Приложение Ж (Рекомендуемое). Определение загрязненности тритием поверхностей по тормозному излучению

Приложение Ж
(Рекомендуемое)

Определение загрязненности тритием поверхностей по тормозному излучению

В рассматриваемом методе количество трития в поверхностном слое материала (металл, стекло, пластик, бетон и др.) определяют по скорости счета тормозного излучения, обусловленного трития.

Тормозное излучение трития детектируется гейгеровскими счетчиками с толщиной окна 3-5 или сцинтилляторами (NaJ, CsJ) толщиной 1-2 мм с бериллиевым окном.

Поэтому для измерения поверхностного загрязнения тритием могут быть использованы дозиметрические и радиометрические приборы (установки) с указанными выше детекторами и предназначенные для измерения и . При этом требуется соответствующая калибровка приборов применительно к тормозному излучению трития.

Интенсивность тормозного излучения пропорциональная количеству трития в поверхностном слое материала. Для пленочных материалов, толщиной см, интенсивность тормозного излучения пропорциональна содержанию трития в образце материала:

, (Ж.1)

где: Q - количество трития в образце (в поверхностном слое), Ки(Бк); N - скорость счета тормозного излучения, имп./мин (имп./с); k - коэффициент пропорциональности для данного материала (поверхности).

В общем случае значение k зависит от атомного номера материала (Z), чувствительности регистрирующей аппаратуры, геометрии измерения, толщины материала и равномерности распределения трития по толщине. Следовательно, задача калибровки приборов для измерения трития по тормозному излучению сводится к определению значения k для исследуемых (подлежащих контролю) материалов.

С целью определения k для некоторых пленочных материалов (см. таблицу) изучена зависимость N от Q. Образцы исследованных материалов диаметром 3 выдерживались 24-48 ч в атмосфере паров НТО с концентрацией тритием Ки/л. После экспозиции регистрировали тормозное излучение образцов на установке Б-2 с торцевым счетчиком СИ-2Б, помещенным в свинцовый домик ДС-000. Затем образцы помещали в пробирки с фиксированным объемом дистиллированной воды, где они вымачивались от 0,5 ч до 6 суток. После вымачивания образцы сушили фильтровальной бумагой, вновь измеряли их по тормозному излучению и помещали в другие пробирки с водой. Эти операции продолжали до тех пор, пока скорость счета тормозного излучения образцов становилась , где - фон установки, имп/мин. Для определения остаточной активности трития в образцах их сжигали в вакууме, после чего вымораживали выделившуюся НТО.

Воду, оставшуюся после вымачивания и сжигания образцов, анализировали на установке с жидким сцинтиллятором, которая градуировалась эталонной НТО с погрешностью . Количество трития, выделившегося из образца, определяли по его концентрации в воде; оно соответствовало уменьшению скорости счета между двумя вымачиваниями образца. Суммарному количеству трития соответствовала начальная скорость счета, определяемая после экспозиции. Экспериментальная зависимость N = f (Q) для некоторых материалов приведена на рис. Ж.1.

В экспериментах значения Q изменялись от до Ки, а N - от 20 до имп/мин. Одновременно исследовали 4-8 образцов из одного и того же материала, для каждого материала определяли 8-26 значений и .

Из соотношений определены экспериментальные значения коэффициентов пропорциональности для исследованных материалов, среднеарифметические значения которых представлены в таблице Ж.1. Значения в пределах от (фторопласт-26) до (резина "Каландр"). Среднеквадратичная ошибка в определении составляет 9-25%.

Поскольку k в соотношении (Ж.1) зависит от нескольких факторов (см. выше), то полученные значения справедливы только для конкретных условий калибровки (в этом случае ). При этом в уже учтена зависимость oт Z (состав материала), который определяет интенсивность тормозного излучения.

Если предположить, что тритий (в форме НТО) распределен равномерно по толщине материала, то N в зависимости от толщины можно определить соотношением:

, (Ж.2)

где: - скорость счета тормозного излучения без учета поглощения в материале (для бесконечно тонкого слоя); d - толщина материала; - коэффициент поглощения.

