RU2746412C1 - Method for the identification of beta-emitting radionuclides in samples using a liquid scintillation counter - Google Patents

Method for the identification of beta-emitting radionuclides in samples using a liquid scintillation counter Download PDF

Info

Publication number
RU2746412C1
RU2746412C1 RU2019139690A RU2019139690A RU2746412C1 RU 2746412 C1 RU2746412 C1 RU 2746412C1 RU 2019139690 A RU2019139690 A RU 2019139690A RU 2019139690 A RU2019139690 A RU 2019139690A RU 2746412 C1 RU2746412 C1 RU 2746412C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
spectrum
quenching
radionuclide
library
Prior art date
Application number
RU2019139690A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Эдуардович Введенский
Вадим Владимирович Востротин
Александр Юрьевич Янов
Леонид Викторович Финашов
Original Assignee
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ БИОФИЗИКИ (ФГУП ЮУрИБФ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ БИОФИЗИКИ (ФГУП ЮУрИБФ) filed Critical ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ БИОФИЗИКИ (ФГУП ЮУрИБФ)
Priority to RU2019139690A priority Critical patent/RU2746412C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2746412C1 publication Critical patent/RU2746412C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16Measuring radiation intensity
    • G01T1/24Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F1/00Shielding characterised by the composition of the materials
    • G21F1/02Selection of uniform shielding materials
    • G21F1/10Organic substances; Dispersions in organic carriers

Abstract

FIELD: radioecological monitoring.
SUBSTANCE: invention relates to the field of radioecological monitoring and is intended for the identification of beta-emitting radionuclides. The method for identifying beta-emitting radionuclides includes a preliminary one-time creation of a background library, the creation of a library for a given liquid scintillation counter and a given cocktail for all beta-emitting radionuclides, model spectra of the SRS sample at different levels of quenching in the form of a system of third-degree polynomials of the parameters of the sum of piecewise combined functions and the measurement efficiency as a function of quenching as an exponential function, measuring and recording the spectrum of the sample and the measurement parameters of the sample using the quenching parameter obtained by measuring the sample, determine the coefficients of the contribution of each library spectrum of the isotope to the spectrum of the measured sample. The method for identifying beta-emitting radionuclides in a sample is carried out using a liquid scintillation counter with automatic quenching detection, while using the entire energy scale. The activity of beta-emitting radionuclides is calculated from the obtained coefficients of the contribution of radionuclides and the library efficiencies of measuring radionuclides, depending on the quenching.
EFFECT: increased sensitivity of spectrometric analysis.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области радиоэкологического мониторинга, охране окружающей среды, индивидуального дозиметрического контроля работников и предназначено для определения бета-излучающих радионуклидов в пробах окружающей среды, в пробах биосубстратов, в технологических пробах в частности для бета-спектрометрического определения активности радионуклидов: Н-3 (тритий), K-40 (калий-40), Sr-90+Y-90 (стронций-90+иттрий-90).The invention relates to the field of radioecological monitoring, environmental protection, individual dosimetric control of workers and is intended to determine beta-emitting radionuclides in environmental samples, in samples of biosubstrates, in technological samples, in particular for beta-spectrometric determination of the activity of radionuclides: H-3 (tritium ), K-40 (potassium-40), Sr-90 + Y-90 (strontium-90 + yttrium-90).

Известен способ идентификации альфа-излучающих радионуклидов в пробах с использованием жидкостного сцинтилляционного счетчика [1]. Способ включает отбор проб окружающей среды и технологических проб, обработку проб, подготовку проб для измерения на жидкостном сцинтилляционном счетчике, измерение и запись спектра пробы и параметров измерения, создание модельного спектра пробы, минимизацию отклонения модельного спектра от спектра пробы и определение содержания альфа-излучающих радионуклидов в пробе. При подготовке пробы предварительно определяют суммарную активность анализируемой пробы и энергетический интервал альфа-излучающих радионуклидов в пробе, а затем в пробу вводят раствор радионуклида в качестве внутреннего стандарта с определенной энергией и заданной активностью альфа-излучения, измеряют и записывают спектр альфа-излучения пробы, на основании результатов измерения спектра пробы, минимизируя отклонение модельного спектра от спектра пробы в области внутреннего стандарта, определяют параметры асимметричного распределения Гаусса, описывающего пик внутреннего стандарта, по этим параметрам, используя эмпирические формулы зависимостей параметров от гашения для энергии альфа-излучения внутреннего стандарта, определяют величину и тип гашения анализируемой пробы, по полученным значениям величины и типа гашения пробы, используя формулы зависимости параметров асимметричного распределения Гаусса от энергии и гашения и справочных данных по альфа-излучающим радионуклидам, составляют модельный спектр. Известный способ предназначен для альфа-излучающих радионуклидов, использует ограниченную часть энергетической шкалы, требует ввода в раствор радионуклида в качестве внутреннего стандарта, требует предварительного определения суммарной активности анализируемой пробы и предварительного определения энергетического интервала альфа-излучающих радионуклидов в пробе, минимизирует функционал, повторяя минимизацию в несколько этапов, на что затрачивает существенно большее время в сравнении с решением системы линейных уравнений, использует ассиметричное распределение Гаусса, которое вычислительно сложнее, чем кусочно-комбинированная функция, в которой нет корня квадратного из переменных.A known method for the identification of alpha-emitting radionuclides in samples using a liquid scintillation counter [1]. The method includes taking environmental and technological samples, processing samples, preparing samples for measurement on a liquid scintillation counter, measuring and recording the spectrum of the sample and measurement parameters, creating a model spectrum of the sample, minimizing the deviation of the model spectrum from the spectrum of the sample and determining the content of alpha-emitting radionuclides in the sample. When preparing a sample, the total activity of the analyzed sample and the energy range of alpha-emitting radionuclides in the sample are preliminarily determined, and then a radionuclide solution is introduced into the sample as an internal standard with a certain energy and a given activity of alpha radiation, the spectrum of alpha radiation of the sample is measured and recorded on Based on the results of measuring the spectrum of the sample, minimizing the deviation of the model spectrum from the spectrum of the sample in the region of the internal standard, the parameters of the asymmetric Gaussian distribution describing the peak of the internal standard are determined, according to these parameters, using the empirical formulas for the dependences of the parameters on the quenching for the alpha radiation energy of the internal standard, determine the value and the type of quenching of the analyzed sample, according to the obtained values of the magnitude and type of quenching of the sample, using the formulas for the dependence of the parameters of the asymmetric Gaussian distribution on energy and quenching and reference data on alpha-emitting radionuclides, are useful spectrum. The known method is intended for alpha-emitting radionuclides, uses a limited part of the energy scale, requires the introduction of a radionuclide into the solution as an internal standard, requires preliminary determination of the total activity of the analyzed sample and preliminary determination of the energy interval of alpha-emitting radionuclides in the sample, minimizes the functionality, repeating the minimization in Several stages, which take significantly more time in comparison with solving a system of linear equations, uses an asymmetric Gaussian distribution, which is computationally more complicated than a piecewise combined function in which there is no square root of the variables.

