RU2217777C2

RU2217777C2 - Device for evaluating concentration of radioactive materials

Info

Publication number: RU2217777C2
Application number: RU2001135184A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Стрепетов
Original assignee: Стрепетов Александр Николаевич
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-11-27

Abstract

FIELD: instrumentation engineering; monitoring liquid and gaseous media for concentration of radioactive materials. SUBSTANCE: device has set of scintillation light guides uniformly distributed within flask holding medium under investigation, each of them being connected on two ends with two time-and-position sensing photodetectors through light guide; photodetectors are connected to coincidence unit and the latter is connected to signal analyzing and processing unit which is connected to gamma detector. EFFECT: enhanced reliability of measurement results, simplified design, enlarged functional capabilities. 15 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к приборам для непрерывного определения концентрации радиоактивных веществ в жидких и газообразных средах, например Sr-90, Ra-222 или Cs-137. The invention relates to the field of measuring equipment, in particular to devices for continuously determining the concentration of radioactive substances in liquid and gaseous media, for example Sr-90, Ra-222 or Cs-137.

Измерение концентрации Sr-90 в жидких средах основано на предварительной подготовке образца с последующим лабораторным исследованием. Описан метод определения концентрации Sr-90 в молоке (Патент России 2139534, НКИ G 01 N 33/04, опуб. 10.10.1999). В молоко добавляют соляную кислоту, сорбент. После фильтрации осадок промывают и измеряют его активность/концентрацию в лабораторных условиях. Недостатком метода являются: 1) необходимость предварительной подготовки исследуемого объекта, 2) длительное время измерения, 3) лабораторные измерения. The measurement of the concentration of Sr-90 in liquid media is based on preliminary preparation of the sample with subsequent laboratory investigation. A method for determining the concentration of Sr-90 in milk is described (Russian Patent 2139534, NKI G 01 N 33/04, publ. 10.10.1999). Hydrochloric acid and sorbent are added to milk. After filtration, the precipitate is washed and its activity / concentration is measured in the laboratory. The disadvantage of the method are: 1) the need for preliminary preparation of the studied object, 2) a long measurement time, 3) laboratory measurements.

Известны устройства для определения концентрации Ra-222 в газах (патент США 4920270, НКИ 250/364, опуб. 24.04.90; патент США 4975575, НКИ 250/255, опуб. 04.12.90; патент США 4812648, НКИ 250/255, опуб. 14.03.89). В основе лежит способность Rn-222 адсорбироваться, например, активированным древесным углем. После экспозиции радиоактивность адсорбата определяется в лабораторных условиях. Как и в предыдущем примере, общим недостатком устройств является необходимость предварительной подготовки исследуемого вещества и лабораторные измерения. Known devices for determining the concentration of Ra-222 in gases (US patent 4920270, NKI 250/364, publ. 04.24.90; US patent 4975575, NKI 250/255, publ. 04.12.90; US patent 4812648, NKI 250/255, publ. 14.03.89). It is based on the ability of Rn-222 to be adsorbed, for example, by activated charcoal. After exposure, the radioactivity of the adsorbate is determined in laboratory conditions. As in the previous example, a common drawback of the devices is the need for preliminary preparation of the test substance and laboratory measurements.

