1.6.2.5 Адсорбционный метод.

Наиболее универсальным и нашедшим самое широкое применение, в отечественных урановых рудни­ках является метод измерения объемной активности радона пу­тем его предварительной адсорбции на активном угле. Этот ме­тод особенно удобен в тех случаях, когда требуется отобрать большое число представительных проб (при детальных радоновых съемках) или измерить низкие значения объемной активности радона (например, в неурановых рудниках или на входящих воз­душных струях урановых рудников).

Проба воздуха объемом 5-10 дм³прокачивается со скоростью 2-2,5 дм³/мин через адсорбер диаметром 15-25 мм и длиной 50-70 мм, заполненный гранулированным активным углем. После 3-часовой экспозиции герметично закрытого адсорбера измеряют гамма-излучение накопившихся в нем ДПР с использова­нием в качестве детектора сцинтилляционного кристалла с ко­лодцем, помещенного в свинцовую защиту толщиной 5-7 см (прибор ИРМ-1). Вариантами метода являются измерения бета-активности угля, рассыпанного слоем высотой менее 1 см на плоской подложке или помещенного в контейнер из сцинциллирующей пласт­массы.

Динамика процесса адсорбции радона из потока воздуха изучена достаточно хорошо, и выбор режима пробоотбора не представляет затруднений. Исследования показали, что лучшим сорбентом радона является активный уголь марок СКТ-2М и МСКТ. Коэффициент проскока К_пр (отн. ед.) для этих углей при отборе 5-литровой пробы воздуха в течение 2 мин через осушитель с СаС1₂и адсорбционную колонку длиной 70 и диаметром 35 мм не превышает 4 %.

Значение К_пропределяют экспериментально, отбирая пробу воздуха через две последовательно соединенные колонки. Если скорость счета детектором (за вычетом фона) составляет для первой по ходу струи колонкиI₁, а для второй –I₂, то

I₂

К_пр= -------.

Эффективность регистрации излучения адсорбера Е (отн. ед.) зависит от времени и скорости отбора пробы воздуха, а также от типа используемого детектора и активного угля.

Для каждого конкретного случая значение Е определяют опытным путем, протягивая через адсорбер воздух из генератора радона с известной объемной активностью радона.

Градуировочный коэффициент прибора [Бк∙с/(имп∙м³)] рассчитывают по формуле

1000

J= ---------------------,

t_отб∙V∙E∙(1- К_пр)

где t_отб- продолжительность отбора пробы воздуха, мин; V- ско­рость отбора пробы, дм³/мин.

Рабочую поверку чувствительности прибора и корректировку градуировочного коэффициента проводят с помощью герметично закрытого адсорбера, в который помещают несколько капель раст­вора ²²⁶Rа.

Объемную активность радона, Бк/м³, рассчитывают по формуле:

J(I_t - I_ф)

C_Rn = ---------------,

_Rn I_t

e

где I_ф– фоновая скорость счета от адсорбционной колонки (до отбора пробы), имп/с;I_t– скорость счета в момент времениt(через 3 часа и более после отбора пробы);t-время, прошедшее после отбора пробы, час; _Rn– постоянная распада радона, равная 0.0075 ч^-1.

Десорбцию радона после измерений производят путей протягивания череэ, адсорбер воздуха разреженного до 1-10 кП и подогретого до 50-70 ◦С.

Погрешность метода не превышает 10-15%. Нижний порог из­мерений с абсорбционными колонками объемом 12 см³составляет100 Бк/м³, а при использовании адсорбера объемом 200 см³ и детектором с кристаллом NaCl размером 160[160 см и с колодце диаметром 60х100см возможно измерение объемной активности радона от 10 Бк/м³.

Недостатком метода является большая масса свинцовой защиты (от 130 до 1600 кг), что затрудняет транспортировку прибора. От этого недостатка свободен вариант адсорбционного метода, в котором после отбора пробы радон переводят в сцинцилляционную или ионизационную камеру из адсорбера, предварительно нагретого до примерно 100◦С. Низкий фон сцинцилляционной камеры обеспечивает повышение чувствительности метода до 0,5 Бк/м³.

Адсорбционный метод применяется для измерения интегральной объемной активности радона. Для этого открытый адсорбер экспонируют в течение нескольких суток. А затем измеряют его гамма-излучение или переводят радон в сцинцилляционную камеру. Для уменьшения влияния влажности воздуха используют марки, сорбционная способность которых по радону мало зависит от влажности, или помещают в адсорбер слой осушителя.