Кроме того, известен способ идентификации альфа-излучающих радионуклидов [2]. Способ включает отбор проб окружающей среды и технологических проб, обработку проб, подготовку проб для измерения, измерение и запись спектра пробы и параметров измерения, создания модельного спектра пробы, минимизацию отклонения модельного спектра от спектра пробы и определение содержания альфа-излучающих радионуклидов в пробе. При подготовке пробы предварительно определяют суммарную активность анализируемой пробы, затем в пробу вводят раствор радионуклида в качестве внутреннего стандарта с определенной энергией и заданной активностью альфа-излучения, измеряют и записывают спектр альфа-излучения пробы. На основании результатов измерения спектра пробы, минимизируя отклонение модельного спектра от спектра пробы в области внутреннего стандарта, определяют параметры асимметричного распределения Гаусса, описывающего пик внутреннего стандарта. Способ идентификации альфа-излучающих радионуклидов осуществляют с использованием полупроводникового спектрометра и используют всю энергетическую шкалу спектрометра. Известный способ предназначен для альфа-излучающих радионуклидов, требует ввода в раствор радионуклида в качестве внутреннего стандарта, требует предварительного определения суммарной активности анализируемой пробы, использует ассиметричное распределение Гаусса, которое вычислительно сложнее, чем кусочно-комбинированная функция, в которой нет корня квадратного из переменных.In addition, there is a known method for the identification of alpha-emitting radionuclides [2]. The method includes sampling the environment and technological samples, processing samples, preparing samples for measurement, measuring and recording the spectrum of the sample and measurement parameters, creating a model spectrum of the sample, minimizing the deviation of the model spectrum from the spectrum of the sample, and determining the content of alpha-emitting radionuclides in the sample. When preparing a sample, the total activity of the analyzed sample is preliminarily determined, then a radionuclide solution is introduced into the sample as an internal standard with a certain energy and a given activity of alpha radiation, the spectrum of alpha radiation of the sample is measured and recorded. Based on the results of measuring the spectrum of the sample, minimizing the deviation of the model spectrum from the spectrum of the sample in the area of the internal standard, the parameters of the asymmetric Gaussian distribution, describing the peak of the internal standard, are determined. The method for identifying alpha-emitting radionuclides is carried out using a semiconductor spectrometer and the entire energy scale of the spectrometer is used. The known method is intended for alpha-emitting radionuclides, requires the introduction of a radionuclide into the solution as an internal standard, requires preliminary determination of the total activity of the analyzed sample, uses an asymmetric Gaussian distribution, which is computationally more complicated than a piecewise combined function in which there is no square root of the variables.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому эффекту является способ идентификации радионуклидов в жидком сцинтилляционном образце [3], в котором измеряют спектр исследуемого образца, после чего для соответствующего уровня гашения из библиотеки базовых спектров отдельных радионуклидов для различных уровней гашения методом интерполяции и экстраполяции определяют нормированные модельные спектры отдельных радионуклидов. Далее методом наименьших квадратов минимизируют разницу между спектром образца Pi и суммой модельных спектров отдельных радионуклидов Mi,j, умноженных на коэффициенты cj, определяющие активность отдельных радионуклидов. Минимизируемое выражение при этом выглядит следующим образом:The closest to the proposed method in technical essence and the achieved effect is a method for identifying radionuclides in a liquid scintillation sample [3], in which the spectrum of the test sample is measured, after which, for the appropriate level of quenching from the library of basic spectra of individual radionuclides for different levels of quenching by interpolation and extrapolation determine the normalized model spectra of individual radionuclides. Next, the least squares method minimizes the difference between the spectrum of the sample P i and the sum of the model spectra of individual radionuclides M i, j , multiplied by the coefficients c j , which determine the activity of individual radionuclides. The expression to be minimized looks like this:

Figure 00000001
Figure 00000001

где i - номер канала анализатора, j - индекс радионуклида. Однако известный способ не регламентирует ни хранение, ни извлечение, ни спектральную интерполяцию образца спектра, хранящуюся в библиотеке, что может при неудачном выборе хранения или извлечения или интерполяции затруднить задачу нахождения активностей радионуклидов в пробе и увеличить время ее выполнения. Так же известный способ не указывает на правила обработки спектра фона.where i is the channel number of the analyzer, j is the radionuclide index. However, the known method does not regulate either the storage, retrieval, or spectral interpolation of the spectrum sample stored in the library, which, if the choice of storage or retrieval or interpolation is unsuccessful, may complicate the task of finding the radionuclide activities in the sample and increase its execution time. Also, the known method does not indicate the rules for processing the background spectrum.