Известно устройство для непрерывного определения концентрации Ra-222 в газах (патент США 4894535, НКИ 250/255, опуб. 16.01.90). Детектор состоит из светонепроницаемого корпуса, разделенного прозрачной перегородкой на две части. Через первую полость с помощью насоса непрерывно проходит исследуемый воздух. Во второй полости находятся фокусирующая линза и фотодетектор. На прозрачную перегородку со стороны объема с исследуемым воздухом нанесено фосфоресцирующее покрытие типа цинкового сульфида. Под воздействием исходящего из первого объема излучения происходит световая вспышка на поверхности прозрачной перегородки. Свет фокусируется с помощью линзы на фотодетектор. Электрический сигнал поступает на вход электронного блока для анализа и отображения. Этот блок позволяет выделить три группы сигналов в зависимости от амплитуды. Недостатком прибора является: 1) слабый анализ сигналов от фотодетектора, т. к. анализируются только три интервала амплитуд, 2) простой плоский конвертор излучения в свет не позволяет эффективно сепарировать сигналы альфа, бета и гамма-лучей. A device for the continuous determination of the concentration of Ra-222 in gases (US patent 4894535, NKI 250/255, publ. 16.01.90). The detector consists of a lightproof casing, divided by a transparent partition into two parts. Test air continuously passes through the first cavity with the help of a pump. In the second cavity are the focusing lens and photodetector. A phosphorescent coating such as zinc sulfide is applied to the transparent partition from the side of the volume with the air under study. Under the influence of radiation emanating from the first volume of light, a light flash occurs on the surface of the transparent partition. The light is focused using a lens on a photo detector. An electrical signal is fed to the input of the electronic unit for analysis and display. This block allows you to select three groups of signals depending on the amplitude. The disadvantage of the device is: 1) poor analysis of signals from the photodetector, because only three amplitude ranges are analyzed, 2) a simple flat radiation to light converter does not allow efficient separation of alpha, beta and gamma rays.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для измерения концентрации радиоактивных веществ, представляющее собой набор соприкасающихся друг с другом пластин-световодов (до 10), каждая пластина состоит из набора соприкасающихся цилиндрических сцинтилляторов. Каждая из пластин-световодов с двух сторон соединена с множеством фотодетекторов. Выходы фотодетекторов с каждой пластины объединены и соединены с блоком анализа сигнала и его визуализации (патент США 5442180, НКИ 250/367, опуб.15.08.95). Closest to the claimed is a device for measuring the concentration of radioactive substances, which is a set of contacting plates of optical fibers (up to 10), each plate consists of a set of contacting cylindrical scintillators. Each of the fiber-optic plates on both sides is connected to a plurality of photodetectors. The outputs of the photodetectors from each plate are combined and connected to a signal analysis and visualization unit (US patent 5442180, NKI 250/367, publ. 15.08.95).

Это устройство не позволяет эффективно отделять сигналы гамма-излучения от сигналов других типов излучения, что не позволяет достоверно определять концентрацию радиоактивных веществ. This device does not allow you to effectively separate the gamma radiation signals from signals of other types of radiation, which does not allow to reliably determine the concentration of radioactive substances.

Задачей, на которое направлено изобретение, является повышение достоверности измерения концентрации за счет исключения шумов, упрощение устройства, расширение его функциональных возможностей, создание устройства для непрерывного мониторинга среды. The objective of the invention is to increase the reliability of measuring concentration by eliminating noise, simplifying the device, expanding its functionality, creating a device for continuous monitoring of the environment.

Для достижения поставленной цели предложено устройство для определения концентрации радиоактивных веществ, состоящее из набора сцинтилляторов-световодов, соединенных с фотодатчиками, которые соединены с блоком анализа и обработки сигнала и блоком хранения и визуализации информации, при этом сцинтилляторы-световоды равномерно распределены в сосуде с исследуемой средой, каждый сцинтиллятор-световод соединен с двух концов световодом с двумя времяпозиционно-чувствительными фотодетекторами (ВПЧФД), соединенными с блоком совпадений, соединенным с блоком анализа и обработки сигнала, соединенным с гамма-детектором. To achieve this goal, a device for determining the concentration of radioactive substances is proposed. , each scintillator-light guide is connected at both ends by a light guide with two time-position sensitive photodetectors (PFCFD) connected to the coincidence unit, with union of a signal analysis and processing unit, coupled to the gamma detector.

Кроме того, гамма-детектор может быть установлен внутри сосуда с исследуемой средой. In addition, a gamma detector can be installed inside the vessel with the investigated environment.

Гамма-детектор может быть установлен вне сосуда с исследуемой средой. The gamma detector can be installed outside the vessel with the investigated environment.

Между каждым сцинтиллятором-световодом и световодом может быть установлен фокон. Between each scintillator-optical fiber and the optical fiber can be installed focon.

Между световодами и ВПЧФД может быть установлен фокон. A focon can be installed between the optical fibers and the HPFD.

Диаметр сцинтилляторов-световодов выбирают в диапазоне 0,5-8,0 мм. The diameter of scintillator fibers is chosen in the range of 0.5-8.0 mm.

Расстояние между центрами сцинтилляторов-световодов выбирают в диапазоне 1-100 мм. The distance between the centers of scintillator fibers is selected in the range of 1-100 mm.

Сцинтилляторы-световоды могут быть расположены в оболочке, выполненной из поглощающего излучение материала. Fiber scintillators can be located in a shell made of radiation absorbing material.

