автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.10, диссертация на тему:Метод и средство экспресс-анализа содержания радона в атмосферном воздухе

ОД БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

/ 8 шон ша

УДК 539.12.074:539.16

ЛОБАЧ ДМИТРИЙ ИОСИФОВИЧ

МЕТОД И СРЕДСТВО ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА СОДЕРЖАНИЯ РАДОНА В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ

05.11.10 - " Приборы и методы для измерения ионизирующих излучений и рентгеновские приборы "

Автореферат диссертации на соисканне учёной степени кандидата технических наук

Минск 1998

Работа выполнена на кафедре ядерной физики Белорусского государственного университета и в Международном институте по радиоэкологии им.А.Д.Сахарова

Научные руководители - кандидат физ.-мат. наук, доцент

Дежурко Михаил Дмитриевич - кандидат техн. наук, доцент Чудаков Владимир Андреанович

Официальные оппоненты : доктор техн. наук, профессор,

член - корреспондент HAH РБ Нестеренко Василий Борисович кандидат техн. наук Кожемякин Валерий Александрович

Оппонирующая организация - Институт физики HAH РБ

Защита состоится ¿9 ^лх. 1998 г. в ^ на заседании совета по заадате диссертаций Д 02.01.10 в Белорусском государственном университете по адресу : 220080, г.Минск, пр.Ф.Скорины. 4. главный корпус БГУ. ауд.- 206.

Телефон ученого секретаря 278-93-45.

Телефон технического секретаря советов 226-55-41

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского государственного университета

Автореферат разослан $$ 1998 Г

Ученый секретарь совета по защите диссертаций доктор физ.- мат. наук.

профессор —- Апанасович В. В.

- 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тпет! диссеутащи:

Тематика радонового мониторинга в разное время разрабатывалась в НПО"Перспектива" (С-Пб), службами РЦГЭ ( Республиканского центра гигиены и эпидемиологии ) и БЖД ( Белорусской железной дороги ). Результатами этих исследований является констатация факта высокого содержания радона в воздухе ряда сельских домов Моги-лбвской и Гомельской областей, а так же в воде ( ж.д.станция в Микашевичах ) и т.д.. При этом после определения как ОА. так и ЭРК никаких выводов и рекомендаций сделано не было. Об этом говорится в отчете НИИ ЯП БГУ "РАДОН" ( республиканская НТ программа 18.02р. гос.регистрационный N 01910038505. научн.рук. Барьшевский В.Г..Минск.1992 ). Анализ основных характеристик используемых вышеуказанными организациями приборов не позволяет обобщить полученные результаты, т.к. определялись разные физические величины, а вариации содержания радона и его ДПР в воздухе могут носить как сезонный, так и суточный характер, и зависят от воздухообмена в помещении.

Равномерное распределение годовых дозовых нагрузок населения по территории Беларуси указывает на присутствие различных источников ионизирующих.излучения, воздействующих на людей в южной и северной частях страны. В местах загрязнённых радиоактивными "выпадениями вследствии аварии на ЧАЭС ( юг Могилёвской. Гомельская, восток Брестской областей ) - это в первую очередь техногенные радионуклиды 137Сз и 903г, выделение радона из почвогрунтов здесь почти полностью экранируется водоносными слоями и заболоченностью местностей". На географическом севере' и северо-западе Беларуси основными источниками облучения являются содержащиеся в почвогрун-тах естественные радионуклиды урана .радия .тория и радона.

Медикобиологическое применение оборудования для радонового мониторинга долшо быть тесно связано с изучением геофизики Земли ( разломы .выявление месторождений природных ископаемых ). а так же экологическими аспектами загрязнения окружающей среды крупными промышленными центрами, предприятиями ( когда гггйп можно использовать как индикатор явлений атмосферного переноса ).

Доступный ассортимент технических средств ведения радоновых исследований представлен разнообразными не производимыми в стране специализированными и дорогостоящими приборами. С точки зрения определения содержания изотопов радона в воздухе, они обладают

двумя существенны}® недостатками. Во первых, крайне низкой экс-прессностью измерений с погрешностью <50% (0,95) в области низких объемных активностей радона ( <10 Бк/м3 ). Во вторых, отсутствием селективного анализа газа по изотопному составу.

Разработанный нами прибор позволяет частично устранить вышеуказанные недостатки за счет применения'более совершенных методик измерения и новых технических решений. Кроме того, с его помощью можно определить как объемную активность, так и эквивалентную равновесную концентрацию изотопов радона. В конструкцию радиометра заложена потенциальная возможность его применения для измерения скорости эксхаляции радона из почвогрунтов, - строительного сырья, материалов и изделий, а так же определения концентрации радиоактивного газа в почве.