Задачей изобретения является корректное построение библиотеки модельных спектров, и как следствие, потенциальное увеличение чувствительности спектрометрического анализа. Использование системы полиномов третьей степени параметров суммы кусочно-комбинированных функций и библиотеки эффективностей измерения в зависимости от гашения и использование спектра фона улучшило точность определения активности радионуклидов в пробе. Замена минимизации, при решении методом наименьших квадратов, системой линейных уравнений и непосредственное решение системы линейных уравнений существенно ускорило вычисления и улучшило точность вычисления активности радионуклидов, так как предложенная система линейных уравнений является точным решением задачи поиска коэффициентов методом наименьших квадратов, в отличие от любого метода минимизации.The objective of the invention is the correct construction of a library of model spectra, and as a consequence, a potential increase in the sensitivity of spectrometric analysis. The use of a system of third degree polynomials of the parameters of the sum of piecewise combined functions and a library of measurement efficiencies depending on quenching and the use of the background spectrum improved the accuracy of determining the activity of radionuclides in the sample. The replacement of minimization, when solving the least squares method, with a system of linear equations and the direct solution of the system of linear equations, significantly accelerated the calculations and improved the accuracy of calculating the activity of radionuclides, since the proposed system of linear equations is an exact solution to the problem of finding coefficients by the least squares method, unlike any method of minimization ...

Для выполнения задачи предложен способ идентификации бета-излучающих радионуклидов включающий предварительное однократное создание библиотеки скоростей набора фоновых проб, предварительное однократное создание библиотеки для данного жидкостного сцинтилляционного счетчика и данного коктейля для всех бета-излучающих радионуклидов, встречаемых в измеряемых пробах, модельных спектров проб образцовых радиоактивных растворов (ОРР) при разных уровнях гашения в виде системы полиномов третьей степени параметров суммы кусочно-комбинированных функций и эффективности измерения в зависимости от гашения в виде экспоненциальной функции, измерение и запись спектра пробы и параметров измерения пробы, минимизация отклонения всех модельных спектров от спектра пробы, используя параметр гашения, полученный при измерении пробы, определяются коэффициенты вклада каждого библиотечного спектра радионуклида в спектр измеряемой пробы. Способ идентификации бета-излучающих радионуклидов в пробе осуществляют с использованием жидкостного сцинтилляционного счетчика с автоматическим определением гашения, при этом используется вся энергетическая шкала. По полученным коэффициентам вклада радионуклидов и библиотечным эффективностям измерения радионуклидов в зависимости от гашения вычисляют активность бета-излучающих радионуклидов.To accomplish the task, a method for the identification of beta-emitting radionuclides is proposed, including a preliminary one-time creation of a library of rates for a set of background samples, a preliminary one-time creation of a library for a given liquid scintillation counter and a given cocktail for all beta-emitting radionuclides found in measured samples, model spectra of samples of reference radioactive solutions (OPR) at different levels of quenching in the form of a system of third-degree polynomials of the parameters of the sum of piecewise-combined functions and measurement efficiency depending on quenching in the form of an exponential function, measuring and recording the spectrum of the sample and measuring parameters of the sample, minimizing the deviation of all model spectra from the spectrum of the sample, Using the quenching parameter obtained by measuring the sample, the coefficients of the contribution of each library spectrum of the radionuclide to the spectrum of the measured sample are determined. The method for identifying beta-emitting radionuclides in a sample is carried out using a liquid scintillation counter with automatic quenching detection, whereby the entire energy scale is used. The activity of beta-emitting radionuclides is calculated from the obtained coefficients of the contribution of radionuclides and the library efficiencies of measuring radionuclides, depending on the quenching.

Отличительными признаками заявленного способа является использование жидкостного сцинтилляционного счетчика с автоматическим определением гашения, использование всей энергетической шкалы, хранение модельных спектров в виде системы полиномов третьей степени параметров суммы кусочно-комбинированных функций от гашения и параметров функции эффективности измерения от гашения, замена минимизации, при решении методом наименьших квадратов, системой линейных уравнений и непосредственное решение системы линейных уравнений.Distinctive features of the claimed method are the use of a liquid scintillation counter with automatic determination of quenching, the use of the entire energy scale, storage of model spectra in the form of a system of third-degree polynomials of parameters of the sum of piecewise combined functions from quenching and parameters of the measurement efficiency function from quenching, replacement of minimization, when solving by the method least squares, a system of linear equations and a direct solution to a system of linear equations.

I. Создание библиотеки модельных спектровI. Creation of a library of model spectra

Модельный спектр радионуклида - это аппроксимация спектра пробы образцового радиоактивного раствора (ОРР) данного радионуклида какой-либо функцией для данного жидкостного сцинтилляционного счетчика и данного коктейля. Библиотека состоит из функций изменения модельного спектра в зависимости от гашения, и эффективности измерения в зависимости от гашения.The model spectrum of a radionuclide is an approximation of the spectrum of a sample of a reference radioactive solution (ORR) of a given radionuclide by any function for a given liquid scintillation counter and a given cocktail. The library consists of functions for changing the model spectrum depending on the quenching, and the measurement efficiency depending on the quenching.

