патент
№ RU 2624987
МПК G01T1/16

Способ измерения радиоактивности тритиевой мишени в запаянной нейтронной трубке

Авторы:
Лемешко Борис Дмитриевич Сарапулов Сергей Анатольевич Селифанов Алексей Николаевич
Все (9)
Номер заявки
2016122076
Дата подачи заявки
03.06.2016
Опубликовано
11.07.2017
Страна
RU
Дата приоритета
27.05.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Иллюстрации 
3
Реферат

Изобретение относится к области радиационного контроля, а именно к способам измерения бета-радиоактивности тритиевой мишени в запаянных (отпаянных) нейтронных трубках. Сущность изобретения заключается в том, что неизвестную радиоактивность тритиевой мишени Ав нейтронной трубке определяют, используя полученное значение бета-тока, по формулеА=K⋅I,где K- калибровочный коэффициент, для определения которого берут n нейтронных трубок данного типа с известной радиоактивностью тритиевых мишеней А, для каждой трубки регистрируют значения бета-тока Iи на основании полученных значений определяют Кпо формулегде,- средние значения величин Iи A,- среднее значение произведения величин Aи I,- среднее значение квадрата величины I.Технический результат – определение радиоактивности тритиевой мишени внутри запаянной нейтронной трубки без вскрытия корпуса трубки и демонтажа мишени. 3 ил., 1 табл.

Формула изобретения

Способ измерения радиоактивности тритиевой мишени в запаянной нейтронной трубке, заключающийся в измерении тока с измерительного электрода, собирающего поток бета-частиц с бета-источника, причем измерительный электрод и бета-источник находятся в вакууме, отличающийся тем, что управляющие электроды нейтронной трубки, электрически изолированные от тритиевой мишени, электрически соединяют вместе, формируя измерительный электрод, к измерительному электроду подключают источник постоянного напряжения положительной полярности от 80 до 140 В, бета-ток Iβ измеряют в электрической цепи, состоящей из измерительного электрода, источника постоянного напряжения и мишенного электрода с тритиевой мишенью, посредством включения в цепь измерителя тока, неизвестную радиоактивность тритиевой мишени Анеизвестная в нейтронной трубке определяют, используя полученное значение бета-тока, по формуле
Анеизвестная=Kм⋅Iβ,
где Kм - калибровочный коэффициент, для определения которого берут n нейтронных трубок данного типа с известной радиоактивностью тритиевых мишеней AMi, для каждой трубки регистрируют значения бета-тока Iβi и на основании полученных значений определяют Kм по формуле
где, - средние значения величин Iβi и AMi,
- среднее значение произведения величин AMi и Iβi,
- среднее значение квадрата величины Iβi.

Описание

Изобретение относится к области радиационного контроля, а именно к способам определения бета-радиоактивности тритиевой мишени в запаянных нейтронных трубках.

Изобретение может быть использовано при проведении технологического контроля запаянных нейтронных трубок с тритиевыми мишенями на всех этапах их жизненного цикла (после изготовления, при хранении и эксплуатации) или в научно-исследовательских целях, где необходимы измерения радиоактивности в диапазоне от 1⋅107 до 5⋅1012 Бк.

Общеизвестен способ определения радиоактивности с помощью ионизационных камер [Б. Росси и Г. Штауб. Ионизационные камеры и счетчики / Перевод с английского под ред. Г.Б. Жданова. - М.: Иностранная литература, 1951. - 29 с.], заключающийся в том, что радиоактивный объект помещают в ионизационную камеру, имеющую два электрода и заполненную газом, прикладывают разность потенциалов между электродами, измеряют ионизационный ток, возникающий между электродами, вследствие образования определенного числа пар ионов в рабочем газе камеры при пролете ионизирующих частиц, вылетевших из измеряемого объекта, и обрабатывают результат с учетом градуировочной зависимости, полученной при установке в камеру образцовых источников излучения.

Использовать способ определения радиоактивности с помощью ионизационных камер напрямую нельзя, так как в нейтронных трубках в выключенном состоянии возникновение ионизационного тока невозможно, поскольку длина свободного пробега бета-частицы, вылетевшей с тритиевой мишени, намного больше расстояния между мишенью и другими электродами трубки, что сводит к минимуму вероятность ионизации остаточного газа. Можно было бы извлечь мишень и измерить ее радиоактивность в газе, но нейтронная трубка имеет герметичный корпус с вакуумом ~10-5 Торр внутри, поэтому доступ к мишени невозможен без вскрытия корпуса трубки и потери ее работоспособности.

Прототипом изобретения является способ измерения абсолютной активности β-излучателя [ГОСТ 26306-84. ИСТОЧНИКИ БЕТА-ИЗЛУЧЕНИЯ РАДИОНУКЛИДНЫЕ ЗАКРЫТЫЕ. Методы измерения параметров. Общие требования безопасности. Введ. 01.01.1986. - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 13 с.], основанный на измерении электрометром тока, стекающего с массивного измерительного электрода (цилиндр Фарадея), выполненного в виде стакана и изолированного от земли, внутри которого помещен бета-излучатель, поток бета-частиц с которого в геометрии 2⋅π собирается электродом и сообщает ему заряд. Электрод и источник помещены в вакуумированный кожух, чтобы исключить ионизацию воздуха ионизирующими частицами.

