Измерение плотности потока радона

Измерение плотности потока радона Анемометр

Яковлева в.с. методы измерения плотности потока радона и торона с поверхности пористых материалов

68

на внутри НК; 2) перевод радона в измерительное устройство (за рубе-

жом чаще всегоиспользуют ячейку Лукаса) через фильтр, задерживаю-

щий продукты распада радона и торона; 3) последующая выдержка в

течение 3х часов для установления равновесия междурадоном и двумя

альфаизлучающими продуктами его распада (используют не во всех

методах) и 4) измерение активности радона. Пересчет измеренной нако-

пленной активности в величину ППР производят по формулам (6.16.4).

Плотность потока торона с поверхности грунта, используя такую

схему, измерить невозможно.

Особенности регистрации излучения состоят в том, что изза ма-

лого пробега частиц измеряемый источник излучения нужно или вво-

дить непосредственно в чувствительный объем детектора, или поме-

щать вплотную к нему. Первой сцинтилляционной камерой была ячейка

Лукаса, которая представляла собой стеклянную вакуумную колбу,

покрытуюизнутри сцинтиллятором и имеющую хороший оптический

контакт с фотоэлектроннымумножителем [274]. Радон в ячейку Лукаса

вводится вакуумным методом.В настоящее время для регистрации α

излучения широко применяют сцинтилляторы из ZnS(Аg), которые на-

носятся на прозрачные пластинки или стенкикамеры.За рубежом, до

сих пор успешно применяют ячейку Лукаса при радоновых исследова-

ниях.

Метод регистрации альфаизлучениярадона и продуктов его распа-

да обычноосуществляется следующим образом. Радон принудительно

поступает внутрь камеры радиометра(или ячейку Лукаса), внутренняя

поверхность которой покрыта сульфидом цинка, активированного се-

ребром ZnSg). αизлучение радона и продуктов его распада взаимо-

действует с веществом сцинтиллятора и вызывают световые вспышки,

которые регистрируются фотоэлектронным умножителем. Для повыше-

ния точности измерение проводится после установления равновесия

между радоном и его ДПР. Чувствительность в данном случае зависит

от формы камер: для камер, имеющих форму усеченного конуса чув-

ствительность на 10–15% выше чувствительностицилиндрических ка-

мер. Для уменьшения собственного фона сцинтиллятора имеет большое

значение правильный выбор материала, а также нанесение толстого

слоя ZnSg), имеющего незначительные примеси радионуклидов.

На сцинтилляционном методе основаны следующие радиометрыи

комплексы:РГА01, РГА06П, 06М, РГГ01Т (Россия), LUKI, LUK3,

RGM-3 (Eberline Thermo lnstr., CШA), Certifier II(Gemini Research Inc.,

США), Pylon AB5 Model 110A (150 мл сцинтилляционная ячейка) и

Model 300A (277 мл сцинтилляционная ячейка), Pylon CPRD (270 мл

сцинтилляционная ячейка) (Pylon, Канада), RDA-200 (160 мл сцинтил-

§

58

лида в 1 с в 1 м

3

в момент времениt, рассчитываемое по формуле (5.5);

средняя энергия образования альфачастицей одной пары ионов в

воздухе, =35 эВ [262].

Плотность ионизации воздуха внутри НК за счет бета и гамма

излучения

214

Pbи

214

Biможно грубо оценить по формуле (5.6), оценки

представлены на рис. 5.7. Средняя энергия, затрачиваемая на образова-

ние одной пары ионов в воздухе бетаизлучением составляет 35 эВ,

гаммаизлучения –33,85 эВ [262, 263]. Однако такие оценки являются

сильно завышенными, поскольку тольконебольшая часть пробегов бе-

тачастиц и фотонов гаммаизлучения, образованных внутри НК, будет

укладываться в воздухе камеры, и, как следствие, будет малое количе-

ство взаимодействий, приводящих к образованию пар ионов.