Для создание библиотеки для j-го радионуклида (j∈J) необходимо следующее:To create a library for the j-th radionuclide (j∈J), you need the following:

1. Для занесения модельного спектра j-го радионуклида (далее в параграфах 1, 2, 3, 4 индекс j будет опускаться, так как все выкладки приводятся для одного радионуклида) в библиотеку для данного жидкостного сцинтилляционного счетчика и данного коктейля, необходимо получить спектры образцового радиоактивного раствора интересующего радионуклида для разных уровней гашения gk, k∈K. Для полученного спектра

Figure 00000002
соответствующего k-му уровню гашения, строим модельный спектр j-го радионуклида Mk в виде суперпозиции кусочно-комбинированных функций
Figure 00000003
с параметрами
Figure 00000004
l∈L для каждой l-й энергетической линии j-го радионуклида (не путать с асимметричным распределением Гаусса):1. To enter the model spectrum of the j-th radionuclide (hereinafter in paragraphs 1, 2, 3, 4, the index j will be omitted, since all calculations are given for one radionuclide) into the library for a given liquid scintillation counter and a given cocktail, it is necessary to obtain the spectra of an exemplary radioactive solution of the radionuclide of interest for different levels of quenching g k , k∈K. For the obtained spectrum
Figure 00000002
corresponding to the k-th level of quenching, we construct the model spectrum of the j-th radionuclide M k in the form of a superposition of piecewise-combined functions
Figure 00000003
with parameters
Figure 00000004
l∈L for each l-th energy line of the j-th radionuclide (not to be confused with the asymmetric Gaussian distribution):

Figure 00000005
Figure 00000005

гдеWhere

J - множество всех радионуклидов;J is the set of all radionuclides;

I - множество всех каналов жидкостного сцинтилляционного счетчика;I - the set of all channels of the liquid scintillation counter;

L - множество всех энергетических линий j-го радионуклида;L is the set of all energy lines of the j-th radionuclide;

j - номер радионуклида;j is the number of the radionuclide;

i - номер канала жидкостного сцинтилляционного счетчика;i is the channel number of the liquid scintillation counter;

l - номер энергетической линии j-го радионуклида;l is the number of the energy line of the j-th radionuclide;

k - номер уровня гашения;k is the number of the quenching level;

Figure 00000006
- площадь пика, [имп.];
Figure 00000006
- peak area, [imp.];

Figure 00000007
- абсцисса центра пика;
Figure 00000007
is the abscissa of the center of the peak;

Figure 00000008
- параметры, определяющие форму пика;
Figure 00000008
- parameters that determine the shape of the peak;

Mk - модельный спектр, [имп.].M k - model spectrum, [imp.].

Параметры

Figure 00000009
, l∈L кусочно-комбинированных функций
Figure 00000010
соответствующие k-му уровню гашения, вычисляются путем минимизации функционала:Parameters
Figure 00000009
, l∈L of piecewise combined functions
Figure 00000010
corresponding to the kth level of damping are calculated by minimizing the functional:

Figure 00000011
Figure 00000011

2. Построение функции изменения модельного спектра от уровня гашения в виде системы полиномов третьей степени - формула (4) (хранится в библиотеке):2. Construction of the function of changing the model spectrum from the quenching level in the form of a system of third-degree polynomials - formula (4) (stored in the library):

Figure 00000012
Figure 00000012

гдеWhere

g - уровень гашения: g≡SQP(E);g - quenching level: g≡SQP (E);

SQP(E) - значение гашения, вычисляется автоматически при измерении пробы методом определения спектрального параметра гашения внешнего стандарта (Spectral Quench Parameter of External standard);SQP (E) - quenching value, calculated automatically when measuring a sample by determining the Spectral Quench Parameter of External standard;

Параметры полиномов

Figure 00000013
вычисляются путем минимизации функционалов:Polynomial parameters
Figure 00000013
are calculated by minimizing the functionals:

Figure 00000014
Figure 00000014

гдеWhere

gk - k-й уровнь гашения: gk≡SQP(E)|k.g k - k-th level of damping: g k ≡SQP (E) | k .

3. Построение функции эффективности измерения в зависимости от гашения, для этого вычисляется эффективность для k-ого уровня гашения:3. Construction of the measurement efficiency function depending on the damping, for this the efficiency is calculated for the k-th level of damping:

Figure 00000015
Figure 00000015

гдеWhere

tk - время набора спектра для k-ого уровня гашения, [с];t k - spectrum acquisition time for the k-th level of quenching, [s];

Sk - площадь спектра ОРР для k-ого уровня гашения, [имп.];S k - the area of the OPR spectrum for the k-th level of quenching, [imp.];

Figure 00000016
- активность ОРР введенная в пробу k-го уровня гашения, [Бк].
Figure 00000016
- OPP activity introduced into the sample of the k-th level of quenching, [Bq].

Должно выполняться равенство:Equality should hold:

Figure 00000017
Figure 00000017

4. Построение функции изменения эффективности измерения от уровня гашения в виде экспоненциальной функции (8) (хранится в библиотеке):4. Construction of the function of changing the measurement efficiency from the level of quenching in the form of an exponential function (8) (stored in the library):

Figure 00000018
Figure 00000018

гдеWhere

a, b, с - параметры аппроксимации,a, b, c - approximation parameters,

параметры аппроксимации а, b, с вычисляются минимизацией функционала при построении библиотеки спектра отдельного радионуклида:approximation parameters a, b, c are calculated by minimizing the functional when constructing a spectrum library for an individual radionuclide:

Figure 00000019
Figure 00000019

5. При вызове модельного спектра для j-го радионуклида для известного гашения g=const из библиотеки следует:5. When calling the model spectrum for the j-th radionuclide for the known quenching g = const from the library it follows:

Figure 00000020
Figure 00000020

гдеWhere

Bi,j(g) - актуализированный гашением g модельный спектр в j-м канале для j-го радионуклида (спектральная интерполяция образца спектра), [имп.];B i, j (g) - the model spectrum updated by quenching g in the j-th channel for the j-th radionuclide (spectral interpolation of the spectrum sample), [imp.];

Figure 00000021
для l-й энергетической линии j-го радионуклида определены в (4), эффективность измерения Ej(g) для j-го радионуклида для известного гашения g=const определено в (8).
Figure 00000021
for the l-th energy line of the j-th radionuclide are determined in (4), the measurement efficiency E j (g) for the j-th radionuclide for the known quenching g = const is determined in (8).

