SK128699A3 - A procedure to measure the radioactivity of radioactive material enclosed in a container - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu merania rádioaktivity rádioaktívneho materiálu zatvoreného v kontajneri, a najmä sa týka merania rádioaktivity rádioaktívnych zdrojov a/alebo aktívnych alebo kontaminovaných materiálov, umiestnených v utesnenom kontajneri.

Do ter a ~i ši stav techniky

Pri uskutočňovaní rôznych činností v oblasti nukleárnej energie (napríklad v oblasti nukleárnych elektrární, výskumných laboratórií, analytických laboratórií a podobne) je produkované veľké množstvo mierne rádioaktívnych pevných odpadov, ktoré bývajú obvykle zhromažďované v kontajneroch, ktoré sú nasledovne utesnené. Za účelom správnej manipulácie s týmito odpadmi je nevyhnutné mať možnosť rýchleho a spoľahlivého overenia povahy a rozsahu prítomnej kontaminácie.

Pretože sa jedná o utesnené kontajnery, je jedným použiteľným spôsobom merania žiarenia gama z vonkajšieho prostredia, na ktorého základe je možné prostredníctvom príslušných výpočtov získať celkovú kontamináciu a + β + .

Hlavným problémom pri interpretácii výsledkov merania hodnôt žiarenia gama je hodnotenie spoľahlivosti príslušného skúmania vzhľadom na skutočnosť, že zdroje majú veľmi veľké rozmery, pričom ako distribúcia a povaha materiálov, tak aj distribúcia príslušnej aktivity je celkom neznáma.

V doterajšom známom stave techniky je hodnotenie aktivity obvykle uskutočňované prostredníctvom impulzov gama v rôznych bočných polohách z vonkajšej strany kontajnera, pričom sa vychádza z hypotézy, že znaky obsahu homogénneho zloženia a príslušná distribúcia aktivity sú známe, alebo dalej prostredníctvom merania dávky žiarenia gama, uskutočňovaného pozdĺž bočných strán kontajnera, pričom na základe tohto merania je možné zistiť hodnotu aktivity zdroja prostredníctvom príslušných výpočtov.

V patentovom spise JP 60 076680 A je opísané meracie zariadenie na meranie povrchovej dávky, pričom bubnovíto tvarovaný predmet, ktorý má byť meraný, sa otáča a je zdvíhaný a spúšťaný hore a dole tak, aby bol oproti dvom povrchovým detektorom na meranie dávky, z ktorých každý je vybavený tieniacim prvkom, ktorý tieni pred radiáciou z nežiadúcich smerov, a pohybuje sa relatívne voči druhému, pričom maximálna hodnota radiácie je efektívne stanovovaná v priebehu snímania v dôsledku relatívneho pohybu detektorov.

Laboratórne merania, robené na kontajneroch, pochádzajúcich z nukleárnych elektrární, z ktorých niektoré obsahujú odpadné Iontomeničové živice, a iné obsahujú technologické odpady, ukázali rozdiely rovnako v dvojnásobnom prebytku hodnôt aktivity, vypočítanej na základe uvedených spôsobov, a hodnôt skutočnej aktivity, v dôsledku čoho kritériá na ochranu pred žiarením, prijaté na manipuláciu a skladovanie odpadov s nízkou špecifickou aktivitou, sa ukázali ako príliš konzervatívne.

Podstata vynálezu

Predmet tohto vynálezu odstraňuje hore uvedené nedostatky.

