RO125188A2

RO125188A2 - Detector tip cameră de ionizare pentru măsurarea radonului atmosferic în regim diferenţial

Info

Publication number: RO125188A2
Application number: ROA200800375A
Authority: RO
Inventors: Marian Romeo Călin
Original assignee: Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Fizică Şi Inginerie Nucleară "Horia Hulubei"
Priority date: 2008-05-22
Filing date: 2008-05-22
Publication date: 2010-01-29
Also published as: RO125188B1

Abstract

Invenţia se referă la un detector tip cameră de ionizare, pentru măsurarea radonului atmosferic în regim diferenţial. Detectorul conform invenţiei este realizat în trei variante constructive, de volume diferite, într-o primă variantă de realizare fiind alcătuit din nişte carcase (1 şi 3) de volume egale, care formează electrodul de tensiune, cuplate şi etanşate cu ajutorul unor flanşe de prindere (2), fiecare carcasă (1 şi 3) fiind prevăzută cu ştuţuri (4) cu olive de intrare şi ieşire, şi dintr-un electrod colector (6) şi un sistem grilă (7, 8) precum şi dintr-un sistem de cuplare (5) la electronica de măsurare asociată.

Description

Detector tip camera de ionizare pentru măsurarea radonului atmosferic în regim diferențial

Descrierea invenției

Invenția se referă la detectorul avansat de radiații ionizante tip cameră de ionizare pentru măsurarea radonului atmosferic și a surselor radioactive alfa, care lucrează în regim de impulsuri (sau regim diferențial) si se incadreaza in domeniul tehnic de cercetare al tehnologiilor nucleare.

Monitorizarea radonului atmosferic reprezintă un domeniu de mare interes în radioprotecția mediului ambiant. Acesta pătrunde în organismul uman, prin inhalarea aerului atmosferic, fiind emis de sol în urma unor procese de dezintegrare nucleară în lanț, putând proveni însă și din alte surse, cum sunt de pildă, materialele de construcții, locuințele din beton, stațiile de metrou, mine, saline, buncăre, etc. în aceste condiții, controlul activității volumice a radonului (²²²Rn), thoronului (²²⁰Th), actinonului (^2l9Ac) și a descendenților acestora prezintă o importanță deosebită, ceea ce explică diversitatea metodelor de măsurare și monitorizare utilizate în acest scop.

Detectorul a fost realizat în trei variante constructive diferite, de volume: 10 litri, 4 litri și 1 litru, (minimizarea volumului poate merge pana la 250 ml cu pastrarea caracteristicilor de măsurare a detectorului) și în condițiile existenței unor concentrații alfa, evenimentele alfa individuale pot fi măsurate, în timp real, pentru a indica prezența radonului, sau a altor surse de radiații alfa.

Invenția prezintă posibilitatea monitorizării concentrației de radon cu ajutorul unui detector de radiații tip cameră de ionizare care lucrează în regim de impulsuri, în care măsurarea valorii medii a curentului de ionizare este completată, sau înlocuită cu înregistrarea impulsurilor curentului de ionizare datorate dezintegrărilor alfa din volumul sensibil al detectorului. în acest fel, camera cu ionizare îndeplinește funcția unui contor în 4π, în care sursa alfa este reprezentată de radon și descendenții acestuia (thoron, actinon). Astfel, se poate face o estimare prin calcul a eficacității metodei de măsurare, bazata pe utilizarea unui sistem de achiziție a datelor și a unui program de calcul specializat, care permite studierea distribuțiilor în timp și amplitudine a impulsurilor produse de radiațiile alfa în camera de ionizare. Datele obținute, indică posibilitatea măsurării activității volumice a radonului și descendenților acestuia, cu incertitudini de măsurare de 3 - 4 %.