Что касается бетачастиц, их пробег в воздухе лежит в диапазоне от

Про анемометры:  Gill WindSonic M – ультразвуковой анемометр купить в Москве

долей сантиметра до 4 м (для

214

Pb) и более (для

214

Bi). Например, для

214

Pb, только пробеги низкоэнергетических бетачастиц (оже

электронов) с энергией менее 70 кэВ могут полностью уложиться в объ-

еме камеры, однако их вклад в выход частиц на 1 распад радионуклида

составляет не более 40 % [263, 265]. Средние потери на ионизацию воз-

духа бетаизлучением

214

Pbи

214

Biсоставляют 2 2,5 кэВ см

-1

, что при-

водит к образованию одной частицей всего 60 70 пар ионов на 1 см

пути.

Учитывая небольшие размеры камеры, оценки плотностииониза-

ции по формуле (5.6) за счет бетаизлучения будут завышены почти на

порядок, поэтомурасчетлучше производитьс использованием специ-

альных программ, основанных на применении метода МонтеКарло

[262, 264]. Посколькуинтенсивность бетаи гаммаизлучения радио-

нуклидов

214

Pbи

214

Biприблизительно на порядок ниже, чем альфа

излучения, их вклады

и

в суммарную плотность ионизации воз-

духа внутри камеры незначительны (рис. 5.7), и ими можно пренебречь.

Суммарная плотностьионизации воздуха внутри накопительной

камеры

будет обусловлена не только излучением радионуклидов, в

воздухе камеры (

), но и излучением радионуклидов, содержащихся в

грунте (

), а также космическим излучением (

)

, (5.7)

где вид ионизирующего излучения.

Активность гаммаибетаизлучающих радионуклидов

214

Pbи

214

Bi

в воздухе камеры на несколько порядков ниже, чем активность гаммаи

бетаизлучающих радионуклидов, содержащихсяв почве (

40

K,

137

Cs, ря-

j

§

Измерение плотности потока радона

43

. (4.25)

Равновесное значениеОА радона в почвенном воздухе равно

. (4.26)

С учетом соотношений(4.25) и (4.26) выражение для плотности по-

тока радона принимает вид

. (4.27)

В итоге, ППР с поверхности земли можно оценивать по соотноше-

ниям(4.16), (4.23) и (4.27), в зависимости от имеющейсяинформации.

Здесь следует отметить, что данные соотношенияполучены в полубес-

конечной геометрии, когда характеристики грунтов не изменяются за-

метным образом с глубиной z. Поэтому, применение предложенного ме-

тода имеет свои ограничения, обусловленные неоднородностью грун-

тов. Например, когда мощность поверхностного слоя грунта меньше

глубины, на которой устанавливается значение A

, а следующий слой

грунта имеет значительно отличающиеся характеристики, либо, в слу-

чае сильно неравномерного распределения

226

Raпо глубине. Так, в не-

которых работах [253, 254] отмечают повышенное содержание радия в

верхнем (30–50 см) слое почвы по сравнению с более глубокими слоя-

ми. Другой пример –зимний период, когда верхний слой почвы промер-

зает и предотвращает свободный выход радона в атмосферу, нарушая

тем самым одно из граничных условий при решении уравнения (4.3). В

этом случае ОА радона ниже глубины промерзания начинает постепен-

но восстанавливаться до своего равновесного значения, следовательно,

градиент ОА радона и ППР стремятся к нулю.

