Статья опубликована в рамках: VIII Международной научно-практической конференции «Технические науки - от теории к практике» (Россия, г. Новосибирск, 19 марта 2012 г.)
Наука: Технические науки
Секция: Приборостроение, метрология, радиотехника
Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции
- Условия публикаций
- Все статьи конференции
дипломов
ПОЛЕВОЕ АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОВМЕСТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПОТОКОВ РАДОНА И ТОРОНА С ПОВЕРХНОСТИ ГРУНТА
Черепнев Максим Святославович
аспирант, ТПУ, г. Томск
E-mail: maxcherepnev@mail.ru
Яковлева Валентина Станиславовна
канд. физ.-мат. наук, доцент ТПУ, г. Томск
Вуколов Артем Владимирович
канд. физ.-мат. наук, старший преподаватель ТПУ, г. Томск
Выполнено при поддержке ФЦП ГК № 02.740.11.0738.
Введение
Комплексы для непрерывного измерения плотности потока радона с поверхности земли могут быть полезны при изучении связи динамики поля подпочвенного радона с изменением напряженно-деформированного состояния земной коры, а также литосферно-атмосферных связей. Их использование на станциях мониторинга, совместно с приборами для измерения поровой активности радона в почвенном воздухе, позволит увеличить достоверность прогнозных оценок, а также даст возможность определять или уточнять параметры модели переноса радона в геологической среде и приземной атмосфере. Повышение содержания радона в зонах разлома нашло применение при исследовании тектонических движений в областях повышенной сейсмичности. В период Ташкентского землетрясения 1966 г. было замечено, что концентрация радона в подземных водах начинает возрастать за несколько дней до землетрясения, повышаясь в 5—7 раз непосредственно перед толчком [1]. Сегодня использованием данных физических процессов для мониторинга сейсмической активности зоны наблюдения занимаются в Индии, Израиле, США, Тайване, Турции и других странах. В России, для построения подобных систем мониторинга необходимо создание устройств, которые удовлетворяли бы ряду особенностей характерных для нашей страны, например, аномальных погодные условий в зимние – весенние периоды года. Основной трудностью при создании систем мониторинга является дороговизна подобных устройств, это и явилось заделом к данной работе: необходимость поиска простого, дешевого и надежного метода измерения плотности потока радона (ППР) и торона (ППТ) с использованием накопительной камеры (НК).
Основная часть
- Описание устройства
В процессе выбора оптимальной накопительной камеры автором было рассмотрено множество вариантов как накопительной камеры, так и способов измерения радиоактивных аэрозолей. В итоге было отдано предпочтение статической накопительной камере с жестко прикрепленным к верхней части камеры детектором.
Камера прототипа полевого устройства представляет из себя отрезок стальной трубы с толщиной стенки 10 мм, диаметром 219 мм и длиной 500 мм. К торцу трубы приварено днище - основание камеры, представляющее из себя железный лист размером 300х300 мм и толщиной 3 мм. Проварка днища осуществлена по всему периметру трубы, для обеспечения герметичности внутреннего объема накопительной камеры. С внешней стороны по образующей трубы приварен шток, служащий направляющей для перемещения детектора в вертикальной плоскости. Фотография устройства представлена на рисунке 1.
Для проветривания внутреннего объема камеры с внешней стороны трубы сбоку смонтирована вентиляционная система, представленная на рисунках 1 и 2, в состав которой входит: 1 – двигатель, 2 – вал двигателя с «гайкой», 3 – «винт», 4 –рельсы, 5 – вибрационные прокладки, 6 – концевые выключатели, 7 – выключатель, 8 – вентиляционный клапан, 9 – уплотнительная прокладка вентиляционного клапана, 10 – ролики.