Связь работы с крупными «сщчюихи. пуогуаАшат, телши:

Результаты работы внедрены в НИОКР "Разработать и организовать выпуск радиометра радона в воздухе с использованием электрических полей для концентрирования дочерних продуктов распада, разработать методику выполнения измерений" (N08/97 от 2.05.97) и используются в НИР N09/97 (2.05.97) в соответствии с ГНТП "Разработать и внедрить методы и аппаратурные средства для обеспечения радиационной и экологической безопасности "Радиоэкология"" , утвержденную постановлением Кабинета Министров N 7 от 17 января 1997 Г..

Цель и задачи исследования:

Цель работы :

Разработать принципы функционирования и создать радиометр объемной активности и эквивалентной равновесной концентрации изотопов радона, основанный на применении метода электростатического сбора ДПР радона для экспресс-определения содержания изотопов радона в атмосферном воздухе.

Для достижения.поставленной цели решались следующие задачи:

1. Провести анализ существующих технических решений по теме для обоснования направления собственных разработок;

2. Осуществить математический анализ и расчет процессов сбора ионов дочерних продуктов распада изотопов радона в электростатических полях различных конфигураций на рабочую поверхность детектора для последующей их а-спектрометрии;

3. Разработать метод измерения объемной активности и эквивалентной равновесной концентрации изотопов радона в воздухе, включающий активное, непрерывное прокачивание воздуха через электрос-

татическую камеру, предназначенную для сбора положительно заряженных ионов ДПР на рабочую поверхность а-детектора;

4. Разработать измерительный преобразователь (ИП) радиометра радона . исследовать и оптимизировать его характеристики;

5. Изготовить стационарный радиометр радона и исследовать его основные характеристики;

6. Провести исследование возможности применения вышеуказанного радиометра для определения содержания изотопов радона в воздухе.

Научная новизна полученных результатов:

1. Впервые проведены математические расчеты процесса электростатического сбора частиц ДПР. включающие уче? окисления ДПР в воздухе, рекомбинации ДПР или его оксида, нейтрализации оксида ДПР, радиоактивного распада аэрозоля ДПР.- Они позволяют оценить влияние на процесс электростатического сбора параметров окружающей среды - давления, температуры, относительной влажности, теоретически определить дополнительные погрешности влияющих величин на осаждение аэрозолей ДПР.

2. Разработан способ определения содержания изотопов радона в воздухе на основе регистрации первых а-активных ДПР. Он заключается в. активном пропускании воздуха с радоном и его ДПР через электростатическую камеру измерительного преобразователя радиометра для осаждения положительно заряженных ДПР на ППД с целью регистрации а-излучений собранных на детектор ДПР в процессе про-боотбора. Методика проведения измерения ОА и ЭРК по вышеуказанной схеме позволяет осуществить экспрессные измерения 1п-з1Ш низкого содержания изотопов радона в воздухе (< 10 Бк/м3).

"3.Разработан и создан экспериментальный образец многофункционального радиометра для радонового мониторинга, использующий метод электростатического сбора частиц с ДПР на рабочую поверхность детектора для последующей их а-спектрометрии во время непрерывного пробоотбора воздуха через измерительный преобразователь. Практическая реализация разработанной схемы прибора позволяет определять и объемную активность, и эквивалентную равновесную концентрацию изотопов радона в воздухе ( для ОА < 10 Бк/м3 одновременно). При этом нижний предел детектирования, по результатам регистрации г18Ро . составил 2 Бк/м3 ОА г2гИп для часовой экспозиции с погрешностью 50% ( доверительная вероятность 0,95 ) . Многофункциональный радиометр позволяет, кроме того, проводить измерения 1п-эии скорости эксхаляцш изотопов радона из плоских об-

- 4 -

разцов почвогрунтов и строительных материалов.

Практическая значимость получеюаа результатов: Разработан теоретический подход описания процессов электростатического осаждения аэрозолей ДПР,.позволяющий рассчитать и оптимизировать основные характеристики измерительного преобразователя при различных конфигурациях поля в камере сбора ионов ДПР радона, и, в целом, сократить время проведения необходимого объема экспериментальных исследований для его оптимизации. Выражения для вычисления ОА и ЭРК изотопов радона позволяют проанализировать основную погрешность определения результата как функцию времени экспозиции (т.е.экспрессности) и скорости прокачки воздуха, которая задается техническими параметрами используемого насоса. В программном обеспечении прибора производится расчет ОА изотопов радона и их ДПР по полученным теоретическим формулам. Применение активного метода пробоотбора воздуха позволяет осуществлять экспрессные измерения низких ОА и ЭРК изотопов радона ( < 10 Бк/'м3 ) с погрешностью < 50% (0,95).

Из анализа российской ФЩГРадон" вытекает высокая значимость и практическая ценность разработки многофункционального радиометра радона для Беларуси, особенно в связи с тем ,что существующие на-мировом рынке приборы являются дорогостоящими и узкоцелевыми.

