RU2525599C2 - Through cherenkov detector for measurement of beta-radioactivity of water - Google Patents
Through cherenkov detector for measurement of beta-radioactivity of water Download PDFInfo
- Publication number
- RU2525599C2 RU2525599C2 RU2012128027/28A RU2012128027A RU2525599C2 RU 2525599 C2 RU2525599 C2 RU 2525599C2 RU 2012128027/28 A RU2012128027/28 A RU 2012128027/28A RU 2012128027 A RU2012128027 A RU 2012128027A RU 2525599 C2 RU2525599 C2 RU 2525599C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- beta
- cherenkov
- radioactivity
- measuring
- transparent vessel
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract description 21
- 230000005466 cherenkov radiation Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 4
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920005372 Plexiglas® Polymers 0.000 claims description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 7
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 5
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 101100229963 Drosophila melanogaster grau gene Proteins 0.000 description 3
- 101100208721 Mus musculus Usp5 gene Proteins 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 208000002925 dental caries Diseases 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 238000005567 liquid scintillation counting Methods 0.000 description 1
- MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N methamphetamine Chemical compound CN[C@@H](C)CC1=CC=CC=C1 MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерения радиоактивности и предназначено для регистрации высокоэнергетических бета-излучателей в жидких, преимущественно водных, потоках по черенковскому излучению.The invention relates to the field of measuring radioactivity and is intended for the registration of high-energy beta-emitters in liquid, mainly water, flows by Cherenkov radiation.
Измерение черенковского излучения практикуется во многих лабораториях, где имеется стандартное жидкостно-сцинтилляционное (ЖС) оборудование для измерения радиоактивности. К преимуществам черенковского счета относится естественная дискриминация от α-излучения и низкоэнергетического β-излучения. Таким образом, некоторые потенциальные радиоактивные примеси или дочерние продукты не влияют на результаты измерений. Например, при измерении 210Pb по черенковскому излучению сравнительно высокоэнергетического β-излучателя - дочернего 210Bi - присутствие самого 210Pb и внучатого 210Ро не сказывается на результатах измерения.Measurement of Cherenkov radiation is practiced in many laboratories where standard liquid scintillation (ZhS) equipment for measuring radioactivity is available. The advantages of the Cherenkov account include natural discrimination from α-radiation and low-energy β-radiation. Thus, some potential radioactive impurities or daughter products do not affect the measurement results. For example, when measuring 210 Pb from the Cherenkov radiation of a relatively high-energy β-emitter - a daughter Bi 210 - the presence of 210 Pb itself and grand-daughter 210 Po does not affect the measurement results.
Количественный метод для стандартизации измерений радиоактивности по черенковскому излучению разработали Грау Малонда и Грау Карлес [Grau Malonda A.. Grau Caries A. The anisotropy coefficient in Cerenkov counting. Appl. Radial. Isot., 1998. V. 49, p.1049|. В версии их программы CHRREN4 [Grau Caries A., Grau Malonda A, Comput. Phys. Commun., 2006. v. 174, p.30]. Представлен метод с использованием счетной системы с двумя фотоэлектронными умножителями (ФЭУ), работающими в режиме совпадений. Метод основан на предположении, что число фотоэлектронов, созданных у фотокатода, следует распределению Пуассона и использует теорию Франка и Тамма для образования черенковского света. Более того, анизотропия испускания черенковского излучения достаточно просто принята во внимание. Процедура требует наличия двух стандартных источников, например, 36Cl и 32Р для определения свободного параметра, который используется для расчета эффективности регистрации черенковского излучения для других радионуклидов. Поскольку черенковское излучение более чувствительно к изменению рассчитанного бета-спектра, метод был широко использован для исследования формфактора бета-спектров.Grau Malonda A. Grau Caries A. The anisotropy coefficient in Cerenkov counting developed a quantitative method for standardizing measurements of radioactivity from Cherenkov radiation. Appl. Radial Isot., 1998. V. 49, p.1049 |. In the version of their program CHRREN4 [Grau Caries A., Grau Malonda A, Comput. Phys. Commun., 2006. v. 174, p.30]. A method using a counting system with two photoelectronic multipliers (PMTs) operating in the coincidence mode is presented. The method is based on the assumption that the number of photoelectrons created at the photocathode follows the Poisson distribution and uses the theory of Frank and Tamm to form Cherenkov light. Moreover, the anisotropy of the emission of Cherenkov radiation is simply taken into account. The procedure requires two standard sources, for example, 36 Cl and 32 P, to determine the free parameter, which is used to calculate the detection efficiency of Cherenkov radiation for other radionuclides. Since Cherenkov radiation is more sensitive to changes in the calculated beta spectrum, the method was widely used to study the form factor of beta spectra.