В качестве детекторов использовались стандартные блоки детектирования БДЗА2–01 и БДПА–01, технические характеристики которых представлены в таблице 1 и таблице 2 соответственно. Регистрация α-частиц в этих детекторах осуществляется посредством люминофора из сернистого цинка активированного серебром ZnS(Ag), нанесенным на органическое стекло, совмещенным с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) и блоком электроники.
|
|
|
|
Рисунок 1. Общий вид устройства |
Рисунок 2. Схема вентиляционной системы накопительной камеры |
.png)
.png)
Таблица 1
Технические характеристики БДЗА2–01
|
Тип фотоэлектронного умножителя |
ФЭУ-49Б |
|
Энергия регистрируемой частицы α-излучения – не менее, МэВ |
5,15 |
|
Площадь детектора, см2 |
200 |
|
Эффективность регистрации при энергии α-излучения 5,15 МэВ, %: с двумя слоями защитной пленки – не менее с одним слоем светозащитного экрана – не менее |
20 |
|
52 |
|
|
Уровень собственного фона — не более, имп./мин |
5 |
Таблица 2
Технические характеристики БДПА–01
|
Диапазон измерения плотности потока альфа-частиц, част./(мин·см2) |
0,1 – 105 |
|
Энергия регистрируемой частицы α-излучения, МэВ |
3 – 7 |
|
Площадь детектора, см2 |
113,1 |
|
Диапазон измерения поверхностной активности альфа-излучения, Бк·см2 |
3,4·10-3 – 3,4·103 |
|
Основная погрешность измеренияплотности потока альфа-частиц — не более, % |
± 20 |
|
Чувствительность к альфа-излучению источника 239Pu, (имп·с-1)/(част.·мин-1·см-2) |
0,15 |
|
Диапазон рабочих температур, °С |
-30 – +50 |
|
Относительная влажность воздуха |
95 |
Прототип устройства после отладки всех блоков использовался как лабораторно-исследовательское устройство. Его камера, с одной стороны, может использоваться как емкость в которую помещается исследуемый грунт, в связи с этим высота накопительной камеры выбиралась такой, чтобы можно было исследовать гумусный слой грунта исследуемого ландшафта порядка 40 см и оставался промежуток грунт-детектор равный 10 см, необходимый для поглощения в воздухе частиц α-излучения с энергией больше 7 МэВ, испускаемых из поверхностного слоя грунта внутри накопительной камеры устройства.
С другой стороны, размеры камеры позволяют поместить внутрь камеры емкость с исследуемым грунтом не прибегая к помещению грунта непосредственно в камеру, что может ускорить поточные измерения. Металлические стенки камеры полностью исключают возможность просачивания аэрозолей в течение периода измерения.
II. Работа устройства
Разработанное устройство позволяет производить непрерывные измерения величин ППР и ППТ, поскольку принцип действия основан на использовании автоматизированной накопительной камеры.
По сигналу с блока управления камера открывается для проветривания атмосферным воздухом для последующего измерения, затем закрывается на период измерения. Длительность времени накопления радона и торона программно можно варьировать в пределах 1—3 ч. Устройство управляется через интерфейс RS-232 посредством ПЭВМ типа IBMPC, сигналы с детектора поступают на АЦП, выполненный в интерфейсе PCIи смонтированный в системном блоке ПЭВМ, управляющей работой всего устройства.
III. Результаты
Эксперименты проводились с разными типами грунтов. Доверительный интервал находился по методу наименьших квадратов. В среднем доверительный интервал составил 25 % с доверительной вероятностью 0,95.
На рисунке 3 приведены экспериментальные данные (динамика скорости счета импульсов альфа-излучения) при измерении манацитового песка. Вертикальными линиями отмечены периоды переключения камеры в режимы накопления (более длинный) и вентиляции (короткий). Поправочные коэффициенты для пересчета скорости счета импульсов в величины ППР и ППТ были определены относительным методом сравнения с результатами измерений аттестованного радиометра радона РРА-01М-03 и расчетными данными по диффузионной модели переноса радона в пористых средах.
По результатам измерений данной камерой были внесены корректировки в разработанный полевой комплекс с автономной накопительной камерой с сцинтилляционным альфа-детектором, работающим в счетном режиме.
|
|
.png)
Рисунок 4. Динамика скорости счета импульсов
Заключение
Комплекс установлен на экспериментальной площадке ИМКЭС-ТПУ и позволяет производить длительные, непрерывные измерения без присутствия оператора. Его стоимость на порядок ниже зарубежных аналогов, в которых способы разделения радона и торона основаны на применении полупроводниковой альфа-спектрометрии. В России аналогов данному комплексу пока нет.
Список литературы:
- Титаева Н. А. Ядерная геохимия. М.: Издательство МГУ, 2000. 336 с.
дипломов
Оставить комментарий