Funcționarea detectorului, se bazează pe colectarea sarcinilor electrice produse sub forma unui curent de ionizare (lioniz), în câmp electric, obținute din interacția radiațiilor ionizante cu gazul din volumul sensibil al camerei de ionizare, iar principiul care stă la baza modului de funcționare al acestui detector, este acela că particulele alfa, ionizează diferite specii de molecule din aer. Acești ioni, numiți „ioni atmosferici”, au o viață suficient de lungă încât să poată fi transportați de fluxul masiv al aerului înconjurător, fiind detectați de către detector la distanțe mult mai mari decât distanțele de penetrare ale particulelor alfa inițiale, astfel încât să asigure o detecție fiabilă a radonului și descendenților acestuia, cu ajutorul detecției electrostatice a impulsurilor individuale, create prin dezintegrarea radonului la nivel scăzut.

Invenția cuprinde/reprezinta detectorul pentru măsurarea radonului atmosferic în următoarele variante constructive:

Varianta 1 (Fig. 1) este de volum 10 litri, de formă cilindrică, confecționată din tablă de oțel inox. Carcasele (1) și (3) sunt de volume egale și formează electrodul de tensiune, ele fiind cuplate și etanșate cu ajutorul flanșelor de prindere (2); camera

Director General IFIN-HH oe^^olae Victor ZAMFIR

0--2008-00375

2 -05- 2008 de ionizare este prevăzută cu ștuțuri cu olive de intrare și ieșire (4); sistemul de cuplare (5) este prezentat detaliat’ în Fig. 4 și este același pentru toate cele trei variante de camere de ionizare. Detectorul mai prezintă în componență electrodul colector (6) și sistemul grilă (7, 8).

Varianta a doua de detector este de volum 4 litri (Fig. 2), și principalele componente ale camerei de ionizare sunt: Carcasa camerei de ionizare (1), de formă cilindrică, în care este montat electrodul de tensiune (2), prevăzută cu un capac (3). La partea superioară carcasa este prevăzută cu un sistem de flanșe cu grile perforate și filtru (4), iar în interiorul electrodului de tensiune este montat electrodul colector (5), (poate fi de formă radială hexagonală, de formă cilindrică, sau alte forme geometrice).

Electrodul de tensiune este fixat în interiorul camerei de ionizare cu ajutorul unor piese izolatoare (7), realizate din teflon (FEP, PET, sau PTFE). Pe carcasa exterioară a camerei de ionizare sunt montate două conectoare, care fac legătură la electrodul colector (10) și la electrodul de tensiune (11), prin firele de contact (6) și (9). între electrodul colector și carcasa exterioară (13), se găsesc distanțierele (12) realizate tot din teflon.

Pentru preluarea semnalelor electrice ale camerei de ionizare, de la electrodul colector, la partea inferioară a detectorului, s-a montat sistemul special de cuplare (14) (Fig.4), alcătuit din piese de oțel inox și piese izolatoare din teflon. Prin acest sistem este conectat la camera de ionizare subansamblul preamplificator-integrator (15), iar întregul ansamblu detector - preamplificator, este susținut de un suport (16). (Fig. 2)

Varianta a treia de detector tip cameră de ionizare este prezentată în Figura 3, este de formă cilindrică și este realizată tot din oțel inox, cu volumul sensibil de măsurare de 1 litru, având în componență următoarele repere: carcasa de protecție (1), electrodul de tensiune (2), electrodul’colector (3) (și acesta poate fi schimbat ca formă geometrică), izolatori de teflon (4, 5), sistemul de cuplare cu electronica (6), robinetele de prelevare a aerului sau a probelor de radon (7), sistemul de grilă cu filtru (8), și flanșele de de prindere a grilei cu filtru (9,10).