Из уровня техники известно устройство для измерения β-радиоактивности в потоке морской воды по черенковскому излучению (черенковский детектор) [Сапожников Ю.Л., Меркушев А.В., Мурзин В.Е. Черенковский детектор для измерения радиоактивности морской воды. Ученые МГУ - науке производству. Открытия, изобретения, результаты научных исследований, предлагаемые для практического использования. М.: Изд-во МГУ, 1984, с.55], представляющее собой трубу из нержавеющей стали с внешним диаметром 90 мм и толщиной стенок 1 мм, в которую с помощью фланцев введены 2 фотоэлектронных умножителя ФЭУ-110. Блок-схема черенковского детектора для измерения радиоактивности морской воды приведена на фиг.1. Морская вода через патрубки, вваренные во фланцы, может непрерывно прокачиваться через детектор. В зависимости от длины отрезка трубы и расстояния между фотокатодами ФЭУ чувствительный объем детектора может изменяться от 300 до 1700 мл. Для предотвращения свечения планктонных организмов в чувствительном объеме детектора устройство снабжено фильтрующими патронами с мембранными фильтрами, через которые пропускается морская вода. При этом фильтрующие патроны с мембранными фильтрами обеспечивают достаточно высокую скорость стерилизующей фильтрации. Кроме того, для предотвращения попадания света в чувствительный объем детектора он содержит во входном и выходном патрубках для морской воды спирали из черной пластмассы. Импульсы с анодов ФЭУ усиливаются и поступают через формирователи импульсов на схему совпадений с разрешающим временем ~25 нс, что позволяет в значительной степени подавлять собственные шумы ФЭУ. С помощью данного устройства была продемонстрирована в лабораторных условиях возможность определения 38Cl, 24Na и 32Р по черенковскому излучению в пробах морской воды, облученных с помощью нейтронного источника. Идентификация осуществлялась по периодам полураспада перечисленных радионуклидов. Эффективность регистрации 40К данным прибором достигала 13%.The prior art device for measuring β-radioactivity in a stream of sea water by Cherenkov radiation (Cherenkov detector) [Sapozhnikov Yu.L., Merkushev A.V., Murzin V.E. Cherenkov detector for measuring the radioactivity of sea water. Scientists at Moscow State University - science of production. Discoveries, inventions, research results, proposed for practical use. M .: Publishing House of Moscow State University, 1984, p.55], which is a stainless steel pipe with an external diameter of 90 mm and a wall thickness of 1 mm, into which 2 photomultiplier tubes FEU-110 are introduced using flanges. The block diagram of the Cherenkov detector for measuring the radioactivity of sea water is shown in figure 1. Sea water through nozzles welded into the flanges can be continuously pumped through the detector. Depending on the length of the pipe segment and the distance between the PMT photocathodes, the sensitive volume of the detector can vary from 300 to 1700 ml. To prevent the glow of planktonic organisms in the sensitive volume of the detector, the device is equipped with filtering cartridges with membrane filters through which sea water is passed. At the same time filtering cartridges with membrane filters provide a sufficiently high speed sterilizing filtration. In addition, to prevent light from entering the sensitive volume of the detector, it contains spirals made of black plastic in the inlet and outlet nozzles for sea water. The pulses from the PMT anodes are amplified and fed through pulse shapers to the coincidence circuit with a resolution time of ~ 25 ns, which makes it possible to significantly suppress the PMT's own noise. Using this device, the possibility of determining 38 Cl, 24 Na and 32 P from Cherenkov radiation in seawater samples irradiated with a neutron source was demonstrated in laboratory conditions. Identification was carried out by the half-lives of the listed radionuclides. The registration efficiency of 40 K with this device reached 13%.