Сцинтилляторы-световоды могут быть расположены в оболочке, выполненной из материала, повышающего концентрацию исследуемого радиоактивного вещества вблизи сцинтиллятор-световодов. Scintillator fibers can be located in a shell made of a material that increases the concentration of the studied radioactive substance near the scintillator fibers.

Сцинтилляторы-световоды могут быть расположены в оболочке, выполненной из материала, повышающего коэффициент отражения света. The scintillator fibers can be located in a shell made of a material that increases the reflection coefficient of light.

Кроме того, ВПЧФД может быть выполнен в виде позиционно-чувствительного фотоэлектронного умножителя на основе микроканального усилителя и многоканального, например, квадрантного анода. In addition, HPFD can be made in the form of a position-sensitive photoelectronic multiplier based on a microchannel amplifier and a multi-channel, for example, quadrant anode.

Кроме того, ВПЧФД может быть выполнен в виде электронно-оптического преобразователя (ЭОП) с ПЗС камерой. In addition, the HPFD can be made in the form of an electron-optical converter (EOC) with a CCD camera.

Кроме того, ВПЧФД может быть выполнен в виде нескольких фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), каждый из которых соединен с группой равномерно распределенных по объему сцинтилляторов-световодов. In addition, HPFD can be made in the form of several photoelectronic multipliers (PMTs), each of which is connected to a group of scintillator fibers evenly distributed over the volume.

Кроме того, ВПЧФД может быть выполнен в виде нескольких полупроводниковых фотодиодов, каждый из которых соединен с группой равномерно распределенных по объему сцинтилляторов-световодов. In addition, HPLC can be made in the form of several semiconductor photodiodes, each of which is connected to a group of scintillator fibers evenly distributed over the volume.

Кроме того, сцинтилляторы-световоды могут быть выполнены из пластмассы с добавлением сцинтиллятора (например, РТР, РОРОР и т.д.). In addition, scintillator fibers can be made of plastic with the addition of a scintillator (for example, RTR, POPOP, etc.).

Такое выполнение устройства позволит за счет равномерного заполнения всего исследуемого объема непрерывно протекающей среды множеством отдельных сцинтилляторов-световодов эффективно независимо определять концентрацию различных радиоактивных изотопов в газообразной и жидкой средах, при этом отпадает необходимость в большом числе фотодатчиков. This embodiment of the device allows, due to the uniform filling of the entire investigated volume of the continuously flowing medium with a multitude of individual scintillator fibers, it is possible to effectively independently determine the concentration of various radioactive isotopes in gaseous and liquid media, and there is no need for a large number of photosensors.

На фиг.1 показана схема выполнения устройства, где
1 - сцинтилляторы-световоды,
2 - ВПЧФД,
3 - схема совпадений,
4 - блок анализа и обработки сигнала,
5 - блок визуализации и хранения информации,
6 - сосуд с исследуемой средой,
7 - световоды,
8 - гамма-детектор,
9 - фокон,
10 - блок определения типа излучателя,
11 - блок памяти для хранения образцов сигналов от различных типов излучателей,
12 - блок определения концентрации излучателя,
13 - блок для хранения данных калибровки,
14 - волоконный фокон.Figure 1 shows a diagram of a device where
1 - scintillator fibers,
2 - HPLC,
3 is a coincidence diagram,
4 - block analysis and signal processing,
5 - block visualization and storage of information,
6 - vessel with the test medium,
7 - optical fibers
8 - gamma detector
9 - trick,
10 - block determining the type of emitter,
11 - a memory unit for storing samples of signals from various types of emitters,
12 is a block for determining the concentration of the emitter,
13 is a block for storing calibration data,
14 - fiber focus.

На фиг. 2 показана схема соединения ВПЧФД с световодом и световода с сцинтиллятором-световодом с помощью фоконов. Для простоты показан только один сцинтиллятор-световод. In FIG. Figure 2 shows the connection scheme of the HPFD with a fiber and a fiber with a scintillator-fiber using focons. For simplicity, only one scintillator waveguide is shown.

На фиг. 3 показана схема соединения сцинтилляторов-световодов с ВПЧФД, выполненном в виде нескольких ФЭУ или полупроводниковых фотодиодов, где
15 - ФЭУ или полупроводниковый фотодиод.In FIG. 3 shows a diagram of the connection of scintillator waveguides with an HPFD, made in the form of several PMTs or semiconductor photodiodes, where
15 - PMT or semiconductor photodiode.