Для дальнейшего широкомасштабного использования основных результатов работы требуются затраты на внедрение и адаптирования разработанного радиометра к практическим задачам служб радиационного мониторинга и научным целям ( по критериям дизайна, эргономики и т. п. ).

Эконолмчеисая значимость полггчетаас результатов: Согласно основным положениям ФЦП России "Радон" .планируемые затраты на.техническую поддержку программы составляют менее 10% •' от ожидаемого экономического эффекта, поскольку результаты от проведения радонового мониторинга имеют медицинский и социальный аспекты. С другой точки зрения аналогов настоящей разработке в странах СНГ нет, поэтому прибор функционирующий по разработанной схеме может быть использован в качестве коммерческого продукта. Основные положения диссертации, еыкосц/ше на защиту: 1. Расчет электростатического-осаждения аэрозолей ДПР в воздухе камеры сбора с учетом окисления ДПР, рекомбинации ДПР или его оксида, нейтрализации оксида ДПР, радиоактивного распада аэрозоля ДПР. На основе этого расчета решены задачи оптимизации па- раметров прибора и сокращения временных затрат на выполнение не-

- 5 - "

обходимых экспериментальных исследований.

2. Способ построения измерительного-преобразователя многофункционального радиометра изотопов радона с использованием активного, непрерывного прохождения через него воздуха и электростатического сбора радионуклидов ДПР изотопов радона на рабочую поверхность детектора для их а-спектрометрии. который позволяет достигать наилучшую среди существующих приборов экспрессность определения низких концентраций изотопов радона, проводить измерения Ш-эии ОА изотопов радона, ДПР, ЭРК и кратности воздухообмена, скорости эксхаляции изотопов радона из образцов- ( почвогрун-тов, строительных материалов и изделий ) и содержания радона в слое почвы.

3. Экспериментальный образец многофункционального радиометра для радонового мониторинга, позволяющий осуществлять 1п-э1Ш экспрессные измерения (до 90 минут) низкого содержания изотопов радона в воздухе {< 10 Бк/м3) и их ДПР с погрешностью не больше 50% (доверительная вероятность 0,95).

Личный вклад соискателя:

Теоретические и экспериментальные исследования проблем радонового мониторинга окружающей среды : воздуха, строительных материалов и, изделий и т.д. осуществлялись автором в научной группе, руководимой к.т.н. Чудаковым В. А..

Плодотворному решению поставленных задач способствовали предварительно проведенные исследования эксхаляции изотопов радона из строительных материалов. В период с 1993 - 1994 г.г. в ШРС (Международном институте по радиоэкология им. А.Д.Сахарова) была произведена апробация применения электростатического концентрирования для определения скорости эксхаляции (СЗ) изотопов радона из строительных материалов и почвогрунтов (помощь в этой работе оказывал Махди М.Р.) и. разработана методика определения СЭ из плоских образцов материалов, а так же методика оптимизации параметров и характеристик ИП радиометра радона содержащего электростатическую камеру для осаждения ДПР на детектор.

Непосредственно соискателем осуществлялась :

- разработка математического описания процессов электростатического осаждения ДПР на рабочую поверхность детектора;

- теоретическая разработка предлагаемого в работе метода экспресс-анализа содержания изотопов радона в атмосферном воздухе , ' сочетающая его активный пробоотбор и электростатический, сбор

ДПР на поверхность а-ППД;

- теоретическая проработка применения многофункционального измерительного преобразователя радиометра для измерения ln-situ скорости эксхаляции изотопов радона из образцов (проб) почвогрун-тов. строительных материалов, сырья и изделий, а таете содержания радона в почвенном воздухе.

- создан ИП макета комбинированного радиометра радона и лабораторный стенд для исследования его характеристик , включающий ЭВМ для обработки получаемой при измерении информации;

- проведено теоретическое и экспериментальное исследование параметров ИП прибора.

В ходе работы соискателем было накоплено большое количество теоретического и экспериментального материала, данных об исследованиях в мире по настоящей тематике, сведений о технических разработках и приборах, используемых в радоновом мониторинге.

В период подготовки математической базы для расчета электростатического сбора, а также для получения результатов при проведении экспрессных измерений многофункциональным радиометром радона в режиме активного пробоотбора, оказывал помощь Дежурко К'. Д..

- На разных этапах работ, проводимых по подготовке публикаций, осуществлялось техническое содействие аспирантов и сотрудников МИРС (Войлокова С.В.. Лупякова А.И., Пивоварчика В. Ф., Чернявского B.C.).

На основании- проделанного информационного поиска, совместно с Тушиным H.H. было издано учебно-методическое пособие "РАДОН".

Апробация результатов диссертации:

Материалы работы докладывались и обсуждались на научных семинарах НИЛ новой радиоизотопной техники МИРС и на Международных 51-ой и 52-й конференциях в Белорусской государственной политехнической академии, а также на Международном симпозиуме "Актуальные проблемы дозиметрии" в МИРС. Издано учебно-методическое пособие "Радон" для специалистов и работников Республиканской системы радиационного контроля. Результаты работы внедрены и используются в НИОКР ¡108/97 и НИР N09/97 (Программа "Радиоэкология" N. 5.1.1).