Predmetom tohto vynálezu je spôsob merania rádioaktivity rádioaktívnych materiálov zatvorených v kontajneri prostredníctvom detektorov lúčov gama, umiestnených z bočnej vonkajšej strany kontajnera, pričom tento spôsob, ako je charakterizované v patentových nárokoch, obsahuje nasledujúce fázy:

I) váženie kontajnera so známym objemom za účelom zistenia priemernej hustoty jeho obsahu,

II) umiestnenie kontajnera na podperu,

III) umiestnenie na príslušné podpery dvoch detektorov žiarenia gama, umiestnených súmerne voči hlavnej priečnej ose kontajnera a čelne smerom na menšie steny kontajnera,

IV) zvislé pohybovanie kontajnerom, takže jeho hlavná pozdĺžna os splýva s osou, spojujúcou uvedené dva detektory,

V) pohybovanie dvoma detektormi na ich príslušných podperách za účelom ich zastavenia v skúšobnej polohe, a to pozdĺž uvedenej pozdĺžnej osi, súmernej s kontajnerom, kde je intenzita žiarenia z kontajnera meraná za účelom stanovenia výpočtovej geometrie,

VI) pohybovanie dvoma detektormi na ich príslušných podperách za účelom ich zastavenia vo výpočtovej polohe.

súmernej voči kontajneru, ktorá sa osvedčila ako vhodná na uskutočňovanie merania žiarenia, ktorá je optimálna z hľadiska presnosti merania a času merania, pričom vzdialenosť takých polôh je obvykle väčšia, ako je najväčšia vzdialenosť stien kontajnera, smerujúcich k detektorom,

VII) meranie žiarenia gama a výpočet geometrického významu výrazu (Cl - C2)^ly<2, vyjadreného ako cps (výpočet za sekundu), výpočtových pomerov (Cl, C2) obidvoch detektorov, pričom je uvedený geometrický význam spojený s intenzitou I zodpovedajúceho žiarenia gama prostredníctvom nasledujúceho vzorca (Cl.C2)^1/2=I.p.Fl.F2.(α/D²).βχρ(-μ*.L/2)=I.β.Fl.F2.fe, (1) kde je aktivita najmä sústredená v obmedzenej oblasti kontajnera, a alternatívne prostredníctvom vzorca (Cl.C2)^1/2=I.p.Fl.F2. (α/D²) . [1-βχρ(-μ*.Ι,) ]/(μ*.Ι,) = =I.p.Fl.F2.£_a (2) kde je aktivita rozdeľovaná rovnomerne v priestore kontajnera,

VIII) výpočet intenzity I žiarenia gama prostredníctvom jednej zhora uvedených rovníc.

Je celkom pochopiteľné, že kontajner, ktorý je obvykle vo forme valcového bubna, bude s výhodou umiestnený tak, aby jeho pozdĺžna os bola vodorovná, takže každá z dvoch kruhových stien bude otočená proti jednému detektoru. Rovnako je pochopiteľné, že uloženie obidvoch detektorov súmerne voči hlavnej priečnej ose kontajnera nie je nutnou podmienkou, ale nesúmerné uloženie len prináša oveľa väčšiu zložitosť pri matematických výpočtoch.

V hore uvedených rovniciach platí:

μ* = (2/D) + μ kde μ - predstavuje hlavný útlmový koeficient obsiahnutého materiálu, vyjadrený v cm^-1,

I - predstavuje radiačnú intenzitu zdroja, vyjadrenú v dps (rozpady za sekundu alebo Bq), β - predstavuje vetvenie uvažovanej línie gama,

F1 - predstavuje absorpčný faktor základne kontajnera,

F2 - predstavuje absorbčný faktor vo vzduchu, a - predstavuje parameter, ktorý je závislý na energii fotónov a na charakteristikách detektorov, ale nie na vzdialenosti medzi kontajnerom a detektorom, ani na rozmeroch kontajnera alebo na povahe alebo charaktere odpadov; parameter a je vypočítavaný z hodnôt ^c(di) ^{a C}(D2)' uvedených ďalej,

D - predstavuje vzdialenosť medzi detektorom a stenou kontajnera, ležiacou proti detektoru,- vyjadrenú v cm, zahŕňajúcu vzdialenosť pokrytú v priemere prostredníctvom fotónov vo vnútri kontajnera (v praxi je vzdialenosť D vzdialenosťou medzi uvedenou stenou kontajnera a stredom detektora),

L - predstavuje výšku kontajnera, vyjadrenú v cm.