Недостатком этого прибора было то, что с увеличением объема измерительной камеры в данной конструкции заметно снижалась эффективность регистрации черенковского излучения из-за потерь черенковских фотонов на пассивных стенках камеры.The disadvantage of this device was that with an increase in the volume of the measuring chamber in this design, the detection efficiency of Cherenkov radiation significantly decreased due to the loss of Cherenkov photons on the passive walls of the chamber.
Из уровня техники известен также проточный черенковский детектор [Bowyer T.W., Geelhood B.D., Hossbach T.W. et al. 2000, Nucl. Instr. Meth., A, v. 406. p.577], содержащий цилиндрическую камеру (резервуар) с внутренним тефлоновым покрытием, снабженную входом и выходом для исследуемой жидкости, и расположенные с противоположных торцевых сторон цилиндрической камеры фотоэлектронные умножители. Объем резервуара 0,765 л заполняют пробой воды, ФЭУ просматривают воду через кварцевые окна и собирают черенковский свет, продуцируемый бета-частицами. Отражающее покрытие (из 3 мм слоя тефлона) на внутренних стенках камеры, имеющее коэффициент отражения более 95% в большей части видимого спектра, помогает собирать свет от черенковских событий. Было установлено, что эффективность регистрации черенковского излучения улучшается в 4 раза при использовании кварцевых окон и тефлонового отражателя по сравнению с акриловыми окнами и белым ПВХ в качестве диффузного отражателя. Улучшение связано с повышенными отражательными свойствами тефлона и более низким ослаблением света с малыми длинами волн в кварцевых окнах. Акриловые окна часто содержат ультрафиолетовый ингибитор, блокирующий светопроницаемость ниже 400 нм. Проницаемость кварцевых окон остается высокой вплоть до 260 нм, количество черенковских фотонов, достигающих ФЭУ, практически вдвое превосходит значение, наблюдаемое для пластиковых окон.A flow-through Cherenkov detector [Bowyer T.W., Geelhood B.D., Hossbach T.W. et al. 2000, Nucl. Instr. Meth., A, v. 406. p.577], comprising a cylindrical chamber (reservoir) with an internal Teflon coating, equipped with an inlet and outlet for the test fluid, and photoelectronic multipliers located on opposite ends of the cylindrical chamber. A reservoir volume of 0.765 l is filled with a sample of water, PMTs look through water through quartz windows and collect Cherenkov light produced by beta particles. A reflective coating (from a 3 mm Teflon layer) on the inner walls of the chamber, having a reflection coefficient of more than 95% in most of the visible spectrum, helps to collect light from Cherenkov events. It was found that the detection efficiency of Cherenkov radiation is 4 times better when using quartz windows and a teflon reflector compared to acrylic windows and white PVC as a diffuse reflector. The improvement is due to the increased reflective properties of Teflon and lower light attenuation with short wavelengths in quartz windows. Acrylic windows often contain an ultraviolet inhibitor that blocks light transmission below 400 nm. The permeability of quartz windows remains high up to 260 nm, the number of Cherenkov photons reaching the PMT is almost twice the value observed for plastic windows.
Однако данное устройство не является оптимальным для собирания черенковских фотонов, поскольку они испускаются не изотропно, как в случае сцинтилляций, а преимущественно в направлении полета частиц. Эта конкретная геометрия была выбрана как пример дизайна, подходящего для использования при измерениях в скважинах (когда прибор должен был обладать сравнительно небольшим диаметром). Благодаря этой «жесткой» геометрии свет, испускаемый в результате распада 90Y, должен, по меньшей мере, один раз переотразиться тефлоновыми стенками детектора или бета-частицы должны многократно рассеяться так, чтобы эмитируемый ими световой конус начинался в направлении одного из ФЭУ, и хотя бы часть светового потока поступала в противоположном направлении. Новый дизайн, по мнению авторов описываемого аналога, в будущем должен обеспечивать повышенный светосбор путем использования многих ФЭУ по обе стороны объема детектора.However, this device is not optimal for collecting Cherenkov photons, since they are emitted not isotropically, as in the case of scintillations, but mainly in the direction of flight of particles. This particular geometry was chosen as an example of a design suitable for use in measurements in wells (when the device should have a relatively small diameter). Due to this “rigid” geometry, the light emitted as a result of the decay of 90 Y must be reflected at least once by the Teflon walls of the detector or beta particles must be scattered many times so that the light cone emitted by them starts in the direction of one of the PMTs, and although part of the light flux would come in the opposite direction. According to the authors of the described analogue, the new design in the future should provide increased light collection by using many PMTs on both sides of the detector volume.