Опубликовакность результатов:

Результаты теоретических и экспериментальных исследований по радоновой тематике опубликованы в одинадцати научных работах : двух статьях в научном журнале, одной статье в сборнике научных трудов симпозиума, пяти депонированных работах, двух тезисах в

сборниках научных докладов НТ конференций в БГПА и учебно-методическом пособии "Радон".

Объём и стртптюа диссертации:

Диссертация состоит из введения, четырех глав и шести приложений. Полный объем работы 169 страниц. Объем, занимаемый 25 иллюстрациями, 21 таблицей, списком использованных источников и шестью приложениями составляет 71- страница. Библиография диссертации : 234 литературных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко представлена историческая справка по изучаемому вопросу. Отмечается развитие радоновой проблематики в мире в последнее время. Воздействие радона- и его ДПР на население США оценивается в 2мЗв за год. Измерения НПО"Перспектива" подтверждают актуальность опасности радона в Беларуси, она по меньшей мере в 2 раза превышает в среднем воздействие чернобыльских выпадений. В структуре онкологических заболеваний в Беларуси рак легкого занимает первые места. В нашей стране проблема радона целенаправленно не разрабатывалась, поэтому развитие инструментария является.важной задачей. Обоснована актуальность темы исследования, указана новизна технической разработки и ее практическая значимость.

Первая глава является в основном обзорной. Описаны разнообразные свойства и характеристики изотопов радона и их ДПР, начиная от распространенности в природе и до образования аэрозольных сгустков ДПР. Указывается целый спектр источников радиоактивного газа" как для помещений, так и для атмосферного воздуха. Уделяется внимание механизмам выхода радона из почвы. В заключении главы предлагается обзор существующего в мире оборудования для проведения мониторинга радона в воздухе.

В первом разделе главы достаточно подробно приводятся известные физико-химические свойства изотопов радона и их ДПР (радиоактивные семейства, энергии излучений4и др.),

Второй разбел посвящён источникам радона в атмосферном воздухе. Указывается, что их следует разграничить по отношению к помещениям и воздуху вне зданий. Главным источником радона в воздушных массах является почва. Вода представляет собой промежуточную среду ( между почвой и воздухом ), в которой изотопы радона хорошо растворяются, а её течения могут переносить их в почве на

большие расстояния. Приведены данные о распределении и, ТЬ. На и ¡гп в природе. Содержание их в разных средах определяют радоноо-пасность вещества. Подробно описываются механизмы и этапы миграции и перехода атомов радона из структурных частей почвы в атмосферный воздух. Раздел содержит разнообразные типичные значения удельных активностей и.' Тй и Ка в горных породах, почве, разных материалах, а так же Рл в почвенном воздухе, воде, атмосфере, скоростей его эксхаляции и пр.Отмечается роль изотопов радона и их' ДПР в процессах атмосферного электричества.

Уделено внимание , почве. - как основному источнику радона в воздухе. Кратко рассмотрена геологическая природа поступления газа в атмосферу. Приведен один из вариантов оценки потенциальной радоноопаскости.участков строительных застроек. Особый интерес представляют радоновые, аномалии , обусловленные геофизическими событиями. Эмиссия радона из почвы зависит от сезонных и метеорологических изменений. Приведены две теории распространения газа в почве :. механизм стрессовой коррозии и механизм компрессии.

Проводится конкретизация по источникам радона в воздухе помещений. Отмечается, что основными из них являются строительные конструктивы,, .а почва становится главным источником для подвальных помещений и сельских домов.

Третий. раздел является основным. Он посвящен методам и средствам регистрации изотопов радона и их ДПР в воздухе. Приводятся классификации приборов по : процессам попадания вохдуха (пробоотбору) в регистрирующую аппаратуру ("активные" и "пассивные"); времени получения результата ("мгновенные" .непрерывного действия, интегрирующие ); измеряемому параметру (ОА, ЭРК, РУ. РУМ. СЭИ).

. Представлено краткое описание устройств, применяемых при ■" проведении.радонового мониторинга, анализируются методы с пробо-' отбором, непрерывного действия, и т. д., применяемых для измерения как содержания в воздухе изотопов радона, так и их ДПР.

Вторая глава посвящена описанию осаждения зарянсенных ДПР радона с использованием электрических полей. В главе представлен математический расчет процессов сбора ДПР радона в электростатических полях с учетом нейтрализации РоОг в воздухе оксидами азота ■ (Ш2, КО), а так же при наличии рекомбинации стационарно образуются ДПР с однородно распределенным отрицательно заряженным ком-' понентом воздуха. Осуществлен математический анализ процесса - электростатического' сбора частиц ДПР, включающий учет окисления

ДПР в воздухе, рекомбинации ДПР или его оксида, нейтрализации оксида ДПР. радиоактивного распада аэрозоля ДПР. Оценено влияние на процесс электростатического сбора параметров окружающей среды -давления, температуры, относительной влажности, это позволяет теоретически определить дополнительные погрешности влияющих величин на осаждение аэрозолей ДПР.

