Радиометрия радиоактивных благородных газов

Анализ инертных газов, меченных радионуклидами, проводят при изучении процессов деления урана (при делении урана образуются многочисленные радиоактивные изотопы криптона и ксенона), при диагностике процессов распухания ядерного топлива, при использовании ядерных реакций с образованием благородных газов для регистрации нейтронов, в исследовании процессов диффузии, газопроницаемости инертных газов сквозь полимерные плёнки, при использовании некоторых вариантов эманационно-термического анализа.

Радиоактивными являются такие радионуклиды, как ⁶Не (р-,.

• 3,5 МэВ, Г=о, 8 с), два изотопа неона ²3Ne (р-, 4,4 МэВ, у, 0,44 МэВ, Г=з8 с) и ²«Ne (р-, 2,0 МэВ, у, 0,87 МэВ, Т= 3,38 мин), четыре изотопа аргона (например, 4"Аг (р% 1,2 МэВ, у, 1,3 МэВ, Т= 1,83 ч)), пятнадцать изотопов криптона
• (например, ⁸sKr ((р% 0,7 МэВ, Т= 10,76 с), девятнадцать изотопов ксенона, например, >ззХе (р% 0,3 МэВ, у, 0,081 МэВ, Т= 5,29 с). Все они — риу-

излучатели.

Рис. 9. Интегральная камера со сцинтилляционным детектором: 1 — охлаждаемая ловушка с углем, 2 — торцовый счётчик Гейгера-Мюллера или сцинтилляционный детектор, з — сосуд Дьюара, 4 — свинцовая защита.

Для регистрации радиоактивных инертных газов, меченных радионуклидами, испускающими достаточно жёсткое излучение, используют обычные счётчики радиоактивных излучений, смонтированные таким образом, чтобы радиоактивный газ омывал детектор. Газообразные радионуклиды с низкоэнергетическим излучением должны поступать непосредственно в детектор — тупиковый и проточный. Использование ионизационных камер для измерения активности газов обеспечивает высокую чувствительность, но эффективность счёта зависит от химической природы измеряемого газа, а также от газа-носителя и присутствия других газообразных компонентов (например, водяных паров или органических примесей). Эффективность измерений с помощью внешнего счётчика ГейгераМюллера, сцинтилляционного и полупроводниковых детекторов почти не зависит от наличия примесей в газе-носителе. Эти детекторы можно использовать при регистрации газов в присутствии паров органических веществ и воды.

На рис. 6 — 9 представлены некоторые проточные камеры различной формы. Проточные детекторы для регистрации ^1:«Хе оборудуют счётчиком Гейгера или у-сцинтилляционным счётчиком. Проточные камеры относятся к дифференциальным детекторам и предназначены для определения нестационарных концентраций радиоактивного вещестыва в газе носителе. Камеры, в которых расположены поглотители инертных газов (например, камеры в которых адсорбентом измеряемого газа является активированный уголь, охлаждаемым жидким азотом) относят к интегральным детекторам, предназначенным для измерения изменения количества радиоактивного газа в измеряемой среде.

Рис. ю. Проточная водоохлаждаемая камера покрытая слоем ZnS и снабженная электрическим фильтром для удаления положительно заряженных продуктов распада. Предназначена для регистрации нестационарных концентраций изотопов радона.

Остановимся несколько подробнее на подборе характеристик проточного (дифференциального) детектора радиоактивных благородных газов, РБГ.

При регистрации короткоживущих нуклидов (например, торона,.

²²°Rn) скорость потока газа-носителя должна быть достаточно большой, чтобы предотвратить потери на распад. В то же время очень высокая скорость газа-носителя приводит к уменьшению чувствительности системы регистрации, поскольку при больших скоростях расхода РБГ через камеру вероятность детектирования за счёт распада мала. Оптимальное значение скорости потока зависит от объёмов проточной системы и измерительной камеры, а также от постоянной распада радионуклида.

Пусть в системе достигнут ламинарный поток. Обозначим: Vj — объём системы, V₂ — объём измерительной камеры, v — скорость газового потока, X — постоянная распада регистрируемого радиоактивного благородного газа, а_а — число атомов инертного газа, поступающее в детектор, а — число атомов инертного газа, распадающееся в проточном детекторе в единицу времени, тогда.

На рис. 11 приведена зависимость эффективности проточной системы от скорости газа-носителя в случае регистрации изотопа с периодом полураспада 7=1 мин. Рабочую скорость потока обычно выбирают на нис.

Скорость потока газа, соответствующая максимальной эффективности измерения, равна.

падающей части кривой, где на измеренную активность не оказывают сильного влияния возможные флюктуации скорости потока. Для случая, приведённого на рис. и, рабочая объёмная скорость потока v = 20 смз/м.

Рис. и. Экспериментальная зависимость относительной активности ²²°Rn от потока газа-носителя для измерительной камеры малого объёма (Va=8,4 см³). Рабочая скорость движения газа и=20 см³/мин.