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является черенковский детектор с тремя фотоэлектронными умножителями, позволяющий определять соотношение тройных и двойных совпадений импульсов, регистрируемых ФЭУ (TDCR - Triple to Double Coincidence Ratio) (Рис.4) [Broda R. 2003. A review of the triple-to-double coincidence ratio (TDCR) method for standardizing radionuclides. Appl. Radial. Isot., V. 58, pp.585-594]. Наиболее ранний жидкостно-сцинтилляционный прибор для измерений бета-излучения с использованием принципа TDCR был описан Почвальским и Радожевским в 1979 г. [Pochwalski К., Radoszewski Т. 1979. Disintegration rate determination by liquid scintillation counting using the triple to double coincidence ratio (TDCR) method. Institute of Nuclear Research, Warsaw, 1NR, 1848/OPiDI/E/A]. Черенковский детектор содержит емкость, через которую прокачивается исследуемая жидкость; три ФЭУ; четыре усилителя, первый и второй из которых подключены к первому и второму ФЭУ, а третий и четвертый усилители подключены к третьему ФЭУ, при этом первые три усилителя снабжены дискриминаторами, которые через блок совпадений и задержек соединены с компьютером. Последний усилитель подключен к компьютеру через спектрометрический усилитель и амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП).Closest to the claimed invention is a Cherenkov detector with three photoelectronic multipliers, which allows to determine the ratio of triple and double coincidences of pulses recorded by PMTs (TDCR - Triple to Double Coincidence Ratio) (Fig. 4) [Broda R. 2003. A review of the triple- to-double coincidence ratio (TDCR) method for standardizing radionuclides. Appl. Radial Isot., V. 58, pp. 585-594]. The earliest liquid scintillation device for measuring beta radiation using the TDCR principle was described by Pochwalski and Radozhevsky in 1979 [Pochwalski K., Radoszewski T. 1979. Disintegration rate determination by liquid scintillation counting using the triple to double coincidence ratio (TDCR ) method. Institute of Nuclear Research, Warsaw, 1NR, 1848 / OPiDI / E / A]. The Cherenkov detector contains a container through which the test fluid is pumped; three PMTs; four amplifiers, the first and second of which are connected to the first and second PMTs, and the third and fourth amplifiers are connected to the third PMT, while the first three amplifiers are equipped with discriminators that are connected to the computer through the block of matches and delays. The last amplifier is connected to the computer through a spectrometric amplifier and an amplitude-to-digital converter (ADC).
Однако в этом прототипе использовались стандартные флаконы для ЖС измерений объемом 20 мл, что не позволяло измерять низкие активности без предварительного концентрирования.However, in this prototype, standard bottles for 20 ml volumetric measurements were used, which prevented the measurement of low activity without prior concentration.
Соответствующая аппаратура быстро развивалась многими исследователями. Однако распространение этого принципа для измерения черенковского излучения наиболее последовательно развивал Коссерт [Kossert К. 2010. Activity standardization by means of new TDCR-Cerenkov counting technique. Appl. Radiat. Isot., V.68, pp.116-1120], применивший математический подход Грау Малонда и Грау Карлсса к системе с тремя ФЭУ. Коссертом были выведены новые формулы, принимающие во внимание влияние анизотропии черенковского излучения. Анизотропия описывается одним параметром с применением энергозависимой параметризации. Свободный параметр выводится из соотношения тройных совпадений и логической суммы двойных совпадений. Аналогичный подход применен и при обработке результатов измерений в заявляемом техническом решении.Appropriate equipment was rapidly developed by many researchers. However, the propagation of this principle for measuring Cherenkov radiation was most consistently developed by Kossert [Kossert K. 2010. Activity standardization by means of new TDCR-Cerenkov counting technique. Appl. Radiat. Isot., V.68, pp. 116-1120], which applied the mathematical approach of Grau Malond and Grau Karlss to a system with three PMTs. Cosert developed new formulas that take into account the influence of the anisotropy of Cherenkov radiation. Anisotropy is described by one parameter using volatile parameterization. The free parameter is derived from the ratio of triple matches and the logical sum of double matches. A similar approach was applied when processing the measurement results in the claimed technical solution.