Скорость диффузии радона в слое активного угля зависит от значения равновесного коэффициента Генри и для лучших марок углей составляет порядка 1см/сут. В сорбционной колонке длиной 70 мм, открытой с обоих торцов, равновесное состояние (при постоянной объемной активности радона в окружающей среде) наступает примерно через 3-4 сут после начала экспонирования. В этот момент в 1 см³адсорбера содержится такое же количество радона, как и в 1 дм³окружающего воздуха. Чувствительность метода, по средней объемной активности радона в те­чение 4 сут составляет для адсорбера вместимостью 12 см³около 100 Бк/м^э, для адсорбера вместимостью 100 см³около 30 Бк/м^эБк/м³. Перевод радона из экспонированного адсорбера в сцинтилляцион-ну» камеру повышает чувствительность метода до 2-5 Бк/м³.

1.6.2.6 Камеры с трековыми детекторами.

Трековые детекторы представляют собой тонкую (10-15 мкм) пленку нитрата целлюлозы, чувствительную к альфа-частицам и не­чувствительную к бета-, гамма- и световому излучению. Альфа-частицы, попадая в пленку оставляют в ней характерные молекулярные повреждения – треки. Поскольку ионизация среды увеличивается с уменьшением энергии альфа-частиц, то последняя определяет возможность регистрации данной частицы.

Для того, чтобы треки можно было наблюдать и подсчитывать, детектор после экспозиции протравливают в растворе NaOH, причем темпрературу и время протравливания выбирают экспериментально для каждого вида детектора и должны строго выдерживаться. При протравливании необходимо чтобы трек проходил через всю толщину слоя детектора, поэтому эффективность регистрации альфа-частиц зависит не только от их энергии, но и от геометрии облучения: при углох падении альфа частиц меньше 40^◦эффективность резко падает.

Поскольку первоначальные энергии альфа-частиц радона, RaA и RaCразличны и, кроме того уменьшаются вследствие поглощения в воздухе, выбор оптимальной конструкции блока детектирования представляет собой в этом случае довольно сложную задачу и состоит в оптимизации размеров камеры и детектора, а также в подборе толщины поглотителя, располагающегося перед детектором.

Повышение чувствительности метода достигается созданием в камере электростатического поля напряжением до 150-200В для камеры вместимостью 200 см³и до 400 В для камеры вместимость 800 см³. Под воздействием этого поля ДПР на поглотителе (металлической фольге), что существенно улучшает энергетические и геометрические параметры облучения детектора и позволяет повысить чувствительность метода в 3-5 раз.

Плотность греков на детекторе можно подсчитать с использованием обычного микроскопа с небольшим увеличением. Однако такой метод утомителен и малопроизводителен. Поэтому чаще примеяют автоматические счетчики.

Искровые счетчики "Истра" и "Аист" используют явление злектрического пробоя, возникающее при приложении к детектору электрического напряжения. Поскольку треки имеют различное сопротивление, то при постепенном повышении напряжения меж­ду электродами пробой на отдельных треках наступает в разное время и возникающий при этом импульс тока подсчитываются пересчетным устройством. Для ограничения импульсов во времени в качестве одного из электродов используют тонкую металлическую ленту, "выгорающую" в месте расположения трека в момент пробоя.

В телевизионных автоматических счетчиках треков (ТАСТ) используется более сложная процедура. Детектор размещают под микроскопом на специальном столике. Который с помощью шагового сканирующего механизма передвигается в поле зрения микроскопа. Изображение с каждого участка детектора считывается телевизионной трубкой и передается в память ЭВМ, которая ан7ализирует поступающие данные, отделяя треки, имеющие круглую или овальную форму, от фона (повреждения детектора, имеющие неправильную форму), и подсчитывает общее количество треков.

Камеры с трековыми детекторами градуируют путем их экспонирования в течение определенного промежутка времени, но не иенее8 часов , в атмосфере известной объемной активности радона.

Трековые детекторы используют главным образом дл измерения интегральной объемной активности радона с пассивных блоков детектирования, представляющих собой диффузионную камеру с источником постоянного напряжения 150-400 В, защищенную от попадания внутрь паров воды с помощью фильтра из силиконового каучука, свободно пропускающего радон.

Камеры большого размера (до 1дм³) применяют для оценки интегральной концентрации радона в атмосфере неурановых рудников и для оценки загрязнения радоном воздухоподающих выработок на урановых рудниках.

Камеры вместимостью до 200 см³используют в качестве носимых детекторов радона для оценки индивидуальных доз внутреннего облучения отдельных лиц. Такая камера располагается, например, на крышке аккумулятора головного светильника, который одновременно является источником питания для преобразователя высокого напряжения в блоке детектирования. Нижний предел экспозиций составляет около 5000 Бк∙час∙м^-3.

Детектор заменяют после экспозиции в течение 1-4 недель и определят на нем интегральную дозу.