mediante un convertidor analógico-digital. Mediante medios de programa se puede además contabilizar el número de repeticiones de impulsos a una determinada amplitud para realizar histogramas o espectros energéticos con el número total de partículas con una determinada energía. Los dispositivos mecánicos están provistos de sensores para detectar anomalías en el 25 papel o el flujo de aire. near the top of the detector (5) (active area in the measure), it contains the air inlet duct (from the suction pump), creates a volume with a high degree of tightness in the volume inside the head occupied by the top of the detector and the paper filter and finally homogenizes the air flow in order to obtain a uniform isotope concentration in the exposed paper filter (4). The filter passes through the inside (through) the head through lateral openings in the head. In this way the air is introduced (by means of the suction pump) into the head and is forced to circulate through the filter that is always kept close to the detector. The suction pump that generates the air flow (not shown in the diagrams for clarity) is connected to a frequency inverter that determines the speed and speed characteristics per minute. All these parameters can be determined by means of control program means. By means of a linear pneumatic actuator, the head (1) can be approached or moved away from the paper (2) vertically, as can be seen in Figure 3, so that the paper is released and can be moved to make a new measurement on another clean segment. A constant and controlled air flow is circulated through the suction pump through the paper filter; thus increasing the concentration of radioactive isotopes in said paper filter (zone 4 in figures 1 and 2, which is located inside the head (1) in figure 3). The active part of the detector is a scintillation crystal (NaI, 15 LaBr3, or others of equivalent functionality), surrounded by a lead shield (6) (figures 4 and 5), designed and built for the station, to isolate it from the external radiation (lead shielding has not been represented in figures 1, 2 and 3 for clarity). The active part of the detector faces the paper filter to measure, in real time, the spectrum of the gamma isotopes retained therein. The multichannel data acquisition system selects the energies of the particles to obtain energy spectra from which the gamma isotopes present can be identified and their activity concentration measured. This information is obtained from the processing of the amplified signals by means of an analog-digital converter. By means of program means you can also count the number of impulse repetitions at a certain amplitude to perform histograms or energy spectra with the total number of particles with a certain energy. The mechanical devices are provided with sensors to detect abnormalities in the paper or air flow.

Unos rodillos giratorios motorizados (22) (figuras 3 y 4), permiten el desplazamiento controlado el filtro de papel. El tiempo de integración (tiempo de medida) y el de avance del papel pueden ser determinados libremente. También se puede seleccionar libremente la cantidad de aire (caudal) que atraviesa cada muestra del filtro de 30 papel. El aire aspirado (varios m3/h) en una pequeña sección de filtro de papel (4) (algunos cm2) conlleva un aumento de concentración isotópica que permite su identificación y cuantificación de su concentración de actividad, ya que la parte activa del detector (5) está situada cerca de la zona del filtro de papel expuesta (4). Cuanto más tiempo circule el aire por la misma muestra de filtro de papel, la concentración isotópica será mayor y por lo tanto mayor también la precisión de la medida, reduciéndose así la actividad mínima detectable. 35 Motorized rotating rollers (22) (figures 3 and 4), allow controlled movement of the paper filter. The integration time (measurement time) and paper feed time can be freely determined. You can also freely select the amount of air (flow) through each sample of the paper filter. The sucked air (several m3 / h) in a small section of paper filter (4) (some cm2) entails an increase in isotopic concentration that allows its identification and quantification of its activity concentration, since the active part of the detector ( 5) It is located near the exposed paper filter area (4). The longer the air circulates through the same paper filter sample, the isotopic concentration will be greater and therefore also the measurement accuracy, thus reducing the minimum detectable activity. 35

Preferentemente, el equipo puede estar provisto de medios de programa que aportan un sistema configurable para activar distintos tipos de avisos y alarmas al sobrepasarse cierto umbral de radiación predefinido para cada isótopo analizado o región del espectro previamente definida. La sonda se encuentra rodeada de un blindaje de plomo en las zonas que no están enfrentadas al papel para reducir el fondo radiológico y reducir los límites de 40 detección. Preferably, the equipment may be provided with program means that provide a configurable system to activate different types of warnings and alarms when a certain predefined radiation threshold is exceeded for each isotope analyzed or region of the spectrum previously defined. The probe is surrounded by a lead shield in areas that are not facing the paper to reduce the radiological background and reduce the limits of detection.

Se incorporan además medios de programa que facilitan el control local o remoto de la estación y la identificación y cuantificación de la actividad radiológica. Medios de programa permiten la estabilización de los espectros (a partir de los valores de una sonda de temperatura en contacto con el cristal u otros sistemas de estabilización), 45 que influye en la estimación de la energía de las partículas incidentes y en la cuantificación de la concentración de actividad asociada a cada isótopo. Se puede incorporar además un sistema de comunicaciones para el envío de las medidas obtenidas en la estación, así como para el envío de avisos y almacenamiento/envío de informes acerca de su funcionamiento y un módulo de acceso y control remoto a través de dirección IP para controlar, encender, apagar y reiniciar remotamente el sistema. 50 Program means are also incorporated that facilitate the local or remote control of the station and the identification and quantification of the radiological activity. Program means allow for the stabilization of the spectra (from the values of a temperature probe in contact with the crystal or other stabilization systems), 45 which influences the estimation of the energy of the incident particles and the quantification of the concentration of activity associated with each isotope. A communications system can also be incorporated to send the measurements obtained at the station, as well as to send notices and store / send reports about its operation and a remote access and control module via IP address to control, turn on, turn off and remotely restart the system. fifty

Claims

1.- Identification and measurement station of real-time gamma environmental radioactivity, provided with a detector (5) for the realization of gamma spectrometry, which comprises an inorganic scintillation crystal and a photomultiplier, facing a continuous paper filter (2 ), characterized in that it is also provided with a head (1) associated with a suction pump that allows the homogeneous circulation of an air flow through the continuous paper filter (2).

2. Measuring station according to claim 1 characterized in that the scintillation detector (5), comprising a crystal of NaI or LaBr3, adapted to perform gamma spectrometry. 10

3. Measuring station according to claim 2 characterized in that it comprises lead shields (6) surrounding the head (1) and the glass (5) in the areas that are not facing the paper (2) and above the paper.

4. Measuring station according to any of the preceding claims characterized in that it comprises 15 motorized rotating rollers (22) that allow controlled movement of the paper filter (2).

5. Measuring station according to claim 4 characterized in that it is provided with a pneumatic circuit that allows the displacement of the head (1), and that the motorized rotating rollers (22) move the paper (2), so that successive measures can be made in a new paper segment. twenty

6. Measuring station according to any of the preceding claims characterized in that it comprises a multichannel pulse analyzer, adapted to select the energies of the detected gamma particles to obtain the energy spectrum.

25

7.- Measuring station according to any of the preceding claims characterized in that it is provided with a communications system for sending the measurements obtained at the station, as well as for sending notices and storing / sending reports.

8.- Measuring station according to any of the preceding claims characterized in that it is provided with 30 additional Geiger detectors or proportional meters to measure the dose rate or equivalent environmental dose rate.

9.- Measuring station according to any of the preceding claims characterized in that it is provided with sensors capable of detecting the absence or breakage of the paper filter, the speed of advance of the paper filter and quantifying and regulating the flow of air circulating through of the paper filter.

10.- Measuring station according to any of the preceding claims characterized in that it further comprises temperature probes associated with the detector.

40

11.- Measuring station according to any of the preceding claims characterized in that it comprises a weather station.