Согласно прототипу, для измерения радиоактивности тритиевой мишени необходимо поместить тритиевую мишень в цилиндр Фарадея и обеспечить геометрию собирания заряда 2⋅π.

Недостатком прототипа является невозможность определения радиоактивности тритиевой мишени в запаянной нейтронной трубке без вскрытия корпуса трубки и демонтажа мишени.

Техническим результатом предлагаемого способа является возможность определения радиоактивности тритиевой мишени в запаянной нейтронной трубке без вскрытия корпуса трубки и демонтажа мишени.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения радиоактивности тритиевой мишени в запаянной нейтронной трубке, заключающемся в измерении тока с измерительного электрода, собирающего поток бета-частиц с бета-источника, причем измерительный электрод и бета-источник находятся в вакууме, управляющие электроды нейтронной трубки, электрически изолированные от тритиевой мишени, электрически соединяют вместе, формируя измерительный электрод, к измерительному электроду подключают источник постоянного напряжения положительной полярности от 80 до 140 В, бета-ток Iβ измеряют в электрической цепи, состоящей из измерительного электрода, источника постоянного напряжения и мишенного электрода с тритиевой мишенью, посредством включения в цепь измерителя тока, неизвестную радиоактивность тритиевой мишени Анеизвестная в нейтронной трубке определяют, используя полученное значение бета-тока, по формуле

Анеизвестная=Kм⋅Iβ,

где Kм - калибровочный коэффициент, для определения которого берут n нейтронных трубок данного типа с известной радиоактивностью тритиевых мишеней AMi,, для каждой трубки регистрируют значения бета-тока Iβi и на основании полученных значений определяют Kм по формуле

где , - средние значения величин Iβi и АMi,

- среднее значение произведения величин AMi и Iβi,

- среднее значение квадрата величины Iβi.

Принципиальная схема, поясняющая способ измерения радиоактивности тритиевой мишени в нейтронной трубке, представлена на фиг. 1. Принятые обозначения: 1 - измерительный электрод, 2 - мишенный электрод, 3 - тритиевая мишень, 4 - изолятор, 5 - измеритель тока, 6 - экран, 7 - источник постоянного напряжения, 8 - внешние выводы управляющих электродов, 9 - поток бета-частиц.

На фиг. 2. представлена зависимость бета-тока на измерительном канале от напряжения на измерительном электроде (положительная ветвь BAX) для двух групп трубок (группа №1, группа №2) одинакового типа с различными значениями радиоактивностей установленных в них тритиевых мишеней 3 при различных коэффициентах насыщения трития в титановой мишени, представляющим собой отношение трития к титану T/Ti. Для группы №1 средняя радиоактивность 3,5⋅1011 Бк, для группы №2 - 2,4⋅1011 Бк.

На фиг. 3 показана типовая зависимость исходной радиоактивности тритиевой мишени от бета-тока с мишени в трубке АM (Iβ) для данного типа трубок, характеризующаяся калибровочным коэффициентом KM.

Нейтронная трубка, радиоактивность мишени которой требуется измерить, включает в себя мишенный электрод 2, тритиевую мишень 3, изолятор 4 и управляющие электроды, имеющие внешние выводы 8. Тритиевая мишень 3, испускающая поток 9 бета-частиц, расположена на мишенном электроде 2, который соединен с изолятором 4, на противоположной стороне которого располагаются внешние выводы 8 управляющих электродов. Для реализации заявленного способа необходимы измерительный электрод 1, источник 7 постоянного напряжения, измеритель 5 тока, экран 6.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

Образуют измерительный электрод 1 путем электрического соединения внешних выводов 8 управляющих электродов нейтронной трубки, отделенных изолятором 4 от мишенного электрода 2 с тритиевой мишенью 3. К измерительному электроду 1 подключают положительный вывод источника 7 постоянного напряжения. Отрицательный вывод источника 7 постоянного напряжения соединяют с одним из выводов измерителя 5 тока, второй вывод измерителя 5 тока соединяют с мишенным электродом 2. Таким образом, получают электрическую цепь, состоящую из измерительного электрода 1, источника 7 постоянного напряжения, измерителя 5 тока, мишенного электрода 2 с тритиевой мишенью 3 и потока 9 бета-частиц. С целью уменьшения электромагнитных наводок, нейтронную трубку с измерительной электрической схемой помещают в экран 6.