Первый раздел главы направлен на рассмотрение процесса образования ДПР изотопов радона. Наибольшее внимание уделено' именно неприкрепленным ДПР. т.к. считается, что аэрозоли с прикрепленными радионуклидами не имеют электрического заряда, а значит они не могут участвовать в процессе электростатического.сбора/ Отмечается, что различные исследователи приводят разные данные о количестве заряженных частиц с ДПР. 210Ро является при образовании, положительно заряженным в более чем 50%. случаев, a z,6Po -около 99%. . , .

Анализу процессов электростатического сбора положительно заряженных частиц ДПР радона в электрических полях посвящен второй раздел. Отмечается, что на процессы, происходящие при электростатическом сборе ДПР и аэрозольных частиц, •содержащих ДПР. существенно влияют не только геометрические характеристики камеры сбора измерительного преобразователя ( размеры электродов, расстояние между ними > . конфигурация и напряженность стационарного электростатического поля, но и давление, влажность и. температура воздуха. ./'У

В результате расчетов оценено влияние на процесс электростатического сбора параметров окружающей среды - давления, температуры, относительной влажности, это позволяет теоретичеаси определить" дополнительные погрешности влияющих величин на осаждение аэрозолей ДПР. Произведенная, с использованием экспериментальных данных, теоретическая оценка значения суммы постоянных нейтрализации и рекомбинации для аэрозолей 218Ро и 21СРо. показала 14% совпадение результатов величин для этих радиоизотопов. .

Третья глава посвящена описанию новому катоду определения содержания ДПР изотопов радона в атмосферном воздухе. Он базируется на регистрации ДПР в течение непрерывного пробоотбора воздуха. Рассмотрена разработанная конструкция многоцелевого:радиометра радона для мониторингового использования,. который может работать в режиме пассивного, активного непрерывного пробоотбора воздуха или как "камера распада", а сбор положительно заряженных а-актквных ДПР на детектор присхсдит в электростатической камере.

Измерительный преобразователь прибора позволяет проводить определение т-эШ 0А и ЭРК изотопов радона в воздухе, скорости эксха-ляции радона и торона из образцов и проб, а таюке содержания гг2Нп в почвенном воздухе.

В первол разделе уделяется внимание источникам изотопов радона с точки зрения их математического учёта. Приведена функция формирования ОА радона и торона в помещении с течением времени. Предлагается теоретическое обоснование подхода определения скрытой энергии излучения (СЭЙ) изотопов радона, их эквивалентной равновесной концентрации (ЭРК) и рабочего уровня (РУ). В табличном виде представлены постоянные распада всех природных изотопов радона и их короткоживущих ДПР. СЭИ для радионуклидов ДПР радона и торона.

Второй раздел посвящен разработанному в диссертационной работе методу определения ОА и ЭРК изотопов радона. Новое техническое решение заключается в проведении активного, непрерывного про-боотбора воздуха в измерительном преобразователе (ИП) радиометра радона. Рассмотрены случаи пассивного и активного проведения измерения ОА изотопов радона, а так же функционирования ИП как "камеры распада".

- Выражения для интерпретации результатов измерений, проведенных в режимах непрерывного активного и пассивного пробоогбора, а также для -"камеры распада" можно получить путем решения системы дифференциальных уравнений, описывающих временную зависимость количества изотопов радона и их ДПР в воздухе камеры установки, а также числа собранных на рабочую поверхность детектора (РПД) радионуклидов. В них учитывается : увеличение числа радионуклидов за счет распада материнского изотопа и поступления частиц с воз-духам при пробоотборе; их уменьшение при радиоактивном распаде и •' выходе радионуклидов из камеры с током воздуха; осаждение на РПД заряженных ионов поступающих в камеру извне и образующихся внутри • при распаде предшествующего продукта. Уравнения для радионуклидов на РПД включают в себя слагаемые, отвечающие за процессы : собственного распада радионуклида на РПД; увеличения количества ДПР при распаде материнского изотопа на самой поверхности; осаждения ДПР, образующихся в воздухе камеры и проникающих внутрь при пробоотборе.

Техническое решение метода реализовано в ИП многофункцио- , нального радиометра для радонового мониторинга (раздел третий). - Его работа основана на использовании электростатического сбора

- и -

ДПР стационарным электрическим полем на рабочую поверхность детектора для последующей спектрометрии а-излучений. Указаны особенности измерения радиоактивных аэрозолей. Представлены конструкция и возможности измерительного преобразователя. Произведено описание функциональных узлов и блоков стационарной установки. Раздел также содержит описание программного обеспечения стационарного многофункционального радиометра изотопов радона.

