Спосіб збільшення порогової чутливості вимірювання питомої активності радіонуклідів

Изобретение относится к области радиометрии многокомпонентных сред, может быть использовано при радиологическом контроле продуктов питания и объектов природной среды с малой концентрацией радионуклидов. Известен способ (прототип) повышения чувствительности определения удельной (объемной) активности радионуклидов путем увеличения поверхности контакта исследуемого образца с детектором, т.е. применение детекторов с развитой поверхностью служащих емкостью для образца [1]. Недостатком известного способа является высокий порог определения удельной (объемной) активности радионуклидов, обусловленный смещением высокоэнергетической части аппаратурного b-спектра в сторону меньших энергий за счет влияния места регистрации b-излучения на амплитуду световой вспышки, что ограничивает объем исследуемого образца и, как следствие, пороговую чувствительность измерения удельной активности радионуклидов. В основу изобретения поставлена задача увеличения пороговой чувствительности измерения удельной (объемной) активности радионуклидов путем регистрации b-излучения в заданном интервале энергий, применяя набор сцинтилляционных материалов с разными световыходами. Технический результат заключается в увеличении объема исследуемого образца и в снижении порога селективного определения b-активности нуклидов в объектах природной среды. Технический результат достигается тем, что в способе увеличения пороговой чувствительности измерения удельной (объемной) активности радионуклидов путем регистрации b-излучения в заданном интервале энергий, детектором с развитой поверхностью, служащим емкостью для образца, согласно изобретению, увеличение пороговой чувствительности измерения удельной активности радионуклидов обеспечивают компенсацией потерь в числе отсчетов на выбранном участке b-спектра с граничными энергиями Е1, Е2, (Е2> Е1) при регистрации b-излучения частями детектора, неравноудаленными по высоте от основания детектора, и осуществляют использованием набора слоев сцинтилляционных материалов с возрастающим по мере удаления от основания детектора световыходом, а высоту слоя каждого сцинтилляционного материала определяют по критерию En2=E1,1, и подбор сцинтилляционных материалов осуществляют согласно критерию E1,n=E1,1 , где Е1,1 - положение нижней границы участка b-спектра, измеренного у основания детектора, E1.n - положение нижней границы участка b-спектра, измеренного в начале n-го слоя, а Еn2 - положение верхней границы участка b-спектра, измеренного в конце каждого слоя. При измерении b-спектров радионуклидов детектором с развитой поверхностью, служащим емкостью для образца, наблюдается эффект смещения положений Еb mах (Е b max - значение верхней границы энергии bспектра радионуклида) по мере удаления радиоактивного образца от основания детектора. Это объясняется уменьшением амплитуды световой вспышки, вызванной регистрацией b-излучения сцинтиллятором, по мере прохождения светового потока от места регистрации b-частицы к фотокатоду фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Физическая сущность предлагаемого способа заключается в том. что компенсацию потерь в амплитуде световой вспышки в детекторах с развитой поверхностью, являющихся емкостью для образца, осуществляют путем применения набора слоев сцинтилляционных материалов с возрастающим по мере удаления от основания детектора световыходом, что снимает ограничения на объем исследуемого образца. В результате уменьшается порог (т.е. увеличивается пороговая чувствительность) определения удельной (объемной) активности радионуклидов. Способ заключается в следующем. Выбирают энергетический диапазон b-излучения конкретного радионуклида с граничными энергиями Е1, Е2 (Е 2>Е1). Для измерения b-спектра с заданными границами используют детектор, служащий емкостью для образца, в виде набора слоев однотипных сцинтилляционных материалов с различными световыходами. Высоту слоя каждого сцинтилляционного материала определяют согласно критерию En2=E1,1, где Е n2 - положение верхней границы выбранного участка b -спектра, измеренного в конце каждого слоя, a E1,1 - положение нижней границы выбранного участка b-спектра, измеренного у основания детектора. Измерения осуществляют следующим образом. Ставят каждый образец из набора сцинтилляционных материалов на фотокатод ФЭУ. Помещают радиоактивный источник (РИ) у основания сцинтиллятора и определяют положение Е1,1 на спектре. Перемещают РИ по высоте образца сцинтиллятора до тех пор, пока не совпадут Еn2 и E1,1 . Величина перемещения РИ и определяет высоту слоя сцинтилляционного материала. Набирают слои сцинтилляционных материалов с различными световыходами. Первым размещают слой с наименьшим световыходом. Размещение последующих слоев по высоте производят по критерию E1,n=E1,1, где E 1,n - положение нижней границы участка b-спектра, измеренного с помощью РИ в начале n-го слоя. Детектор с образцом или без образца (фоновые измерения) устанавливают на фотокатод ФЭУ. С помощью многоканального анализатора определяют число отсчетов на выбранном участке спектра, как с образцом так и без образца. Расчет активности образца проводят по формуле A=(S-Sф )K (метод "толсты х проб"), где А - активность измеряемого образца, S - число отсчетов в измерениях с образцом на выбранном участке спектра, Sф - число фоновых о тсчетов на том же участке спектра, К - коэффициент, который определяют из измерений с эталонным образцом. Пример. Способ реализуется на устройстве, приведенном на фиг. 1, где 1 - слой светоотражающего красителя; 2 - слой сцинтилляционного материала с большим световыходом; 3 - слой сцинтилляционного материала с меньшим световыходом. Детектор предназначен для определения удельной (объемной) активности 90Sr+90Y в объектах окружающей среды на фоне радионуклидов 40К, 134Cs, 137Cs. Детектор выполнен из двух слоев объемно-активированного полиметилметакрилата с разными световыходами. По форме детектор представляет собой набор коаксиальных цилиндров, объединенных общим основанием. Ширину полостей детектора выбирают из соображений применимости метода "толстых проб", а толщину стенок детектора - из соображений полного поглощения ими электронов из распада 90Y. Внешний диаметр детектора равен 150 мм и определяется размером фотокатода применяемого ФЭУ-49, Детектор позволяет увеличить счет b-частиц в интервале энергий 1314-2274 кэВ (за вычетом фона) в 1,7 раза по сравнению с монослойным детектором такого же размера. На детекторе коэффициент К уменьшился в 1,7 раза, а пороговая чувствительность (Ап), которую определяют по формуле: Ап=К 2 Sф , улучшилась в 1,7 раза по сравнению с монослойным детектором, то есть пороговую чувствительность улучшают с 7 Бк/кг (л) на однослойном детекторе до 4 Бк/кг(л) на двухслойном детекторе таких же размеров за один час измерений при массе пробы 350 г.