II. Измерение пробыII. Sample measurement

При измерении пробы: 1) измеряется спектр пробы Pi, i∈I, где i - номер канала анализатора; 2) автоматически измеряется гашение g≡SQP(E)=const.When measuring a sample: 1) the spectrum of the sample P i , i∈I is measured, where i is the number of the analyzer channel; 2) the damping g≡SQP (E) = const is automatically measured.

Из измеренного спектра пробы Pi, i∈I необходимо вычесть соответствующий коктейлю спектр фона (скорость набора фона Fi, i∈I из библиотеки скоростей набора фоновых проб, умноженную на время набора пробы):From the measured spectrum of the sample P i , i∈I, it is necessary to subtract the background spectrum corresponding to the cocktail (the rate of collection of the background F i , i∈I from the library of rates of collection of background samples, multiplied by the time of collection of the sample):

Figure 00000022
Figure 00000022

В данном изобретении используется библиотека скоростей набора фоновых проб, но эта библиотека может быть устроена идентично библиотеки спектров пробы ОРР при разных уровнях гашения, поэтому отдельного описания библиотеки скоростей набора фоновых проб не приводится.In the present invention, a library of background sampling rates is used, but this library can be arranged identically to the library of OPP sample spectra at different quenching levels, therefore, a separate description of the library of background sampling rates is not provided.

Имея модельные спектры j-го радионуклида Bi,j(g), i∈I, j∈J (9), и минимизируя функционал (13), получаем коэффициенты θj, j∈J вклада j-го радионуклида в спектр Р'.Having model spectra of the j-th radionuclide B i, j (g), i∈I, j∈J (9), and minimizing functional (13), we obtain the coefficients θ j , j∈J of the contribution of the j-th radionuclide to the spectrum Р ' ...

Figure 00000023
Figure 00000023

после дифференцирования

Figure 00000024
уравнение минимизации функционала (13) тождественно преобразуется в систему линейных уравнений:after differentiation
Figure 00000024
the equation of minimization of functional (13) is identically transformed into a system of linear equations:

Figure 00000025
Figure 00000025

Запишем (14) в матричном виде:Let us write (14) in matrix form:

Figure 00000026
Figure 00000026

Решение (15) имеет вид:Solution (15) has the form:

Figure 00000027
Figure 00000027

Активность j-го радионуклида вычисляется по формуле:The activity of the j-th radionuclide is calculated by the formula:

Figure 00000028
Figure 00000028

где:Where:

Aj - активность j-го радионуклида в пробе, [Бк];A j - activity of the j-th radionuclide in the sample, [Bq];

t - время набора спектра пробы, [с];t is the time of the spectrum acquisition of the sample, [s];

θj - вклад j-го радионуклида в спектр Р';θ j is the contribution of the j-th radionuclide to the spectrum P ';

Ej(g) - библиотечная эффективность измерения j-го радионуклида в зависимости от гашения g;E j (g) - library efficiency of measurement of the j-th radionuclide depending on quenching g;

Bi,j(g) - актуализированный гашением g модельный спектр в i-м канале для j-го радионуклида (спектральная интерполяция образца спектра), [имп.].B i, j (g) - model spectrum updated by quenching g in the i-th channel for the j-th radionuclide (spectral interpolation of the spectrum sample), [imp.].

Пример осуществления способаAn example of the implementation of the method

Пример 1. Результат измерения пробы Q101004N.001 представленным способом приведен на Фиг. 1. Показано: график тонкой голубой линией - исходный спектр; тонкой красной линией - спектр за вычетом фона; тонкой желтой линией - вклад Sr-90+Y-90 в спектр пробы; тонкой зеленой линией - вклад K-40 в спектр пробы; толстая синяя линия - сумма радионуклидов Sr-90+Y-90+K-40, и в правом окне числовые значения: время измерения пробы, гашение пробы SQP(E) (Spectral Quench Parameter of External standard), суммарная по всем каналам активность фона, и для каждого радионуклида: скорость счета, эффективность регистрации, активность в образце, объемная активность.Example 1. The result of measuring the sample Q101004N.001 by the presented method is shown in FIG. 1. Shown: graph with a thin blue line - the original spectrum; the thin red line is the spectrum minus the background; thin yellow line - the contribution of Sr-90 + Y-90 to the spectrum of the sample; the thin green line is the contribution of K-40 to the spectrum of the sample; thick blue line - the sum of radionuclides Sr-90 + Y-90 + K-40, and in the right window numerical values: sample measurement time, sample quenching SQP (E) (Spectral Quench Parameter of External standard), total background activity for all channels , and for each radionuclide: counting rate, registration efficiency, activity in the sample, volumetric activity.