Hodnoty β, D, L sú známe, zatiaľ čo hodnota F2, ktorá je veľmi blízko jednej, je vypočítavaná. Kalibrácia prístroja preto vyžaduje stanovenie hodnôt a a Fl.

Za týmto účelom je robený celý rad meraní s využitím len jedného detektora a nastavenia kalibrovaných zdrojov, zoskupených rôznymi spôsobmi na vonkajšej strane prázdneho kontajnera čo možno najbližšie k jeho stenám, ležiacim proti detektoru, pričom steny sú ako na strane detektora, tak aj na druhej strane (vzdialenosti Dl a D2 sú znázornené na obr. 2).

Výpočtové pomery v cps v dvoch polohách, raz vo vzdialenosti Dl a raz vo vzdialenosti D2 od detektora, sú vyjadrené ako:

= I . β · . a/Dl^{2 =} I · β Fl² . * ®/D2² kde ^F2(D1) ^{a F2}(D2) ahsorbčné faktory vo vzduchu v príslušných vzdialenostiach Dl a D2 od detektora, pričom hodnota Fl je získaná zo vzťahu:

F1 =^[c_(D!) · D2^j.F2(d1)]/[c(01)-2)1^j F2|m)]

Pretože nie je chemické zloženie odpadu známe, nie je rovnako známa hodnota útlmového koeficientu pri danej energii, požadovaná na výpočet efektívnosti.

Ale v rámci energetického intervalu, prítomného v tomto type merania, je útlmový koeficient pri danej energii, vyjadrený v cm²/g, závislý na atómovom čísle. To vedie na pomer medzi útlmovými koeficientami dvoch rôznych látok, vyjadrenými v cm^-1, ktorý je zhruba rovnaký, ako je pomer medzi ich hustotami.

Je preto možné prijať konvenčnú hodnotu pre útlmový koeficient P_conv, ktorá môže byť odvodená z útlmového koeficienta vody, vyjadreného v cm²g s priemernou hustotou materiálu, nazhromaždeného v kontajneroch:

Rconv “ · f

V literatúre uvádzané hodnoty μ(Η₂Ο) sú nasledujúce:

0,085 cm²/g pri 662 keV,

0,066 cm²/g pri 1173 keV,

0,062 cm²/g pri 1332 keV.

Hlavné výhody spôsobu podľa tohto vynálezu spočívajú v tom, že uvedený geometrický význam je skutočne nezávislý na distribúcii materiálu v rámci kontajnera, a že daný spôsob poskytuje veľmi dobrú citlivosť a presnosť merania v každej možnej praktickej situácii, týkajúcej sa nehomogénnych zdrojov.

Prípadný ďalší detektor žiarenia gama sa môže rovnobežne posúvať do väčších vzdialeností od kontajnera za účelom poskytovania ďalších informácií, využitelných pri rozhodovaní, či má byť využitá rovnica (1) alebo rovnica (2).

Využívanie opisovaného spôsobu merania bolo teoreticky vyhodnotené pre všetky možné kombinácie nehomogénnych materiálov a rádioaktivity v kontajneroch. Na uskutočňovanie spôsobu podlá tohto vynálezu môžu byť používané velmi jednoduché prístroje a zariadenia, ktoré môžu byť plno automatické, a to ako na pohyb rôznych častí (najmä kontajnerov a detektorov), tak aj na zisťovanie a výpočet žiarenia.