în Figura 4 este prezentat sistemul de cuplare dintre detector și electronica asociată de măsurare. Acest subansamblu este format dintr-o cuplă 1 de oțel inox (1) pe care sunt montate: pinul tată aurit (2), și izolatorii de teflon (3, 4). Pe cupla 1 se înfiletează cupla 2 (5) pe care se găsesc montate: pinul mamă aurit (6), izolatorul (7) și holenderul (8). Piesele izolatoare sunt fixate cu ajutorul holenderelor de prindere (9). Măsurările preliminare care s-au efectuat, au inclus verificarea funcționării camerei de ionizare în regim de impulsuri, realizându-se astfel, lanțul complet de măsurare: detector - electronică asociată - sistem de achiziție și prelucrare a datelor experimentale - computer.

Domenii de utilizare si aplicare

Monitorizarea concentrației radonului în aerul atmosferic cu detectorul care face obiectul invenției, poate juca un rol important în îmbunătățirea calității vieții și a mediului înconjurător prin aplicații de genul:

• controlul nivelului concentrației de gaze alfa radioactive în spații închise (stații de metrou, mine de extracție, saline de tratament, hale de lucru, buncăre, și în general, construcții care sunt realizate în special din beton, etc.); Sistemul poate avea o mare aplicabilitate în cadrul Institutului de Medicină Fizică Balneoclimaterică și Recuperare Medicală - IMFBRM, prin dotarea unor saline de

X Director General IFIN-HH

-----------‘ ZAMFIR

Λ-2Ο Ο 8 - 0 0 3 7 5 - 2 2 -05- 2008 tratament cu astfel de sistem de monitorizare, care va măsura în timp real și în mod continuu nivelul admisibil de gaze radioactive din aer.

• controlul materialelor de construcții și a construcțiilor civile existente, în ceea ce privește emisivitatea de radon (cimenturi, calcare, șisturi vulcanice, fosfogipsuri, granituri, marmură, nisip, etc); în acest caz, aplicația va fi utilă în fabricile de materiale de construcții și în special cele care produc ciment.

• controlul nivelului concentrației de radon în unele instalații anexe ale construcțiilor civile, în particular în instalațiile cu băi și dușuri;

• posibilitatea de predicție a cutremurelor de pământ prin detectarea și măsurarea concentrației de radon înainte de producerea seismelor. Această aplicație are o importanță deosebită în posibilitatea de predicție a cutremurelor și cunoscându-se faptul că’ Institutul National de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica Pământului controlează și gestionează o rețea națională de aproximativ 60 de stații seismice telemetrate, ne propunem înzestrarea acestora, în timp, cu câte un astfel de sistem portabil de măsurare, pentru monitorizarea gazelor alfa radioactive din aerul atmosferic, datele de măsurare putând fi transmise direct prin satelit, GPS, sau INTERNET odată cu datele seismice și centralizate, stocate (in baze de date), prelucrate, urmărite, și comparate;

• sistemul de detecție poate dota pe scară largă: agențiile de protecția mediului, agențiile din cadrul Regiei Naționale a Uraniului, unitățile nucleare (inclusiv în activități de comisionare și decomisionare a reactoarelor nucleare), fabrici de ciment și materiale de construcții, unități din industria extractivă materiale de construcții, Detectorul de radiații ionizante tip cameră de ionizare constituie detectorul sistemului pentru măsurarea radonului atmosferic și a surselor radioactive alfa, lucrând ca sistem/instalație de laborator, în geometrie fixă, dar în varianta miniaturizată poate lucra și ca monitor portabil.

Detectorul este destinat sistemului de detecție pentru măsurarea radonului atmosferic și a surselor alfa, în ansamblu cu electronica asociată și cu sistemul de achiziție și de calcul a datelor.

Din datele preliminare comparative reiese că detectorul pentru monitorizarea gazelor alfa radioactive din aerul atmosferic din prezenta propunere de invenție, are prețul de cost mult mai mic decât echipamentele cu care îl comparăm, este unic prin aceea că determină contaminarea aerului în mod unitar și on line, măsurând atât contaminarea propriu-zisă a aerului, cât și posibila participare a suprafețelor (sol, pereți, etc.) la această contaminare, detectorul este practic insensibil la radiația γ sau β, detectorul este de tip cameră de ionizare, iar regimul de lucru este diferențial (sau în impulsuri), capabil să furnizeze rezultatele măsurărilor în timp real, și cu o autonomie sporită în funcționare, etc.