Четвертый раздел содержит информацию об определении скорости эксхзляции изотопов радона из образцов (проб) и содержания 2ггР.п в почвенном воздухе по дочернему полонию с применением разработанного прибора.

Четвёртая власа содержит результаты теоретического и экспериментального исследования параметров измерительного преобразователя многофункционального радиометра изотопов радона.

Первый и второй раздели посвящены оптимизации параметров электронно-спектрометрического тракта блока детектирования и ИП стационарного многофункционального радиометра радона. Описана процерура оптимизации геометрии камеры сбора ЯП, определено минимально необходимое напряжение сбора ДПР изотопов радона, обсуждается соотношение числа разнополярных ионов ДПР.

В третьем разделе произведена оценка спектрометрических характеристик прибора : предела допускаемой основной погрешности или основной погрешности при доверительной вероятности 0,95 , чувствительности, энергетической зависимости чувствительности, нестабильности показаний, уровня собственного фона. Нижний уровень детектируемой активности ограничивается величиной минимальной измеряемой активности (МИД). Теоретически оценены основная и дополнительная погрешности ИП.

Были измерены значения чувствительности для радионуклидов ДПР гггНп (сеточный электрод с ячейкой 2*2 мм2):

Таблица 1

Зависимость чувствительности ( мин"1 ДПР на 1 Бк/мэ ОА равновесного с ним гггКп ) от скорости прокачки для разных ДПР

прокачки нет 1 л/мин 5 л/мин

218Р0 214р0 О, 05±0, 01 0, 027+0,007 0. 05±0, 01 0, 09±0, 01 0,05+0, 01 0,14+0,01

Было исследовано влияние на эффективность сбора ДПР размера

• - 12 -ячейки .сеточного электрода.

- Применение сегки с ячейкой 0,5хО,5 мм2 позволяет увеличить чувствительность, радиометра . а значит и уменьшить МИА. Так при скорости пробоотбора 1 л/мин чувствительность по 218Ро составила 0,07+0, 01 . а для 214Ро. 0,1140,01 мин"1 ДПР на 1 Бк/м3 равновесного с ним гггЕп. Поэтому МИА:для экспозиции 1 час с погрешностью 50% (0.95), составила 2.0 Бк/м3. Изменение этого параметра от времени экспозиции представлено на следующей -таблице ( погрешность 50%.(0.95)):

Таблица 2

МИА при.расходе воздуха 1 л/мин и сеточном электроде с ячейкой 0,5*0,5 мм2

экспозиция, час .1,5 2 2.5 3

МИА,Бк/м3 1.6 1.4 1,3 1.2

Практически подтверкдено преимущество проведения регистрации а-излучений ДПР изотопов радона электростатичеки собранных на рабочей поверхности детектора во время непрерывного, активного пробоотбора воздуха для определения ОА ДПР радона и торона. Уменьшение величины площади ячейки сеточного электрода увеличивает эффективность электростатического осаждения ДПР на рабочую поверхность детектора,, а * увеличение скорости прокачки повышает число ДПР входящих в камеру сбора, в итоге, и первое, и второе повышает чувствительность радиометра, что позволяет существенно улучшить эту характеристику.

В приложениях содер:хатся: методика выполнения измерений объемной активности радона в воздухе с применением радиометра "РРВ-01.ШРС"; варианты электрических'схем. блока детектирования; листинг фрагментов программного обеспечения стационарного радиометра изотопов радона; акт сравнительных испытаний макета радиометра изотопов радона (МРИР) и радонмонитора !Ш-В (производство Швеции): акты о внедрении и использовании результатов диссертационной работы в НИРах

ВЫВОДЫ

1. Анализ распределения и величин дозовых нагрузок населения Беларуси, а так.же характеристик геологического пространства тер-

- 13 - .

ригорки Республики , на основании результатов проведенного информационного поиска, актуализирует высокую значимость тематики радонового мониторинга и его технического обеспечения в нашей стране. Доступный ассортимент технических средств ведения радоновых исследований, представлений очень разнообразными не производимыми в стране узкоспециализированными и дорогостоящими приборами, не содержит эффективного многофункционального прибора для мониторинговых работ. •

2. Впервые проведены математические расчета процесса- электростатического сбора частиц ДПР, включающие учет окисления ДПР в воздухе, рекомбинации ДПР или его оксида, нейтрализации оксида ДПР, радиоактивного распад аэрозоля ДПР. Они позволяют оценить влияние на процесс электростатического сбора параметров окружающей среды - давления, температуры, относительной влажности, теоретически определить дополнительные погрешности влияющих величин на осаждение аэрозолей ДПР.