Príklad uskutočnenia predmetu tohto vynálezu, ktorý nepredstavuje len jednoduché ručné pohybovanie s kontajnerom a s detektormi, ktoré je v skutočnosti nutné odstrániť z hľadiska požadovanej bezpečnosti obsluhy, je opísaný v ďalšom a obsahuje:

a) nosnú konštrukciu kontajnera, združenú s polohovacím zariadením, vhodným na nastavenie kontajnera medzi dva proti sebe ležiace detektory na meranie žiarenia gama a nad zariadenie, vhodné na váženie kontajnera za účelom merania hustoty jeho obsahu;

b) dvojicu podpier uvedených detektorov, umiestnenú súmerne voči hlavnej ose kontajnera;

c) motor, ovládaný procesorom za účelom uskutočňovania rovnakých a opačných presunov obidvoch detektorov za účelom presunutia obidvoch detektorov do prvej vzdialenosti od detektorov a uskutočnenie prvého výpočtu za účelom zistenia radiácie, a potom opätovné presunutie obidvoch detektorov do druhej vzdialenosti, v ktorej je radiácia vypočítaná za optimálnych podmienok ako z hľadiska presnosti, tak z hľadiska doby merania.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude v ďalšom bližšie vysvetlený na príklade jeho uskutočnenia, ktorého opis bude podaný v súvislosti s priloženými výkresmi, kde:

obr. 1 znázorňuje pôdorysný pohľad;

obr. 2 znázorňuje čelný pohľad v smere šípky A z obr.

1.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na vyobrazení podľa obr. 1 a podľa obr. 2 je znázornená nosná konštrukcia 1, ktorá je umiestnená vodorovne, a ktorá nesie ložnú plochu 2 vážiaceho zariadenia 3, určeného na váženie utesneného bubna 4. Na každej strane nosnej konštrukcie 1 je umiestnená vodorovná podpera 5, ktorá nesie detektor žiarenia gama, označený vzťahovou značkou 6, ktorým pohybuje motor 7, ovládaný počítačom 8a to pozdĺžne v dvoch smeroch, vyznačených šípkou Al.

Ďalší motor M, ktorý je rovnako ovládaný počítačom 8, pohybuje ložnou plochou 2 vo zvislom smere v súlade so šípkou A2. takže pozdĺžna os I-I utesneného bubna 4 sa zhoduje s pozdĺžnou osou detektora 6 žiarenia gama. Motor 7 a motor M sú spojené s počítačom 8 prostredníctvom elektrických vodičov 9, pričom detektor 6 žiarenia gama je spojený s počítačom 8 prostredníctvom elektrických vodičov 10 (na vyobrazení podía obr. 2 nie sú elektrické vodiče 9 a 10 znázornené).

Tretí detektor 6* žiarenia gama, umiestnený nad podperou 5*, a to vo vhodnej vzdialenosti nad utesneným bubnom 4, ktorý je rovnako pripojený na počítač 8 prostredníctvom elektrických vodičov, ktoré nie sú na vyobrazeniach znázornené, sa rovnako môže pohybovať v smeroch, vyznačených šípkou Al, a to za účelom zisťovania údajov, týkajúcich sa distribúcie rádioaktivity v rámci utesneného bubna 4..

V tomto príklade uskutočnenia je vzdialenosť Dl, v ktorej je detektor 6 žiarenia gama umiestnený voči utesnenému bubnu 4 tak, aby riadne pracoval v súlade so spôsobom podía tohto vynálezu, väčšia ako rozmer W kruhových stien utesneného bubna 4, ako je stanovené v hore uvedenom odstavci VI), lebo táto podmienka je podstatná z híadiska získavania tých najlepších výsledkov na základe daného spôsobu.

Počítač 8 je naprogramovaný rovnako na spracovávanie údajov, zadávaných pracovníkom obsluhy, na zhromažďovanie údajov o spektre žiarenia gama a na riešenie rovníc (1) a (2).