Преимущества метода заключаются в том, что:

1.метод позволяет получить как мгновенные, так и интегральныезна-

чения ППРв зависимости от используемого метода измерения ОА

радона в почвенном воздухе;

2.метод позволяет производить ретроспективные оценки величины

ППР на основеранее собранногоматериалапо измеренным значени-

ям ОА радона в почвенном воздухе;

3.метод не требует оценок скорости адвекциии автоматически учиты-

Про анемометры:  Контроль плотности потока радона из почвы при отведении земельно-го участка под строительство. | Управление Роспотребнадзора по Республике Мордовия

вает влияние состояния атмосферы;

§

Измерение плотности потока радона

31

3.4. НАКОПЛЕНИЕ РАДОНА В ВОЗДУХЕ ИЛИ

НА АКТИВИРОВАННОМ УГЛЕ

По способу накопления различают методы с накоплением радона:

в воздухе (объеме) внутри НК (около 70% опубликованных на-

учных работ посвящено этому методу);

на активированном угле, расположенном внутри НК (~ 30 %

опубликованных работ).

Метод с накоплением радона на активированном угле [36, 112114,

131149] используется в сочетании со следующими методами измере-

ния накопленной активности:

1.гаммаспектрометрический метод с использованием сцинтилля-

ционного, обычно NaI(Tl), или германиевого полупроводникового

детектора;

2.радиометрический метод: гаммаили бетарадиометр, альфа/бета

счетчик на основе жидкого сцинтиллятора.

Метод с накоплением радона в воздухе внутри НК, который часто

называют “методом накопительной камеры” (английские эквиваленты

названия данного метода: closed-can method; cantechnique; closed cham-

ber method; static chamber method; accumulation method), также использу-

ется в сочетании с известными методами измерения накопленной ак-

тивности скобках указан процент опубликованных научных работ,

где использован данный метод):

1.сцинтилляционный (~ 35 %) [18, 78, 113, 141, 150164];

2.полупроводниковый (также в сочетании с электростатическим

осаждением заряженных продуктов распада радона) (~ 15 %)[73,

165171];

3.ионизационный (ионизационные камеры, газоразрядные счетчики,

электретные детекторы) (~ 30 %) [41, 86, 115, 172188];

4.трековый (трековые твердотельные детекторы) (~ 20 %)[106, 182,

189202].

Методы измерения накопленной активностирадона иторона, в за-

висимости от принципаработыдетектора(с использованием источни-

ков питания, или без) подразделяют на (рис. 3.1):

1.активные методы;

2.пассивныеметоды.

Пассивными методами называют группу методов измерения объ-

емной активности радона и торона, в которых детектор накапливает ин-

формацию о радоне и тороне пассивным способом, т.е. без использова-

ния источников электроэнергии. Последующее считывание накоплен-

§

21

Традиционно прогноз землетрясений осуществляют на основе ин-

формации о почвенных газах, в том числе радиоактивного газа радона

[44, 46, 47, 54, 5052].

Известно, что в период повышения сейсмической активности ано-

мальныеизменения ОА почвенного радона могут проявляться на значи-

тельных расстояниях от эпицентра землетрясения (до нескольких тыс.

км.), в зависимости от его магнитуды [75].

С целью повышения чувствительности радонового метода прогноза

землетрясений, мониторингстараются производить на территориях с

наличием глубинных высокоактивных источников радона (породы с

высоким содержанием урана;зоны тектонических разломов в земной

коре [55]) для увеличения амплитуды аномальных всплесков.

Однако, в случае неоднородной геологической среды можно столк-

нуться с рядом существенных проблем. Сложность и многообразие осо-

бенностей геологических структур ведут к различиям в динамике при-

поверхностной концентрации почвенного радона. В итоге недостаточ-

ная изученность геологической структуры существенно затрудняет ин-

терпретацию результатов мониторинга и сравнение данных, получен-

ных в разных точках идля различных территорий. Интерпретацию ре-

зультатов затрудняет и влияниесостояния атмосферы, посколькувре-

менные вариации ОА радона, обусловленные только изменениями ме-

теорологических условий, могут достигать 10ти раз [65].