Техническая эффективность предложенного способа по сравнению с прототипом заключается в улучшении точности определения активности радионуклидов в пробе за счет учета спектра фона, в увеличении скорости определения активности радионуклидов в пробе за счет хранения модельного спектра в виде системы полиномов третьей степени параметров суммы кусочно-комбинированных функций и библиотеки эффективностей измерения в зависимости от гашения и замены минимизации при решении методом наименьших квадратов на систему линейных уравнений и непосредственное решение системы линейных уравнений, так как предложенная система линейных уравнений (14) является точным решением уравнения (13), в отличие от любого метода минимизации.The technical efficiency of the proposed method in comparison with the prototype consists in improving the accuracy of determining the activity of radionuclides in the sample by taking into account the background spectrum, in increasing the rate of determining the activity of radionuclides in the sample by storing the model spectrum in the form of a system of third degree polynomials of the parameters of the sum of piecewise combined functions and the library measurement efficiencies depending on quenching and replacement of minimization when solving the least squares method for a system of linear equations and direct solution of a system of linear equations, since the proposed system of linear equations (14) is an exact solution to equation (13), in contrast to any minimization method.

Список использованной литературыList of used literature

1. Патент RU 2191409, G01T 1/204, 1/36.1. Patent RU 2191409, G01T 1/204, 1/36.

2. Патент RU 2267800, G01T 1/24, 1/36.2. Patent RU 2267800, G01T 1/24, 1/36.

3. WO 199110922 А, 25.07.91.3. WO 199110922 A, 25.07.91.

Claims (70)