Claims (2)

1. Spôsob merania rádioaktivity rádioaktívnych materiálov zatvorených v kontajneri (4) prostredníctvom detektorov (6) lúčov gama, umiestnených z bočnej vonkajšej strany kontajnera (4) , vyznačujúci sa tým, že obsahuje nasledujúce fázy:

I) váženie kontajnera (4) so známym objemom za účelom zistenia priemernej hustoty jeho obsahu,

II) umiestnenie kontajnera (4) na podperu (1),

III) umiestnenie na príslušné podpery (5) dvoch detektorov (6) žiarenia gama, umiestnených súmerne voči hlavnej priečnej ose (II-II) kontajnera (4) a čelne smerom na menšie steny (W) kontajnera (4),

IV) pohybovanie (A2) kontajnerom (4), takže jeho hlavná pozdĺžna os splýva s pozdĺžnou osou (I-I), spojujúcou uvedené dva detektory (6),

V) pohybovanie (Al) dvoma detektormi (6) na ich príslušných podperách (5) za účelom ich zastavenia y skúšobnej polohe pozdĺž uvedenej pozdĺžnej osi (I-I), súmernej s kontajnerom (4), kde je intenzita žiarenia z kontajnera (4) meraná za účelom stanovenia výpočtovej geometrie,

VI) pohybovanie (Al) dvoma detektormi (6) na ich príslušných podperách (5) za účelom ich zastavenia vo výpočtovej polohe pozdĺž uvedenej pozdĺžnej osi (I-I), súmernej voči kontajneru (4), ktorá- sa osvedčila ako vhodná na uskutočňovanie merania žiarenia, ktorá je optimálna z hľadiska presnosti merania a času merania, pričom vzdialenosť (Dl) takých polôh je obvykle väčšia, ako je najväčšia vzdialenosť (W) stien kontajnera (4), smerujúcich k detektorom (6),

VII) meranie žiarenia gama a výpočet geometrického významu, vyjadreného v impulzoch za sekundu, výpočtových pomerov (Cl, C2) obidvoch detektorov (6), pričom je uvedený geometrický význam spojený s intenzitou (I) zodpovedajúceho žiarenia gama prostredníctvom nasledujúceho vzorca (Cl.C2)¹/²-!.β.F1.F2.(α/D²).exp(-μ*.L/2)=1.β.Fl.F2.fc, (1) kde je aktivita najmä sústredená v obmedzenej oblasti kontajnera (4), a alternatívne prostredníctvom vzorca (Cl.C2)^1/2-I.p.Fl.F2.(o/D²).[1-βχρ(-μ*.L)]/(μ*.Σ)= =I.p.Pl.F2.^ (2) kde je aktivita rozdeľovaná rovnomerne v priestore kontajnera (4),

VIII) výpočet intenzity (I) žiarenia gama prostredníctvom jednej zhora uvedených rovníc, kde μ* = (2/D) + μ(Η₂Ο). J, μ(Η₂Ο) - predstavuje hlavný útlmový koeficient vo vode, vyjadrený v cm²/g, f - predstavuje priemernú hustotu, vyjadrenú v g/cm³, materiálu, zhromaždeného v kontajneri (4),

I - predstavuje intenzitu zdroja, vyjadrenú v dps alebo v Bq, β - predstavuje vetvenie uvažovanej línie gama,

F1 - predstavuje vypočítaný absorpčný faktor základni kontajnera,

F2 vzduchu, predstavuje vypočítaný absorbčný faktor vo a - predstavuje závislý na energii detektorov (6), vypočítaný fotónov a parameter, ktorý je na charakteristikách

D - predstavuje vzdialenosť medzi detektorom (6) a stenou kontajnera (4), ležiacou proti detektoru (6), vyjadrenú v cm, zahŕňajúcu vzdialenosť pokrytú v priemere prostredníctvom fotónov vo vnútri kontajnera (4),

L - predstavuje výšku kontajnera (4), vyjadrenú v cm.

2. Spôsob podľa nároku 1 , vyznačujúci sa tým, že tretí detektor (6*) žiarenia gama sa posúva rovnobežne s uvedenou pozdĺžnou osou (I—I) kontajnera (4) v určitej vzdialenosti od tohto kontajnera (4) za účelom zhromažďovania dalších informácií o rádioaktivite, na ktorých základe sa obsluha rozhoduje, či použije jednu alebo druhú z uvedených rovníc (1) alebo (2) na výpočet geometrického významu (Cl - C2)^/².