3. Способ построения измерительного преобразователя многофункционального радиометра изотопов радона с использованием активного, непрерывного прохождения через него воздуха и электростатического сбора радионуклидов ДПР изотопов радона на рабочую поверхность детектора для последующей их «-спектрометрией позволяет достигать наилучшую, среди существующих зарубежных аналогов прибора, зкспрессность при определении низких концентраций радона (<10 Бк/м3) при одновременном определении ОА изотопов радона и их ДПР, ЭРК и кратности воздухообмена . а так же проводить измерения Ш-эиц скорости эксхаляции изотопов радона из образцов (почв'ог-рунтов, строительных материалов и изделий) и содержания радона в слое почвы.

4. Метод экспресс-анализа содержания изотопов радона в атмосферном воздухе, базирующийся на непрерывном его пробоотборе с постоянной скоростью через электростатическую камеру сбора ионов ДПР обеспечивает возможность проведения экспрессных измерений (до 90 минут) для определения ОА гггЯп менее 5 Бк/м3 с погрешностью не больше 50% (доверительная вероятность 0,95).

5. Проведенная работа позволила получить данные по теме НИ-ОКР "Разработать и изготовить опытный образец ради ометра радона в воздухе с использованием электрических полей для концентрирования дочерних продуктов распада, разработать методику выполнения измерений" ( ГНТП "Радиоэкология" N.5.1.1. ), выполняемой в Международном институте по радиоэкологии им. А.Д.Сахарова, одной из

задач которой является подготовка документации на выпуск носимых радиометров изотопов радона в воздухе, функционирующих по предложенному в настоящей работе методу.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

. 1. Проблема эксхаляции изотопов радона из строительных материалов / Лобач Д.И., Чудаков В.А. // Материалы 51-й HT конференции, Белорусская государственная политехническая академия. -Минск, 1995. - 4.7. - с. 22-23.

2.Теоретический анализ процессов электростатического сбора дочерних продуктов распада радона в плоских камерах с однородным электрическим полем/ Лобач Д.И., Перцев А.Н., Чудаков В.А.-; Ред.ж.Вестн.Белорус.ун-та. Сер. I. Физ. мат.инф.- Минск. 1996. - 22 е.- Деп. В ВИНИТИ 06.02.96 H 397-В96.

3. Реализация электростатического метода сбора ДПР изотопов радона для экспресс-оценки его эксхаляции из почвогрунтов и строительных материалов/ Лобач Д. И. . Чудаков В.А.; Ред.к.Вестн. Белорус, ун-та. Сер. I. Физ. мат. инф. - Минск. 1996. - 8 с,- Деп. в ВИНИТИ 06.02.96, N 398-В96.

4. Исследование характеристик измерительного ■ преобразователя для экспресс-определения скорости эксхаляции изотопов радона из почвогрунтов и строительных метериалов / Войлоков C.B.. Лобач Д. И., Лобач Ю. И.. Лупяков А. П., Пивоварчик В. Ф.. Чернявский B.C., Чудаков В.А.; Ред.ж. Вестн.Белорус.ун-та. Сер. I. Физ. мат. инф. -Минск. 1996. -19 е. - Деп. в ВИНИТИ 06.02.96 N 399-В96,

5. Модель импульсной ионизации в плоской камере сбора ДПР радона / Лобач Д.И., Чернявский B.C., Чудаков В.А.// Ред.ж.Вестн.Белорус, ун-та. Сер. I.Физ.мат. инф. - Минск, 1997. - 21 С.- Деп. в ВИНИТИ 06.01.97 , N 32-B97. •

6. Анализ сбора частиц ДПР радона в полях сферической и полусферической . конфигурации / Лобач Д. И., Лупяков А.П.. Чудаков В. А.// Ред. а. Вестн. Белорус, ун-та. Сер.1. Физ. мат. инф. -МИНСК, 1997. - 22 С.- Деп. В ВИНИТИ 06.01.97, N 33-В97.

7.Определение скорости эксхаляции радона из образцов по дочернему полонию / Лобач Д.И., Перцев А.Н., Чудаков В.А. // Вестн. Белорус.ун-та. Сер.1: Физ.мат.инф., 1997, N1 , с. 32-34.

8.Лобач Д.И.,Тушин H.H., РАДОН, Учебно-методаческое пособие. РНУИЦ РИВШ БГУ, Минск. 1997, 111 с.

9. Комбинированный радиометр изотопов радона для многоцелевого использования/ Лобач Д.И., Чудаков В.А.// Материалы 52-й HT

конференции. Белорусская государственная политехническая академия. - Минск, 1997. - 4.5. - с. 127.'

10.Экспресс- анализ содержания радона в атмосферном воздухе/ Лобач Д.И., Чудаков В.А.// Сб.трудов меадунар.симп. "Актуальные проблемы дозиметрии" 28- 30 окт. 1997, Международный институт по радиоэкологии им. А.Д.Сахарова, Нянек, с.50.