Способ идентификации бета-излучающих радионуклидов в пробах с использованием жидкостного сцинтилляционного счетчика, включающий предварительное однократное создание библиотеки скоростей набора фоновых проб, предварительное однократное создание библиотеки для данного жидкостного сцинтилляционного счетчика и данного коктейля для всех бета-излучающих радионуклидов, встречаемых в измеряемых пробах, модельных спектров пробы ОРР при разных уровнях гашения в виде системы полиномов третьей степени параметров суммы кусочно-комбинированных функций и эффективности измерения в зависимости от гашения в виде экспоненциальной функции, измерение и запись спектра пробы и параметров измерения пробы, минимизируя отклонение всех модельных спектров от спектра пробы, используя параметр гашения, полученный при измерении пробы, определяют коэффициенты вклада каждого библиотечного спектра радионуклида в спектр измеряемой пробы, по коэффициенту вклада и эффективности измерения в зависимости от гашения вычисляют активность бета-излучающих радионуклидов, отличающийся тем, что способ идентификации бета-излучающих радионуклидов в пробе осуществляют с использованием жидкостного сцинтилляционного счетчика с автоматическим определением гашения, при этом используют всю энергетическую шкалу, библиотечный спектр отдельного радионуклида описывают, используя формулу:A method for identifying beta-emitting radionuclides in samples using a liquid scintillation counter, including a preliminary one-time creation of a library of rates for a set of background samples, a preliminary one-time creation of a library for a given liquid scintillation counter and a given cocktail for all beta-emitting radionuclides found in the measured samples, model spectra OPP samples at different levels of quenching in the form of a system of third-degree polynomials of parameters of the sum of piecewise-combined functions and measurement efficiency depending on quenching in the form of an exponential function, measuring and recording the spectrum of the sample and sample measurement parameters, minimizing the deviation of all model spectra from the sample spectrum using the quenching parameter obtained during the measurement of the sample determines the coefficients of the contribution of each library spectrum of the radionuclide to the spectrum of the measured sample, according to the coefficient of contribution and measurement efficiency, depending on the quenching, calculate activity of beta-emitting radionuclides, characterized in that the method for identifying beta-emitting radionuclides in a sample is carried out using a liquid scintillation counter with automatic quenching detection, while using the entire energy scale, the library spectrum of an individual radionuclide is described using the formula:
Figure 00000029
Figure 00000029
гдеWhere
Figure 00000030
- количество импульсов в i-м канале модельного спектра для k-го уровня гашения отдельного радионуклида;
Figure 00000030
- the number of pulses in the i-th channel of the model spectrum for the k-th level of quenching of an individual radionuclide;
i - номер канала жидкостного сцинтилляционного счетчика, i∈I;i is the channel number of the liquid scintillation counter, i∈I; k - номер уровня гашения, k∈K;k is the number of the quenching level, k∈K; I - множество всех каналов жидкостного сцинтилляционного счетчика;I - the set of all channels of the liquid scintillation counter; K - множество всех уровней гашения, выбирается из соображений достаточности для построения полиномов третьего порядка;K - the set of all levels of damping, is selected for reasons of sufficiency for constructing third-order polynomials; l - номер энергетической линии отдельного радионуклида, l∈L;l is the number of the power line of a separate radionuclide, l∈L; L - множество всех энергетических линий отдельного радионуклида;L is the set of all energy lines of an individual radionuclide;
Figure 00000031
- кусочно-комбинированная функция:
Figure 00000031
- piecewise combined function:
Figure 00000032
Figure 00000032
гдеWhere gk - k-й уровень гашения: gk≡SQP(E)|k;g k - k-th level of suppression: g k ≡SQP (E) | k ; SQP(E) - значение гашения, вычисляется автоматически при измерении ОРР или пробы методом определения спектрального параметра гашения внешнего стандарта (Spectral Quench Parameter of External standard);SQP (E) - quenching value, calculated automatically when measuring OPP or sample by determining the Spectral Quench Parameter of External standard; Sk,l - площадь пика, [имп.];S k, l - peak area, [imp.];
Figure 00000033
- абсцисса центра пика;
Figure 00000033
is the abscissa of the center of the peak;
Figure 00000034
- параметры, определяющие форму пика,
Figure 00000034
- parameters that determine the shape of the peak,
параметры
Figure 00000035
l∈L кусочно-комбинированных функций
Figure 00000036
соответствующие k-му уровню гашения, вычисляются путем минимизации функционала:
parameters
Figure 00000035
l∈L of piecewise combined functions
Figure 00000036
corresponding to the kth level of damping are calculated by minimizing the functional:
Figure 00000037
Figure 00000037
гдеWhere
Figure 00000038
- спектр ОРР отдельного радионуклида для k-го уровня гашения gk,
Figure 00000038
- ORR spectrum of an individual radionuclide for the k-th quenching level g k ,
в библиотеке параметры кусочно-комбинированной функции изменения модельного спектра от уровня гашения хранятся в виде системы полиномов третьей степени:in the library, the parameters of the piecewise-combined function of changing the model spectrum from the quenching level are stored as a system of third-degree polynomials:
Figure 00000039
Figure 00000039
гдеWhere
Figure 00000040
- параметры полиномов третьей степени вычисляются путем минимизации функционалов:
Figure 00000040
- the parameters of the third degree polynomials are calculated by minimizing the functionals:
Figure 00000041
Figure 00000041
функция эффективности измерения отдельного радионуклида в зависимости от гашения хранится в библиотеке и имеет вид:the function of the measurement efficiency of an individual radionuclide, depending on the quenching, is stored in the library and has the form:
Figure 00000042
Figure 00000042
гдеWhere а, b, с - параметры аппроксимации,a, b, c - approximation parameters, параметры аппроксимации а, b, с вычисляются минимизацией функционала при построении библиотеки спектра отдельного радионуклида:approximation parameters a, b, c are calculated by minimizing the functional when constructing a spectrum library for an individual radionuclide:
Figure 00000043
Figure 00000043
гдеWhere Ek - измеренное значение эффективности для k-го уровня гашения, k∈K,E k is the measured value of the efficiency for the k-th level of damping, k∈K, измеряется спектр фоновой пробы, приводится к скорости набора фоновой пробы F (набор счета в i-м канале, деленный на время набора фоновой пробы) и сохраняется в библиотеке скоростей набора фоновых проб:the spectrum of the background sample is measured, reduced to the background sample collection rate F (counting set in the i-th channel, divided by the background sample collection time) and saved in the background sample collection rate library: Fi,i∈IF i , i∈I измеряется спектр пробы Р:the spectrum of the sample P is measured: Pi,i∈IP i , i∈I из измеренного спектра пробы Р вычитается соответствующий коктейлю спектр фона (скорость набора фона из библиотеки скоростей набора фоновых проб, умноженную на время набора пробы):from the measured spectrum of sample P, the background spectrum corresponding to the cocktail is subtracted (the rate of background collection from the library of rates of collection of background samples, multiplied by the time of sample collection):
Figure 00000044
Figure 00000044
гдеWhere t - время набора спектра пробы, [с], при измерении пробы или ОРР автоматически измеряется гашение пробы:t - time of collection of the spectrum of the sample, [s], when measuring the sample or ORP, the quenching of the sample is automatically measured: g≡SQP(E)=const,g≡SQP (E) = const, при известном гашении пробы, измеренном автоматически при измерении пробы, происходит спектральная интерполяция образца спектра в виде актуализации библиотеки для измеренной пробы для всех радионуклидов из библиотеки, количество импульсов в i-м канале модельного спектра, актуализированный гашением g, для j-го радионуклида вычисляется следующим образом:with a known quenching of the sample, measured automatically when measuring the sample, spectral interpolation of the spectrum sample occurs in the form of updating the library for the measured sample for all radionuclides from the library, the number of pulses in the i-th channel of the model spectrum, updated by quenching g, for the j-th radionuclide is calculated as follows way:
Figure 00000045
Figure 00000045
гдеWhere Bi,j(g) - актуализированный гашением g модельный спектр в i-м канале для j-го радионуклида;B i, j (g) is the model spectrum updated by quenching g in the i-th channel for the j-th radionuclide;
Figure 00000031
- кусочно-комбинированная функция:
Figure 00000031
- piecewise combined function:
Figure 00000046
Figure 00000046
гдеWhere
Figure 00000047
- актуализированные гашением g параметры для l-м энергетической линии j-го радионуклида определяются из системы полиномов третьей степени, хранящейся в библиотеке модельных спектров,
Figure 00000047
- parameters updated by quenching g for the l-th energy line of the j-th radionuclide are determined from the system of third-degree polynomials stored in the library of model spectra,
оценка коэффициента вклада модельного спектра j-го радионуклида, актуализированного гашением g, находится путем минимизации функционала вида:The estimation of the contribution coefficient of the model spectrum of the j-th radionuclide, updated by quenching g, is found by minimizing a functional of the form:
Figure 00000048
Figure 00000048
гдеWhere θj - коэффициенты вклада модельного спектра j-го радионуклида в спектр пробы;θ j are the coefficients of the contribution of the model spectrum of the j-th radionuclide to the spectrum of the sample; Bi,j(g) - количество импульсов в i-м канале модельного спектра, актуализированный гашением g, для j-го радионуклида, [имп.];B i, j (g) - the number of pulses in the i-th channel of the model spectrum, updated by quenching g, for the j-th radionuclide, [imp.];
Figure 00000049
- количество импульсов в i-м канале измеренного спектра пробы за вычетом соответствующего коктейлю спектра фона, [имп.],
Figure 00000049
- the number of pulses in the i-th channel of the measured spectrum of the sample minus the background spectrum corresponding to the cocktail, [pulses],
после дифференцирования
Figure 00000050
уравнение минимизации функционала тождественно преобразуется в систему линейных уравнений:
after differentiation
Figure 00000050
the functional minimization equation is identically transformed into a system of linear equations:
Figure 00000051
Figure 00000051
тоже в матричном виде:also in matrix form: В×θ=МB × θ = M решение находится в виде:the solution is in the form: θ=B-1×Mθ = B -1 × M активность j-го радионуклида вычисляется по формуле:the activity of the j-th radionuclide is calculated by the formula:
Figure 00000052
Figure 00000052
гдеWhere Aj - активность j-го радионуклида в пробе, [Бк];A j - activity of the j-th radionuclide in the sample, [Bq]; t - время набора спектра пробы, [с];t is the time of the spectrum acquisition of the sample, [s];
Figure 00000053
- библиотечная эффективность измерения j-го радионуклида в зависимости от гашения g.
Figure 00000053
- library efficiency of measurement of the j-th radionuclide depending on the quenching g.
RU2019139690A 2019-12-04 2019-12-04 Method for the identification of beta-emitting radionuclides in samples using a liquid scintillation counter RU2746412C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019139690A RU2746412C1 (en) 2019-12-04 2019-12-04 Method for the identification of beta-emitting radionuclides in samples using a liquid scintillation counter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019139690A RU2746412C1 (en) 2019-12-04 2019-12-04 Method for the identification of beta-emitting radionuclides in samples using a liquid scintillation counter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2746412C1 true RU2746412C1 (en) 2021-04-13