Задачей изобретения является усовершенствование проточного черенковского детектора для измерения высокоэнергетического бета-излучения в потоке.The objective of the invention is to improve the flow Cherenkov detector for measuring high-energy beta radiation in the stream.
Техническим результатом данного изобретения является определение эффективности регистрации в процессе измерения (по системе TDCR) и идентификация преобладающего в данной пробе бета-излучателя по соотношению двойных, тройных и более высокой кратности совпадений.The technical result of this invention is to determine the registration efficiency in the measurement process (according to the TDCR system) and to identify the beta emitter prevailing in the given sample by the ratio of double, triple and higher multiplicity of matches.
Поставленная задача решается тем, что проточный черенковский детектор для измерения бета-радиоактивности жидкой среды, включающий измерительную емкость с размещенным внутри нее прозрачным сосудом, имеющую вход и выход для исследуемой жидкой среды, снабжен, по крайней мере, четырьмя ФЭУ, соединенными с измерительной емкостью, каждый из которых помещен в снегозащитный корпус. Детектор содержит также усилители импульсов, подключенные к ФЭУ, блок обработки информации, соединенный с усилителями импульсов, при этом ФЭУ расположены в непосредственной близости к стенкам прозрачного сосуда и на равноудаленном расстоянии друг от друга. Наилучший результат достигается при размещении оптических осей ФЭУ в одной плоскости. Прозрачный сосуд может быть выполнен из оргстекла. Конструкция детектора также включает фильтрующие патроны с мембранными фильтрами для предотвращения свечения планктонных организмов в чувствительном объеме детектора и спирали из черной пластмассы для предотвращения попадания света в чувствительный объем детектора.The problem is solved in that the flow-through Cherenkov detector for measuring beta-radioactivity of a liquid medium, including a measuring vessel with a transparent vessel placed inside it, having an input and output for the liquid medium under study, is equipped with at least four PMTs connected to the measuring vessel, each of which is placed in a snow-protective case. The detector also contains pulse amplifiers connected to the PMT, an information processing unit connected to the pulse amplifiers, while the PMTs are located in close proximity to the walls of the transparent vessel and at an equidistant distance from each other. The best result is achieved by placing the optical axes of the PMT in the same plane. The transparent vessel may be made of plexiglass. The design of the detector also includes filter cartridges with membrane filters to prevent the glow of planktonic organisms in the sensitive volume of the detector and a spiral made of black plastic to prevent light from entering the sensitive volume of the detector.
Поставленная задача решается тем, что в способе измерения бета-радиоактивности жидкой среды, основанном на регистрации черенковского излучения высокоэнергетического бета-излучения в потоке жидкости, который пропускают через прозрачный сосуд, согласно изобретению, регистрацию осуществляю двойных, тройных и более высокой кратности совпадений импульсов от бета-частиц посредством, по крайней мере, четырех ФЭУ, сравнивают спектры кратности совпадений, по которым делают вывод о количественных и качественных параметрах бета-радиоактивности жидкой среды.The problem is solved in that in the method for measuring beta-radioactivity of a liquid medium, based on the registration of Cherenkov radiation of high-energy beta radiation in a liquid stream, which is passed through a transparent vessel, according to the invention, I register double, triple and higher multiplicities of beta pulse coincidence -particles by means of at least four PMTs, compare the spectra of coincidence multiplicity, according to which they conclude that the quantitative and qualitative parameters of beta radioactivity and a liquid medium.
Таким образом, технический результат достигается тем, что в заявляемом устройстве предусматривается одновременная работа не менее четырех ФЭУ, что не просто улучшает чувствительность системы, но позволяет в процессе измерения определять эффективность регистрации и идентифицировать преобладающий по активности высокоэнергетический бета-излучатель. Кроме того, для наиболее вероятных определяемых радионуклидов создана библиотека спектров кратности совпадений, что обеспечивает возможность идентификации самого активного бета-излучателя. В связи с тем, что фотокатоды ФЭУ занимают большую часть внутренней поверхности черенковского детектора, это существенно снижает потери светового излучения в процессе его регистрации.Thus, the technical result is achieved by the fact that the inventive device provides for the simultaneous operation of at least four PMTs, which not only improves the sensitivity of the system, but allows the measurement process to determine the recording efficiency and identify the high-energy beta emitter that predominates in activity. In addition, a library of coincidence multiplicity spectra has been created for the most probable determined radionuclides, which makes it possible to identify the most active beta emitter. Due to the fact that photomultiplier photocathodes occupy a large part of the inner surface of the Cherenkov detector, this significantly reduces the loss of light radiation during its registration.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена блок-схема аналога черенковского детектора, на фиг.2 - блок-схема заявляемого проточного черенковского детектора для измерения бета-радиоактивности воды.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 is a block diagram of an analog of a Cherenkov detector, and Fig. 2 is a block diagram of a flow-through Cherenkov detector of the invention for measuring beta radioactivity of water.