Каждый из фотодетекторов соединен с группой равномерно распределенных в исследуемой среде сцинтилляторов-световодов. Each of the photodetectors is connected to a group of scintillator fibers evenly distributed in the medium under study.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Исследуемая среда с находящимися в ней радиоактивными веществами непрерывно поступает в сосуд 6 через входной патрубок, внутри сосуда расположены сцинтилляторы-световоды 1, заполняющие весь исследуемый объем. Сцинтилляторы-световоды 1 соединены световодами 7 либо непосредственно с ВПЧФД 2, либо через фоконы 9, 14. The test medium with the radioactive substances contained in it continuously enters the vessel 6 through the inlet pipe, inside the vessel there are scintillators-optical fibers 1, which fill the entire test volume. The scintillators-optical fibers 1 are connected by optical fibers 7 either directly to the HPFD 2 or through focons 9, 14.

В результате прохождения кванта альфа, бета или гамма-излучения внутри сосуда 6 в сцинтилляторах-световодах 1 образуется одна или несколько изотропных световых вспышек. Сцинтилляторы-световоды могут быть изготовлены из прозрачной пластмассы с добавлением сцинтиллирующего вещества, например РОРОР. Стенки сцинтилляторов-световодов 1 для повышения коэффициента отражения могут быть покрыты отражающим свет материалом, например алюминием. Фотоны распространяются сначала внутри сцинтиллятора-световода 1, световода 7, затем попадают на входные поверхности двух ВПЧФД 2, где определяется координата(ы) события. Сцинтиллятор-световод 1 соединяется со световодом 7 с помощью простого фокона. Пучок световодов соединен с входной поверхностью волоконного фокона 14, состоящего из множества отдельных соприкасающихся волокон-минифоконов. Входная площадь волоконного фокона равна сумме площадей сечений световодов, выходная совпадает с входной площадью ВПЧФД. As a result of the passage of a quantum of alpha, beta or gamma radiation inside the vessel 6, one or more isotropic light flashes are formed in the scintillator fibers 1. The scintillator fibers can be made of transparent plastic with the addition of scintillating substances, for example POPOP. The walls of the scintillator fibers 1 to increase the reflection coefficient can be coated with a light-reflecting material, for example aluminum. The photons propagate first inside the scintillator-fiber 1, fiber 7, then fall on the input surface of two HPFD 2, where the event coordinate (s) is determined. The scintillator-fiber 1 is connected to the fiber 7 using a simple focon. The bundle of optical fibers is connected to the input surface of the fiber focon 14, consisting of many separate contiguous minifocal fibers. The input area of the fiber focon is equal to the sum of the cross-sectional areas of the optical fibers, and the output area coincides with the input area of the HPFD.

Фоконы 9 требуются, если диаметр световода 7 меньше диаметра сцинтиллятора-световода 1. Волоконные фоконы 14 используются, если площадь входного окна ВПЧФД 2 меньше суммарной площади подводящих к нему свет световодов 7. Foci 9 are required if the diameter of the optical fiber 7 is less than the diameter of the scintillator-fiber 1. Fiber foci 14 are used if the area of the input window of the HPFD 2 is less than the total area of the optical fibers 7 leading to it.