Precizăm că în România nu s-a realizat un astfel de detector, iar până în prezent s-a lucrat numai în regim de măsurare a curentului de ionizare. Pe plan mondial, există la ora actuală o preocupare foarte mare în monitorizarea gazelor alfa radioactive, dar aparatura existentă lucrează numai în regim de curent și are un cost foarte ridicat.

Dezavantajele soluțiilor cunoscute rezidă în folosirea de tehnologii și materiale costisitoare în procesul de fabricație a detectoarelor și imposibilitatea reparării acestora.

Prin aplicarea invenției se obțin următoarele avantaje:

/' ^v Di rector General IFIN-HH /Nicolae Victor ZAMFIR

U Ο 8 - O U 3 7 5 - . 2 2 “05- 2008

- preț de cost scăzut, la o precizie foarte mare de măsurare, datorat materialelor, tehnologiilor de realizare folosite, și a metodei de măsurare;

- stabilitate foarte bună în timp;

- sensibilitate de detecție mare pentru volume diferite de măsurare;

- posibilitstea de măsurare a concentrațiilor de radon din aerul atmosferic atât prin metoda clasică de măsurare a curentului de ionizare, cât și posibilitatea de măsurare în regim de impulsuri, sau regim diferențial;

- posibilitate de schimbare a formei geometrice a electrodului colector, pentru mai buna colectare a sarcinilor din volumul sensibil al detectorului;

- în caz de defectare este posibilă aducerea la parametrii funcționali inițiali prin recondiționare;

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură cu Figurile 1, 2, 3, si 4, care reprezintă:

- Fig.1 Secțiune longitudinală prin modelul funcțional al detectorului tip cameră de ionizare în regim de impulsuri (Varianta de volum V = 10 litri);

- Fig.2 Secțiune longitudinală prin modelul funcțional al detectorului tip cameră de ionizare în regim de impulsuri (Varianta de volum V = 4 litri);

- Fig.3 Secțiune longitudinală prin modelul funcțional al detectorului tip cameră de ionizare în regim de impulsuri (Varianta de volum V = 1 litru)

- Fig.4 Secțiune longitudinală prin subansamblul de cuplare dintre camera de ionizare și sistemul preamplificator-integrator

Caracteristici tehnico funcționale ale detectorului • tipul detectorului: cameră de ionizare în impulsuri (regim diferențial);

• regim de funcționare: saturație;

• volumul sensibil: variabil (101, 41, 11) litri;

• tipul gazului de umplere: Radon plus descendenti;

• masa detectorului: 3,6 kg ± 5%;

• tensiunea nominală de lucru: - 350 V....- 500 V ±5%;

• eroarea intrinsecă: max. 5 %;

• coeficientul de variație: v (%) = = max. 5 %;

x • repetabilitatea (fidelitatea): 5 %, față de valoarea medie;

• abaterea standard experimentală (s): < 10 pA;

• Activitatea minim detectabila: > 5 Bq/m

Claims

1. Detector/traductor de radiatii destinat măsurarii/monitorizarii radonului atmosferic și a surselor radioactive alfa cu aceeași sensibilitate/raspuns, pentru volume sensibile diferite ale detectorului (in conformitate cu Fig. 1, 2 Și 3);

2. Metoda de măsurare utilizată: Detectorul poate funcționa atât în regim de impulsuri, (sau regim diferențial), cat și în regim de curent;

2 2 ”05- 2008

Revendicări:

3. Sistemul de cuplare (Fig.

4) între detector și electronica asociată. Acest sistem are rolul de ecranare a semnalului furnizat de detector spre electronica asociata si permite cu ușurință schimbarea formei si geometriei electrodului colector;

r>Director General IFIN-HH n>Nicolae Victor ZAMFIR