Позициями на чертежах обозначены: 1 - проточная камера (емкость) для измеряемой воды, 2 - фотоэлектронные умножители (ФЭУ) для регистрации черенковского излучения, 3 - усилители, формирователи и дискриминаторы импульсов, поступающих от ФЭУ, 4 - устройство обработки информации, позволяющее выделять и регистрировать совпадения импульсов: двойные, тройные и более высокой кратности. Источники высокого напряжения для питания фотоэлектронных умножителей, а также насос и фильтрующие системы на фиг.1 и 2 не показаны. The positions in the drawings indicate: 1 - flow chamber (capacity) for the measured water, 2 - photoelectronic multipliers (PMT) for recording Cherenkov radiation, 3 - amplifiers, shapers and discriminators of pulses from the PMT, 4 - information processing device that allows you to select and register coincidence of pulses: double, triple and higher multiplicity. High voltage sources for powering the photomultiplier tubes, as well as a pump and filter systems are not shown in FIGS. 1 and 2.
Осуществление изобретения.The implementation of the invention.
Заявляемое изобретение может быть реализовано следующим образом. Измерения могут проводиться непрерывно, например:The claimed invention can be implemented as follows. Measurements can be carried out continuously, for example:
- при установке прибора для контроля радиоактивного загрязнения в сточных водах предприятий ядерного топливного цикла (ЯТЦ);- when installing a device for monitoring radioactive contamination in the wastewater of nuclear fuel cycle enterprises (NFC);
- для исследования распределения радиоактивности в системе водоемов предприятия ЯТЦ (например, НПО «Маяк»), если прибор установлен на любом транспортном средстве, водном или наземном, обеспечивающем прибор электроэнергией.- to study the distribution of radioactivity in the system of water bodies of the NFC enterprise (for example, the Mayak Scientific Production Association), if the device is installed on any vehicle, water or land, providing the device with electricity.
Могут выполняться измерения радиоактивности в отдельных дискретных пробах объемом до 7 л, заливаемых в измерительную емкость прибора.Radioactivity measurements can be performed in individual discrete samples up to 7 L, poured into the measuring capacity of the instrument.
Преимуществом изобретения является то, что при измерениях по черенковскому излучению размер камеры, просматриваемой несколькими ФЭУ, может составлять несколько литров без существенного увеличения самоослабления черенковского излучения в исследуемом объеме, что позволяет значительно снизить предел обнаружения прибора.An advantage of the invention is that when measuring by Cherenkov radiation, the size of the camera viewed by several PMTs can be several liters without significantly increasing the self-attenuation of Cherenkov radiation in the test volume, which can significantly reduce the detection limit of the device.
Соотношение тройных и двойных совпадений (TDCR - Triple to Double Coincidence Ratio) позволяет определять значения абсолютных активностей индивидуальных излучателей без использования специальных стандартов. Использование совпадений более высокой кратности позволит идентифицировать доминирующие бета-излучатели с использованием предварительно подготовленной библиотеки спектров кратности совпадений для высокоэнергетических бета-излучающих радионуклидов, представляющих максимальный интерес.The ratio of triple and double coincidences (TDCR - Triple to Double Coincidence Ratio) allows you to determine the absolute activity values of individual emitters without using special standards. The use of higher-frequency coincidences will make it possible to identify dominant beta emitters using a pre-prepared library of coincidence multiplicity spectra for high-energy beta-emitting radionuclides of maximum interest.
Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.
Перед началом работы с реальными водами, содержащими возможные радиоактивные примеси, прозрачный сосуд в измерительной камере заполняют чистой водой для проведения фоновых измерений.Before working with real waters containing possible radioactive impurities, the transparent vessel in the measuring chamber is filled with clean water for background measurements.