Световая вспышка происходит в одном или нескольких соседних сцинтилляторах-световодах в зависимости от типа излучения. Альфа частица дает точечную вспышку только в одном сцинтилляторе-световоде 1. Характерный диаметр вспышки равен нескольким десяткам микрон. Максимальный пробег бета частицы в пластике или воде равен 5-8 мм. Следовательно, световая вспышка может быть в одном или нескольких соседних сцинтилляторах-световодах в зависимости от исследуемой среды и расстояния между сцинтилляторами-световодами 1. После прохождения гамма-излучение в детекторе образуется в результате ряда комптоновских взаимодействий и фотоэффекта нескольких электронов, каждый из которых, подобно бета электрону, образует в одном или нескольких соседних сцинтилляторах-световодах световую вспышку. Важно, что эти электроны образуются и дают свет в разных частях сосуда 6. Кроме того, яркость вспышек зависит от энергии излучения. Естественно, масса используемого сцинтиллятора должна быть достаточно большой для того, чтобы эффективно фиксировать весь процесс поглощения гамма-излучения. Таким образом, различные типы излучений создают уникальное распределение свечения в детекторе, что и позволяет в дальнейшем разделить сигналы, соответствующие разным излучателям (радиоизотопам). Гамма-детектор 8 дает дополнительную информацию (интенсивность и энергия) о гамма-излучении, что повышает эффективность идентификации радиоизотопов. Для увеличения эффективности регистрации гамма-излучения от исследуемой среды гамма-детектор может быть помещен внутри сосуда 6 или внутри отдельного сосуда, через который протекает исследуемая среда. A light flash occurs in one or more neighboring scintillator fibers, depending on the type of radiation. An alpha particle produces a point flash in only one scintillator-fiber 1. The characteristic flash diameter is several tens of microns. The maximum range of beta particles in plastic or water is 5-8 mm. Consequently, the light flash can be in one or several neighboring scintillator-optical fibers, depending on the medium under study and the distance between the scintillator-optical fibers 1. After passing through the gamma radiation in the detector, a result is a series of Compton interactions and a photoelectric effect of several electrons, each of which, like beta electron, forms a flash of light in one or more neighboring scintillator fibers. It is important that these electrons are formed and give light in different parts of the vessel 6. In addition, the brightness of the flashes depends on the radiation energy. Naturally, the mass of the scintillator used should be large enough to effectively capture the entire process of absorption of gamma radiation. Thus, various types of radiation create a unique distribution of the glow in the detector, which allows us to further separate the signals corresponding to different emitters (radioisotopes). Gamma detector 8 provides additional information (intensity and energy) about gamma radiation, which increases the efficiency of identification of radioisotopes. To increase the efficiency of detecting gamma radiation from the test medium, the gamma detector can be placed inside the vessel 6 or inside a separate vessel through which the test medium flows.

Сигналы с ВПЧФД поступают на блок совпадений 3. Дальнейшая обработка разрешается, если имеются совпадающие во времени сигналы с двух сторон хотя бы одного сцинтиллятора-световода. Такая обработка сильно уменьшает влияние собственных шумов ВПЧФД. Далее сигналы поступают в блок анализа и обработки сигнала 4, в состав которого входят, например, блок определения типа излучателя 10, блок памяти для хранения образцов сигналов от различных типов излучателей 11, блок определения концентрации излучателя 12, блок для хранения данных калибровки 13. В блоке определения типа излучателя 10 анализируются координаты, форма и амплитуда сигналов из ВПЧФД 2, происходит их сравнение с читаемыми из блока 11 образцами сигналов, определяется наиболее вероятный тип излучателя. Время прохождения света от разных вспышек до ВПКЧД 2 конечное и разное, поэтому форма сигнала зависит от энергии и типа излучения. При определении типа излучателя следует учитывать частоту и амплитуду поступающих с гамма-детектора 8 импульсов. В блоке определения концентрации излучателя 12 на основании калибровочных данных из блока 13 определяется концентрация регистрируемых излучателей. При этом также учитывается скорость счета и амплитуда импульсов от гамма-детектора 8. Скорость счета от внешнего гамма-фона предлагаемого и гамма-детектора взаимосвязаны. При изменении внешнего фона, анализируя скорость счета гамма-детектора, можно учесть изменение фонового счета предлагаемого детектора. Далее информация о концентрации веществ поступает в блок 5, где хранится и отображается в удобном для пользователя виде. The signals from the HPFD are sent to coincidence block 3. Further processing is allowed if there are signals coinciding in time from both sides of at least one scintillator-fiber. Such processing greatly reduces the effect of the inherent noise of the HPPFD. Next, the signals are fed to the signal analysis and processing unit 4, which includes, for example, a unit for determining the type of emitter 10, a memory unit for storing samples of signals from various types of emitters 11, a unit for determining the concentration of the emitter 12, a unit for storing calibration data 13. B the unit for determining the type of emitter 10 analyzes the coordinates, shape and amplitude of the signals from PFCHF 2, they are compared with the signal samples read from block 11, the most probable type of emitter is determined. The time it takes for light to travel from different flashes to HPLC 2 is finite and different, so the waveform depends on the energy and type of radiation. When determining the type of emitter, the frequency and amplitude of 8 pulses from the gamma detector should be taken into account. In the unit for determining the concentration of the emitter 12, based on the calibration data from the block 13, the concentration of the registered emitters is determined. It also takes into account the count rate and the amplitude of the pulses from the gamma detector 8. The count rate from the external gamma background of the proposed and the gamma detector are interconnected. When changing the external background, analyzing the count rate of the gamma detector, you can take into account the change in the background count of the proposed detector. Further, information on the concentration of substances goes to block 5, where it is stored and displayed in a user-friendly form.