Поскольку , то , где - коэффициент пропорциональности без поглощения. Подставив в (Ж.2) соотношения для , получим выражение для :

. (Ж.3)

Нахождение связано с определением для исследованных материалов.

Для этого определяли кривую поглощения тормозного излучения. В качестве поглотителя использовали полиэтиленовую пленку (плотность ) толщиной 0,1 мм. Слой половинного ослабления равен 0,04 см, тогда для полиэтилена .

Для материалов, незначительно отличающихся по Z, отношение можно считать постоянным. На основании этого отношения, равного 19 (полиэтилен) и известной плотности материалов вычислены значения , которые изменены для определения . Полученные величины и представлены в таблице Ж.1.

Влияние на геометрии измерения и чувствительности аппаратуры учитывается путем нормирования значений по эталонному излучению.

Для нормирования измерение образцов исследуемых материалов и эталонов проводили в идентичной геометрии. При этом использовали два эталона: соединение трития с титаном (T-Ti) с активностью Ки по тритию и стронций-иттрий (Sr-Y) активностью Ки по иттрию. Точность эталонов по паспортным данным . Нормирование осуществляли по соотношению:

, (Ж.4)

где: - нормированное значение (см. таблицу Ж.1).

Видно, что активность эталона T-Ti на несколько порядков выше по сравнению с эталоном Sr-Y, однако в первом случае значения на четыре порядка ниже по сравнению со вторым эталоном. Это объясняется низким выходом ( для органических материалов) и малой эффективностью регистрации тормозного излучения трития.

Полученные значения могут быть использованы для измерения количества трития не только в исследованных материалах, но и для других пленочных материалов с близкими значениями Z. При этом можно применять любые приборы (установки), чувствительные к тормозному излучению трития. Количество трития в материалах определяется соотношением (Ж.1), в котором:

. (Ж.5)

Чувствительность метода со счетчиком CU-2Б при имп/мин, и d = 0,05 мм в случае измерения поверхности, равной площади окна счетчика (12 ), находится в диапазоне от (фторопласт-26) до Ки (наиритовый латекс - 7). Приведенная к единице площади чувствительность составляет (1,0-2,5) . Чувствительность может быть повышена за счет уменьшения фона, и применения детекторов, имеющих большую эффективность регистрации низкоэнергетического тормозного излучения.

Таблица Ж.1. Характеристика исследованных материалов*

Материал	d, см	,	,		**, %
							T-Ti	Sr-Y
Резина перчаток "Каландр" (ТУ ЯН-251-61)		1,15	21,7		9		21,2
Наиритовый латекс Л-7 (ВТУ В-53-61)		1,28	24,2		11		25,2
Резина хирургических перчаток (ГОСТ-3-53)		0,90	17,5		12		13,9
Поливинилхлорид рецептуры 80/277		1,21	22,8		16		23,2
Поливинилхлорид рецептуры 80 АМ		1,23	23,2		23		23,2
Фторопласт-26		1,81	34,2		20		9,6
Перфоль ПК-4		1,15	-		25		16,8
Терилен (полиэти- лентрефталат)		-	-		21		13,8
Примечание * - Поправка на поглощение для перфоля и терилена не вводилась ввиду незначительной толщины этих материалов, ** - Относительная погрешность определения

Представленный способ определения загрязненности тритием поверхностей по тормозному излучению может быть использован не только для пленочных полимерных материалов, но и для металлов, стекол, бетона и др. Для этих материалов калибровка способа применительно к конкретной аппаратуре может быть осуществлена аналогично калибровке для пленочных материалов. При этом для выделения трития может быть использован не только метод "вымывания", но и термовакуумной десорбции.

Следует отметить, что при калибровке для металлов и стекол нет необходимости вводить поправки на толщину материала, поскольку в металле и стекле тритий (в форме НТО) адсорбирован в поверхностном слое.