Измерения выполняют в течение времени, достаточного для получения статистически достоверных данных (обычно 0,5-2 часа). Регистрируют скорости счета совпадений всех возможных кратностей (2-х, 3-х и т.д.).Measurements are performed for a time sufficient to obtain statistically reliable data (usually 0.5-2 hours). Register the counting speed of matches of all possible multiplicities (2, 3, etc.).
При дальнейшем непрерывном измерении радиоактивности вод с помощью проточного черенковского детектора воду пропускают через фильтр для удаления взвеси, затем непрерывно прокачивают через прозрачный сосуд, находящийся в измерительной камере прибора, помещенный между фотокатодами нескольких фотоэлектронных умножителей (не менее четырех) (фиг.2). Импульсы с анодов ФЭУ направляют на схемы совпадений различной кратности (двойные, тройные и более высокой кратности), при этом значения скоростей счета совпадений импульсов через заданные временные интервалы выводятся на табло электронной схемой прибора и регистрируются любым запоминающим устройством.With further continuous measurement of the radioactivity of water using a flow-through Cherenkov detector, water is passed through a filter to remove suspension, then it is continuously pumped through a transparent vessel located in the measuring chamber of the device, placed between the photocathodes of several photoelectronic multipliers (at least four) (Fig. 2). The pulses from the PMT anodes are directed to coincidence schemes of various multiplicities (double, triple and higher multiples), while the values of the counts of coincidence pulses at specified time intervals are displayed on the scoreboard by the electronic circuit of the device and recorded by any memory device.
Показания, получаемые при непрерывных измерениях, сравнивают с фоновыми, и в случае наблюдения значимых отличий от фоновых значений, превышающих предел вмешательства для определяемых радионуклидов, делаются выводы о характере дальнейших действий.Indications obtained during continuous measurements are compared with background ones, and in the case of observing significant differences from background values exceeding the intervention limit for the determined radionuclides, conclusions are drawn about the nature of further actions.
В соответствии с заявляемым изобретением был изготовлен проточный черенковский детектор для измерения бета-радиоактивности жидкой среды, который характеризовался следующими параметрами:In accordance with the claimed invention, a flow-through Cherenkov detector was made for measuring beta-radioactivity of a liquid medium, which was characterized by the following parameters:
- минимальный уровень определяемой β-радиоактивности 10 Бк/л при длительности измерения не более 30 минут;- the minimum level of detectable β-radioactivity of 10 Bq / l with a measurement duration of not more than 30 minutes;
- масса прибора не более 40 кг;- the mass of the device is not more than 40 kg;
- габаритные размеры собственно детектора не более 750×750×250 мм;- overall dimensions of the detector itself are not more than 750 × 750 × 250 mm;
- потребляемая мощность потребляемой электроэнергии (включая насос для прокачки воды через измерительную емкость) не более 500 Вт.- power consumption of electricity consumed (including a pump for pumping water through the measuring capacity) not more than 500 watts.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012128027/28A RU2525599C2 (en) | 2012-07-05 | 2012-07-05 | Through cherenkov detector for measurement of beta-radioactivity of water |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012128027/28A RU2525599C2 (en) | 2012-07-05 | 2012-07-05 | Through cherenkov detector for measurement of beta-radioactivity of water |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012128027A RU2012128027A (en) | 2014-01-10 |
| RU2525599C2 true RU2525599C2 (en) | 2014-08-20 |
Family
ID=49884215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012128027/28A RU2525599C2 (en) | 2012-07-05 | 2012-07-05 | Through cherenkov detector for measurement of beta-radioactivity of water |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2525599C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2736958A1 (en) * | 2019-07-11 | 2020-01-09 | Centro De Investig Energeticas Medioambientales Y Tecnologicas Ciemat | SYSTEM FOR THE DETECTION OF A BOAT WITH NUCLEAR PROPULSION AND AUTONOMOUS VEHICLE THAT UNDERSTANDS (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN120254934B (en) * | 2025-06-05 | 2025-08-26 | 山东大学 | Liquid scintillation TDCR multi-nuclide β spectrum analysis method and system based on artificial intelligence |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU270107A1 (en) * | 1968-01-09 | 1978-11-30 | М. И. Грачев, В. И. Рыкалин, Н. Вишневский , В. П. Хромов | Particle registering device |