В качестве ВКЧФД 2 можно использовать позиционно-чувствительный фотоэлектронный умножитель 15 на основе микроканального усилителя и многоканального, например, квадрантного анода. As VCHFD 2 you can use a position-sensitive photoelectronic multiplier 15 based on a microchannel amplifier and a multi-channel, for example, a quadrant anode.

В качестве ВКЧФД 2 можно использовать электронно-оптический преобразователь (ЭОП) с детектором изображения на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС-камерой). ЭОП служит для предварительного усиления светового сигнала, а ПЗС-камера для последующего его детектирования. Сигнал о форме и амплитуде снимается с микроканального усилителя. As VCHFD 2 it is possible to use an electron-optical converter (EOC) with an image detector based on a charge-coupled device (CCD camera). The image intensifier tube serves for preliminary amplification of the light signal, and the CCD camera for its subsequent detection. The signal about the shape and amplitude is taken from the microchannel amplifier.

Можно использовать упрощенную схему соединения сцинтилляторов-световодов 1 с ВПЧФД 2. (Фиг.3) Общее число сцинтилляторов-световодов 1 разделено на целое число групп, соответствующее числу каналов ВПЧФД 2. Сцинтилляторы-световоды 1, принадлежащие одной группе, равномерно распределены внутри исследуемой среды и подсоединены к одному каналу ВКЧФД 2. ВПЧФД 2 может быть выполнен в виде нескольких фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) или полупроводниковых фотодиодов 15. Если существуют материалы, которые "притягивают" к своей поверхности исследуемое радиоактивное вещество, то следует использовать оболочку для сцинтиллятора-световода из такого материала с развитой поверхностью, например активированный древесный уголь для Rn-222. You can use a simplified diagram of the connection of scintillators-optical fibers 1 with HPLC 2. (Figure 3) The total number of scintillators-optical fibers 1 is divided by an integer number of groups corresponding to the number of channels of HPLC 2. Scintillators-optical fibers 1 belonging to one group are evenly distributed inside the medium and connected to one channel VKCHFD 2. VPCHFD 2 can be made in the form of several photoelectronic multipliers (PMTs) or semiconductor photodiodes 15. If there are materials that "attract" the surface of the investigated radioactive substance, you should use a shell for a scintillator-fiber from such a material with a developed surface, for example, activated charcoal for Rn-222.

Такой метод существенно увеличивает эффективность регистрации данного радиоактивного вещества. This method significantly increases the efficiency of registration of a given radioactive substance.

Предлагаемое устройство позволяет эффективно регистрировать и отличать альфа, бета и гамма-активности исследуемого вещества, учитывать внешний космический и гамма-фон. Устройство может измерять парциальную концентрацию различных веществ, например стронция-90 в жидкости или радона-222 в газе. The proposed device allows you to effectively register and distinguish alpha, beta and gamma activity of the investigated substance, to take into account the external cosmic and gamma background. The device can measure the partial concentration of various substances, for example strontium-90 in a liquid or radon-222 in a gas.

Покажем возможность определения концентрации этих веществ. We show the possibility of determining the concentration of these substances.

Наиболее важным является контроль концентрации Стронция-90 в питьевой воде. Бета радиоактивный Стронций-90 распадается на Итрий-90 и электрон с энергией 0.546 МэВ, что соответствует максимальной энергии электрона, так как часть энергии распада уносит нейтрино. Период полураспада равен 27.7 лет. Итрий-90 также бета радиоактивен. Он распадается с выделением электрона, максимальная энергия которого равна 2.27 МэВ. Период полураспада равен 64.0 часа. Равновесие наступает примерно через две недели. Одному акту распада Стронций-90 соответствуют два разделенных во времени электрона с максимальными энергиями 0,546 МэВ и 2,27 МэВ. На детектировании этих электронов и основан предлагаемый метод определения концентрации Стронция-90 в воде. Заметим, что бета распады Стронция-90 и Итрия-90 протекают без гамма-излучения. The most important is to control the concentration of Strontium-90 in drinking water. The beta-radioactive Strontium-90 decays into Itrium-90 and an electron with an energy of 0.546 MeV, which corresponds to the maximum electron energy, since a part of the decay energy carries away neutrinos. The half-life is 27.7 years. Itrium-90 is also beta radioactive. It decays with the release of an electron, whose maximum energy is 2.27 MeV. The half-life is 64.0 hours. Equilibrium occurs in about two weeks. One act of decay of Strontium-90 corresponds to two electrons separated in time with maximum energies of 0.546 MeV and 2.27 MeV. The proposed method for determining the concentration of Strontium-90 in water is based on the detection of these electrons. Note that the beta decays of Strontium-90 and Itria-90 proceed without gamma radiation.