При проведении мониторинга на территориях с относительно од-

нородной геологической структурой эффект увеличения активности

Про анемометры:  Чем отличается Зиверт от Рентгена и в чем еще измеряют радиацию? | ВОПРОС-ОТВЕТ | АиФ Самара

почвенного радона при повышении сейсмической активности может

оказаться слабо значимым. Расчеты, проведенные в работе [39], показы-

вали, что, как бы сильно не увеличивалась скорость конвекции, актив-

ность почвенного радона не будет превышатьмаксимально возможного

значения (A

max

или

), которое для большинства осадочных пород со-

ставляет ~ 20 кБк/м

3

[49]. Принебольшом увеличении ОАрадона, по-

лезный сигнал может быть “затерян” в “шумовых” вариациях измеряе-

мой величины. В этом случае, величина ОА радона в почвенном воздухе

является слабым индикатором повышения сейсмической активности.

В 2003 г. было предложено использовать плотность потока радона

с поверхности земли в качестве прогностического параметра [39]. Были

произведенычисленные расчеты,результаты которыхподтверждают,

что величина ППРсильнеереагирует на изменение скорости конвекции,

чем величина ОА почвенногорадона. Выявлено, чтонаибольшие пре-

имущества величина ППР имеет именнодля однородных геологических

сред, что очень важно для обеспеченияхорошей сопоставимостиивос-

§

11

207

Pb. В Приложении А приведены таблицы с ядернофизическими ха-

рактеристикамирадионуклидов, входящих в эти семейства [1–7].

В одну из побочных ветвей (коэффициент ветвления2·10

−7

) семей-

ства урана входит также очень короткоживущий (T

1/2

=35 мс) радон

218

Rn. Все отмеченные изотопы радона испытывают альфараспад. Эти-

ми четырьмянуклидами исчерпываетсясписок природных изотопов ра-

дона.

Радиоактивностьэманации закономерна: ядра ихатомов перегру-

жены нуклонами, они содержат 86 протонов и 118–136 нейтронов. Со-

четание в атоме эманации неустойчивого ядра с замкнутой электронной

оболочкой во всех слоях представляет явление абсолютно исключи-

тельное в природе. В естественных условиях, кроме радиоактивных га-

зов радона, торона и актинона, наблюдаются другие радиоактивныега-

зы

37

Аг,

41

Аг и

85

Кг,появляющиеся в атмосфере вследствие воздействия

космических лучей высоких энергий на атомы аргона и криптона.

Искусственным путем получены другие изотопы радона. Нейтро-

нодефицитные изотопы с массовыми числами до 212 получают в реак-

циях глубокого расщепления ядер урана и тория высокоэнергичными

протонами. Эти изотопы нужны для получения и исследования искусст-

венного элемента астата.

Распространенность радона в природе.Подобно гелию, почти

весь радон рассеян в толщах земли и вод. Верхний слой земной коры до

глубины 1,6 км содержит по приблизительным подсчетам 115 т радона,

в атмосфере его намного меньше, около 4 кг [4–6]. Радон содержится в

недрах Земли, почве, водах океанов и рек, атмосфере, природных газах,

нефти, организме человека и животных. Практически отсутствует радон

только в воздухе и льдах Антарктики.

1.3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИЗОТОПОВ РАДОНА

Физические свойства радона. При нормальных условиях радон

бесцветный одноатомный газ, сравнительно легко сжижающийся в бес-

цветную фосфоресцирующую жидкость плотностью около 5 г/см

3

. Фи-

зические свойства радона приведены в табл. 1.1.

Радон тяжелее гелия в 55 раз и воздуха в 7,6 раза. Один литр это-

го газа весил бы почти10 г. Радон вдвое лучше ксенона и вчетверо

лучше криптона растворим в воде. Введя газ в сосуд, заполненный рав-

ными объемами воды и воздуха, можно обнаружить, что при комнатной

температуре четвертая часть радона окажется в воде, а три четверти в

воздухе;при С половина радона растворится в воде. Даже при 100°

С около 10% радона остается в воде. В присутствии электролитов рас-

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий

Adblock
detector