| SU1300305A1 (en) * | 1985-05-14 | 1987-03-30 | Казахский государственный университет им.С.М.Кирова | Device for determining water transparence |
| RU2056639C1 (en) * | 1991-12-25 | 1996-03-20 | Институт физики высоких энергий | Method of tuning of scintillation counter |
| JP2012047517A (en) * | 2010-08-25 | 2012-03-08 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Radioactivity absolute measurement method by liquid scintillation, and calibration method of radioactivity measuring device |
-
2012
- 2012-07-05 RU RU2012128027/28A patent/RU2525599C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU270107A1 (en) * | 1968-01-09 | 1978-11-30 | М. И. Грачев, В. И. Рыкалин, Н. Вишневский , В. П. Хромов | Particle registering device |
| SU1300305A1 (en) * | 1985-05-14 | 1987-03-30 | Казахский государственный университет им.С.М.Кирова | Device for determining water transparence |
| RU2056639C1 (en) * | 1991-12-25 | 1996-03-20 | Институт физики высоких энергий | Method of tuning of scintillation counter |
| JP2012047517A (en) * | 2010-08-25 | 2012-03-08 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Radioactivity absolute measurement method by liquid scintillation, and calibration method of radioactivity measuring device |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Applied Radiation and Isotopes, "A review of the triple-to-double coincidence ratio (TDCR) method for standardizing radionuclides", Volume 58, Issue 5, May 2003, Pages 585-594. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2736958A1 (en) * | 2019-07-11 | 2020-01-09 | Centro De Investig Energeticas Medioambientales Y Tecnologicas Ciemat | SYSTEM FOR THE DETECTION OF A BOAT WITH NUCLEAR PROPULSION AND AUTONOMOUS VEHICLE THAT UNDERSTANDS (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012128027A (en) | 2014-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112068180B (en) | Water body α, β radionuclide on-line measurement device and its measurement method | |
| US8039810B2 (en) | Scintillation-based continuous monitor for beta-emitting radionuclides in a liquid medium | |
| RU2182715C2 (en) | Scintillation optical fiber sensitive to low-energy radiation, radiation detector to record low-energy radiation particles and gear testing water source | |
| CN103852475B (en) | Multichannel potassium measuring instrument based on gamma ray | |
| CN208060728U (en) | Radioactive activity continuously monitors and nuclide identification device | |
| EP0754305B1 (en) | Apparatus and method for tritium measurement by gas scintillation | |
| RU2525599C2 (en) | Through cherenkov detector for measurement of beta-radioactivity of water | |
| CN113156486B (en) | A real-time detection system for tritium water concentration in liquid effluent from nuclear power plants | |
| WO2018121666A1 (en) | Detector having grating-type double-flashing transistors, and monitoring apparatus | |
| JP2019537724A (en) | Scintillation detector for detecting and / or measuring radionuclide in fluid | |
| CN115032678B (en) | A system for identifying ray types and measuring activity online | |
| WO2020133767A1 (en) | Multiphase flow total cross-section phase fraction measuring device and method based on ray coincidence measurement | |
| CN119355789A (en) | An online measurement system for total radioactivity and nuclides in water | |
| Tarancón et al. | Development of an equipment for real-time continuous monitoring of alpha and beta radioactivity in river water | |
| Priester et al. | Tritium activity measurements with a photomultiplier in liquids–The TRAMPEL Experiment | |
| CN219456527U (en) | Gaseous iodine-129 continuous monitoring device | |
| EP1860464A1 (en) | Radiochemical sensor for fluids | |
| Barabanov et al. | Influence of neodymium on the light attenuation length in a liquid organic scintillator | |
| US3465147A (en) | Gas flow nuclear detector cell utilizing thin scintillation material in a spiral arrangement | |
| Cheng et al. | Feasibility analysis of tritium measurement in the aqueous medium based on a plastic scintillating fiber array | |
| CN115453610A (en) | Neutron full-section detector and detection method thereof | |
| KR102364555B1 (en) | the tritium, beta and gamma radioactive ray detecting device in water | |
| CN218630203U (en) | Small-volume angle scintillation counter for measuring beta radioactivity | |
| Brownell et al. | Large Plastic Scintillators for Radioactivity Measurement | |
| RU2217777C2 (en) | Device for evaluating concentration of radioactive materials |