Для регистрации бета частиц следует использовать спинтилляторы-световоды диаметром около 5 мм. Расстояние между волокнами должно быть около 10 мм. To register beta particles, spin-diodes-fibers with a diameter of about 5 mm should be used. The distance between the fibers should be about 10 mm.

Предложенное устройство позволяет не только эффективно регистрировать электроны Стронция-90, но и существенно уменьшить вклад собственных шумов фотодатчиков и внешнего гамма и космического фонов. The proposed device allows not only to efficiently register Strontium-90 electrons, but also significantly reduce the contribution of the intrinsic noise of the photosensors and external gamma and cosmic backgrounds.

Рассмотрим последовательно различные составляющие фона и методы уменьшения их влияния. Let us consider successively the various components of the background and methods for reducing their influence.

1. Шум фотодетектора эффективно уменьшается посредством использования блока совпадения координат и времени 3. 1. The noise of the photodetector is effectively reduced by using a block of coincidence of coordinates and time 3.

2. Внешний космический фон. Частицы, образованные космическим излучением в атмосфере Земли, имеют большую энергию и пронизывают сцинтилляторы-световоды детектора насквозь. Они вызывают световые вспышки в нескольких сцинтилляторах-световодах. Вспышка от электрона Стронция-90 имеет локальный характер, потому космический фон легко выделить в блоке 10. 2. External space background. Particles formed by cosmic radiation in the Earth’s atmosphere have high energy and penetrate the detector scintillators through the detector. They cause light flashes in several scintillator fibers. The flash from the electron Strontium-90 has a local character, because the cosmic background is easily distinguished in block 10.

3. Внешний гамма-фон. Относящиеся к пункту 2 рассуждения можно отнести и к гамма-сигналам. Гамма-излучение оставляет свою энергию в объеме детектора посредством нескольких разделенных в пространстве актов взаимодействия - световых вспышек. 3. External gamma background. The reasoning related to paragraph 2 can be attributed to gamma signals. Gamma radiation leaves its energy in the volume of the detector by means of several acts of interaction separated in space - light flashes.

4. Внутренний гамма-фон. Основным источником внутреннего гамма-фона является Калий-40 (1.46 МэВ). Критерий отбраковки ложных событий тот же, что и в пункте 2. 4. The internal gamma background. The main source of internal gamma background is Potassium-40 (1.46 MeV). The criterion for rejecting false events is the same as in paragraph 2.

5. Фон других бета активных изотопов. Исследуемая жидкость может быть загрязнена также и другими бета активными радиоактивными изотопами. Устройство позволит выделить ложные события. Например, низкоэнергетичные электроны можно исключить посредством использования сцинтилляторов-световодов в оболочке, например, из титана. Дополнительную информацию о концентрации и типе изотопа дает гамма-детектор 8. 5. Background of other beta active isotopes. The test fluid may also be contaminated with other beta active radioactive isotopes. The device will highlight false events. For example, low-energy electrons can be eliminated by using scintillator waveguides in the sheath, for example, from titanium. Additional information on the concentration and type of isotope is provided by the gamma detector 8.