Family

ID=75521107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019139690A RU2746412C1 (en) 2019-12-04 2019-12-04 Method for the identification of beta-emitting radionuclides in samples using a liquid scintillation counter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2746412C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991010922A1 (en) * 1990-01-16 1991-07-25 Wallac Oy Method and a device for identifying radioisotopes in a liquid scintillation sample
DE68911686D1 (en) * 1988-08-10 1994-02-03 Wallac Oy DEVICE AND METHOD FOR MEASURING THE ACTIVITY OF RADIOACTIVE PATTERNS CONTAINING SEVERAL RADIOACTIVE ISOTOPES WITHOUT SEPARATELY DETERMINING THE EXTINGUISH LEVEL.
RU2191409C2 (en) * 2000-10-26 2002-10-20 Московское государственное предприятие - Oбъединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (МосНПО "Радон") Method of identification of alpha-particle emitting radio nuclides in samples with use of liquid scintillation counter
RU2267800C1 (en) * 2004-08-26 2006-01-10 Государственное унитарное предприятие города Москвы-объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (ГУП МосНПО "Радон") Alpha-emitting radionuclide identification method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE68911686D1 (en) * 1988-08-10 1994-02-03 Wallac Oy DEVICE AND METHOD FOR MEASURING THE ACTIVITY OF RADIOACTIVE PATTERNS CONTAINING SEVERAL RADIOACTIVE ISOTOPES WITHOUT SEPARATELY DETERMINING THE EXTINGUISH LEVEL.
WO1991010922A1 (en) * 1990-01-16 1991-07-25 Wallac Oy Method and a device for identifying radioisotopes in a liquid scintillation sample
RU2191409C2 (en) * 2000-10-26 2002-10-20 Московское государственное предприятие - Oбъединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (МосНПО "Радон") Method of identification of alpha-particle emitting radio nuclides in samples with use of liquid scintillation counter
RU2267800C1 (en) * 2004-08-26 2006-01-10 Государственное унитарное предприятие города Москвы-объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (ГУП МосНПО "Радон") Alpha-emitting radionuclide identification method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105607111B (en) A kind of γ nuclide identification method
Nordfors The statistical error in X-ray absorption measurements
US10031240B2 (en) Air kerma conventional true value determining method
RU2009131028A (en) ADVANCED IMAGE RECOGNITION SYSTEMS FOR SPECTRAL ANALYSIS
WO1990001711A1 (en) An apparatus and a method for measuring the activity of radioactive samples containing a multiple of radioactive isotopes, without separate determination of the quench level
RU2746412C1 (en) Method for the identification of beta-emitting radionuclides in samples using a liquid scintillation counter
CN108280429B (en) Nuclide identification method, nuclide identification device and computer readable medium based on characteristic peak matching
US6492642B1 (en) Method for identifying radionuclides in probes using a liquid scintillation sensor
US4918310A (en) Liquid scintillation counter for measuring the activity of radioactive samples containing a multiple of radioactive isotopes
CN110515115B (en) Evaluation method for solving peak area of gamma spectrum
US11828887B2 (en) Radioactivity measurement method and radioactivity measurement system
SE415611B (en) PROCEDURE FOR CORRECTION OF THE METHODS WHEN SATURING THE RADIATION FROM A NUMBER OF RADIOACTIVE SAMPLES IN A RADIO Saturation Instrument
WO2011081566A1 (en) Method for identifying a nuclear explosion based on krypton and xenon isotopes
EP3132285B1 (en) Guard efficiency compensation system
RU2267800C1 (en) Alpha-emitting radionuclide identification method
CN108646285B (en) Gamma ray energy spectrum measuring method, device and system
Ferrari et al. Performance of an active well coincidence counter for HEU samples
Szentmiklósi et al. Time resolved gamma-ray spectrometry
Korun et al. Measurement function for the activities of multi-gamma-ray emitters in gamma-ray spectrometric measurements
JP7162586B2 (en) radioactivity analyzer
RU2626450C1 (en) Method of selecting grades of optical glasses for design of space equipment optical systems in long-term exposure conditions of space ionising radiation
CN116449038B (en) Quality control method and device for multi-channel analyzer and multi-channel analyzer
Ballé et al. Two new 222 Rn emanation sources–a comparison study
CN109241644B (en) Element yield calculation method for stratum element logging
RU2120646C1 (en) Process of identification of radionuclides in sample with use of liquid scintillation counter