11.Определение содержания изотопов радона в атмосферном воздухе по а-активным дочерним продуктам распада/ Лобач Д.И., Чудаков В. А.//Веста. Белорус, ун-та. Сер. I: Физ.мат.инф., 1998, N1 . с. 34-37.

РЕЗЮМЕ

Лобач Дмитрий Иосифович Метод и средство экспресс-анализа содержания радона.в атмосферном воздухе

Ключевые слова: радон, торон, дочерние продукты распада, экспресс-анализ, объёмная активность, эквивалентная равновесная концентрация, мониторинг, электростатический сбор ДПР, активный пробоотбор.

Проведены математические расчеты процесса электростатического сбора частиц ДПР, включающие учет окисления ДПР в воздухе, рекомбинации ДПР или его оксида, нейтрализации оксида ДПР, радиоактивного распада аэрозоля ДПР. Разработан способ определения содержания изотопов радона в воздухе на основе регистрации первых а-активных ДПР. Он заключается в активном пропускании воздуха с радоном и его ДПР через электростатическую камеру измерительного преобразователя радиомэтра для осаждения положительно •заряженных ДПР на ППД .с целью регистрации их а-излучений . Разработан и создан экспериментальный образец многофункционального радиометра для радонового мониторинга. Он позволяет проводить измерение содержания изотопов радона в атмосферном' воздухе, скорости эксхаляции изотопов радона из плоских образцов почвогрунтов и строительных материалов, содержания гггИп в почвенном воздухе. Минимальная измеримая активность гггЕп для экспозиции 1 час с погрешностью 50% ,(0,95) составила 2,0 Бк/м3 (скорость пробоотбора 1 л/мин ). Прибор разработан для-научных и мониторинговых целей.

РЭЗЮМЭ'

Лобач Дзм1трый 1ос1фав1ч Метад 1 сродак экспрэс-анал1зу утрымання радону у атмасферным паветры

Ключавыя слова: радон, тарон. даччын!ны прадукты распаду, экспрэс~анал1з, аб'емная актыунасць, зкв!валентная раунаважная канцэнтрацыя, ман1торынг, электрастатычны збор ДПР, актыуны про-баадбор.

Праведзенн матэматычныя разл1к1 працэса электрастатычнага збору часц1нак ДПР, уключаючьш ул1к ак!слення ДПР у паветры, рэ~ камб1нацы1 ДПР ц1 яго акс1ду, нейтрал!зацы1 акс1да ДПР, радыяак-тыунага распаду аэразолю ДПР. Разпрацаваны спосаб вызиачэння ут-рымання Дзатопау радону у паветры на аснове рэг1страцы1 першых а-актыукых ДПР. Ен заключаецца у актыуным прапусканн1 паветра з радонам и яго ДПР праз электрастатычную камеру мерн1кавага пера-утваральШка для асадзкзння дадатна зараджаных ДПР на пауправаднЬ ковы дэтзктар з мэтай рэгистрацы1 1х а-выпрамяненняу. Разпрацава-ны и створаны экспериментальны узор шматфункцыянальнага радыемет-ра для радонавага нан1торынгу. Бн дазваляе праводзЩь вымярэнне утрымання 1затолау радону у атмасферным паветры, хуткасц1 эксха-ляцы! 1затопау радону з плоск1х узорау глебагрунтау 1 будаун1чых матэрыялау, утрымання 222Rn у глебавым паветры. М1н1мальная мерная актыунасць 2Z2Rn для экспаз1цы1 1 гадз1на з х1бнасццю 50% (0,95) складае 2,0 Бк/м3 ( хуткасць пробаадбору 1 л/хв ). Прылада разпрацавана для навуковых 1 ман1торынгавых мэтау.

ABSTRACT

Lobach Dmitry J.

The method and.means of radon content express-analysis In atmospheric air

Keywords: radon, thoron, radon progeny, express-analysis, volume activity, equilibrium equivalent concentration, monitoring, radon progeny electrostatic collection,'active sampling.

The mathematical calculations of the radon progeny electrostatic collection process including radon progeny oxidation in air. It and their oxide recombination, radon progeny oxide neutralization. daughters products aerosols radioactive decay has carried out. The means of the radon content determination in air based on the first a-active radon progeny detection has elaborated. There are the active sampling of air with radon and it progeny through electrostatic chamber of the radiometers measuring converter for positive charged radon progeny collection on the semlconductive detector with purpose of detection their a-radia-tlon. The experimental unit of multifunctional radiometer for radon monitoring has elaborated and created. It allows carry out measurement of radon Isotopes content in atmospheric air. radon Isotopes exhalation rate out from flat samples of soil and building materials, content of 222Rn in soil air. The minimum significant measurable activity of 222Rn for one hour exposure with a 50 % error ( 0,95 confidence level ) is 2,0 Bq/m3 ( sampling rate 1 1/mln ). The device has designed for scientific and monitoring purposes.