Установлено, что основной вклад (60-90%) в дозу облучения населения Земли вносят естественные источники радиоактивных излучений, к которым относятся космическое излучение и природные (естественные) радионуклиды (ЕРН). При этом вклад ЕРН существенно превышает вклад космического излучения. По оценке НКДАР (Научный комитет по действию атомной радиации ООН), воздействие радона и его дочерних продуктов распада (ДПР) обусловливает от 50 до 75% годовой индивидуальной эквивалентной дозы облучения, получаемой населением от естественных источников ионизирующего излучения. В радиоактивных рядах ²³⁸U, ²³²T4h образуются альфа-активные радиоизотопы инертного газа радона: ²²²Rn (радон), ²²⁰Rn (торон). Энергия альфа частиц ²²²Rn, ²²⁰Rn равна 5.49 МэВ, 6.29 МэВ. Альфа частица дает в единственном сцинтилляторе-световоде детектора яркую локальную вспышку, которую легко отделить от световых вспышек фона и других видов излучателей. Диаметр волокна должен быть равен примерно 1-2 мм. Расстояние между волокнами должно быть 50-100 мм.It has been established that the main contribution (60-90%) to the dose of the Earth's population is made by natural sources of radioactive radiation, which include cosmic radiation and natural (natural) radionuclides (ERN). In this case, the contribution of ERN significantly exceeds the contribution of cosmic radiation. According to the UNSCEAR (Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation of the United Nations), exposure to radon and its daughter decay products (DPR) causes from 50 to 75% of the annual individual equivalent dose of radiation received by the population from natural sources of ionizing radiation. In the radioactive series ²³⁸ U, ²³² T4h, alpha-active radioisotopes of the inert gas of radon are formed: ²²² Rn (radon), ²²⁰ Rn (thoron). The energy of alpha particles ²²² Rn, ²²⁰ Rn is equal to 5.49 MeV, 6.29 MeV. An alpha particle gives a bright local flash in a single scintillator fiber of the detector, which can be easily separated from light flashes of the background and other types of emitters. The fiber diameter should be approximately 1-2 mm. The distance between the fibers should be 50-100 mm.

Таким образом, изобретение позволит с высокой степенью достоверности непрерывно измерять концентрацию различных радиоактивных веществ в жидких и газообразных средах, причем устройство достаточно простое и не требует сложной и громоздкой аппаратуры. Thus, the invention will allow with a high degree of reliability to continuously measure the concentration of various radioactive substances in liquid and gaseous media, and the device is quite simple and does not require complex and bulky equipment.

Claims

1. A device for determining the concentration of radioactive substances, consisting of a set of scintillator fibers, a signal analysis and processing unit, a storage and visualization unit, characterized in that the scintillator fibers are made in the form of many separate scintillator fibers and are evenly distributed inside the vessel with the studied medium, each scintillator-optical fiber is connected at both ends of the optical fiber with two time-position-sensitive photodetectors (VPCHFD), each of which is connected to the coincidence block, ignaly from which enter the signal analyzing and processing unit, connected to the gamma-ray detector.

2. The device according to claim 1, characterized in that the gamma detector is installed inside the vessel with the test medium.

3. The device according to claim 1, characterized in that the gamma detector is installed outside the vessel with the test medium.

4. The device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a focon is installed between each scintillator-optical fiber and the optical fiber.

5. The device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a focon is installed between the optical fibers and the VCHFD.

6. The device according to claim 1, characterized in that the diameter of the scintillator fibers is selected in the range of 0.5-8.0 mm

7. The device according to claim 1, characterized in that the distance between the centers of the scintillator fibers is selected in the range of 1-100 mm

8. The device according to claim 1, characterized in that the scintillator fibers are located in a shell made of radiation absorbing material.

9. The device according to claim 1, characterized in that the scintillator fibers are located in a shell made of a material that increases the concentration of the studied radioactive substance.

10. The device according to claim 1, characterized in that the scintillator fibers are located in a shell made of a material that increases the reflection coefficient of light, for example, aluminum.

11. The device according to claim 1, characterized in that the HPLC is made in the form of a position-sensitive photoelectronic multiplier based on a microchannel amplifier and a multi-channel, for example, quadrant anode.

12. The device according to claim 1, characterized in that the HPLC is made in the form of an image intensifier tube with a CCD camera.

13. The device according to claim 1, characterized in that the HPFD is made in the form of several PMTs, each of which is connected to a group of scintillator fibers evenly distributed throughout the volume.

14. The device according to claim 1, characterized in that the HPLC is made in the form of several semiconductor photodiodes, each of which is connected to a group of scintillator fibers evenly distributed throughout the volume.

15. The device according to claim 1, characterized in that the scintillator fibers are made of plastic with the addition of a scintillator (for example, RTR, POPOP, etc.).