Тритиевая мишень 3, входящая в состав запаянной нейтронной трубки, является бета-источником, который создает поток 9 бета-частиц. Измерительный электрод 1 собирает поток 9 бета-частиц с бета-источника, причем измерительный электрод 1 и бета-источник (тритиевая мишень 3) находятся в вакууме. С помощью измерителя 5 тока измеряют бета-ток Iβ в электрической цепи.

Подавая напряжение U от источника 7 постоянного напряжения, повышают чувствительность метода за счет коэффициента усиления Ку, который равен отношению величины Iβ при заданном напряжении к величине Iβ при отсутствии напряжения.

Неизвестную радиоактивность тритиевой мишени Анеизвестная в нейтронной трубке определяют, используя полученное значение тока Iβ, по формуле

Анеизвестная=KM⋅Iβ.

Для определения калибровочного коэффициента KM изучают работу однотипных вакуумных нейтронных трубок в количестве n штук с различным насыщением тритиевой мишени 3 с известными коэффициентами насыщения T/Ti в мишени, т.е. с известной радиоактивностью AMi. Экспериментально измеряют IβI, соответствующее известной радиоактивности AMi.

Для повышения чувствительности метода измерения бета-тока Iβi снимают вольтамперную характеристику (ВАХ) и определяют напряжение U, при котором бета-ток Iβi переходит в насыщение. Для примера приведем ВАХ трубок с различным насыщением тритиевой мишени 3 с коэффициентами насыщения T/Ti в мишени равными 1,8 (группа №1) и 0,9 (группа№2). Положительная ветвь ВАХ групп трубок с различными коэффициентами насыщения трития T/Ti в титановой мишени представлена на фиг. 2. На фиг. 2 приведены экспериментальные значения бета-тока на измерительном электроде для каждой трубки, которые имеют некоторый разброс (для группы №1 и группы №2), обусловленный экспериментальной погрешностью при насыщении мишени 3 тритием. В группе №1 с коэффициентом насыщения T/Ti равными 1,8 представлены трубки №№1, 2, 3 со средней радиоактивностью мишени 3,5⋅1011 Бк, в группе №2 с коэффициентом насыщения T/Ti 0,9 - трубки №№4, 5, 6, 7 со средней радиоактивностью мишени 2,4⋅1011 Бк. Для группы №1 серия кривых ВАХ находятся сверху, для группы №2 кривые расположились ниже. Диапазон напряжения U, где бета-ток переходит в насыщение, начинается уже с 40 В. На практике удобно использовать напряжение U=100 В для измерения бета-тока с усилением чувствительности.

В таблице приведены значения бета-токов при отсутствии напряжения между измерительным электродом 1 и мишенью 3 и с приложенным напряжением 100 В, а также радиоактивности мишеней этих трубок. Коэффициент усиления, равный отношению величины бета-тока в этой точке (при подаче с источника 7 постоянного напряжения U=100 В) к величине бета-тока при отсутствии напряжения (U=0 В), будет равен Ку=2,5. Таким образом, при подключении источника 7 постоянного напряжения повышается чувствительность метода измерения бета-токов и, как следствие, способа измерения радиоактивности тритиевой мишени 3 в запаянной нейтронной трубке.

На фиг. 3 показана типовая зависимость исходной радиоактивности тритиевой мишени от бета-тока с мишени в трубке АM (Iβ) для данного типа трубок при подаче с источника 7 постоянного напряжения U=100 В (бета-тока с мишени 3 в трубке равен току на измерительном электроде 1). В рассмотренном примере были выбраны трубки в количестве n=7 одного типа: группа №1 (трубки №№1, 2, 3) и группа №2 (трубки №№4, 5, 6, 7). Значения бета-токов и радиоактивности мишеней, представленные на графике на Фиг. 3, пропорциональны и характеризуются калибровочным коэффициентом KM. Для группы №1 средняя радиоактивность 3,5⋅1011 Бк, для группы №2 - 2,4⋅1011 Бк. Коэффициент KM получаем по формуле

,

[Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров и научных работников. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 688 с.]. Подставляя экспериментальные значения АМi и Iβi, получаем для данного типа трубок KM=1,69⋅1020 Бк/А. Таким образом, определяется калибровочный коэффициент KM, для чего было выбрано n нейтронных трубок данного типа с известной радиоактивностью тритиевых мишеней AMi,, при этом для каждой трубки с помощью измерителя 5 тока регистрируют значения бета-тока Iβi при подаче напряжения U с источника 7 постоянного напряжения. Полученное значение KM используют для определения неизвестной радиоактивности тритиевой мишени Анеизвестная нейтронной трубки данного типа, измерив бета-ток Iβ и проведя вычисления по формуле Анеизвестная=KM⋅Iβ.

Рассматриваемый способ предназначен для измерения радиоактивности тритиевой мишени внутри нейтронной трубки в диапазоне от 1⋅107 до 5⋅1012 Бк.

Таким образом, достигается заявленный технический результат, а именно возможность определения радиоактивности тритиевой мишени в запаянной нейтронной трубке без вскрытия корпуса трубки и демонтажа мишени.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты