SI9111472A - Sonda za merilnik koncentracije radona v zraku, opremljena s trdnim detektorjem jedrskih sledi - Google Patents

Abstract

V sondi po izumu je trdni detektor (D) jedrskih sledi nameščen znotraj prizmatičnega obroča (R), katerega konca pokrivata pokrova (C1, C2). Na notranja obodna prislona (F1, F2) obroča (R), ki sta pravokotna na vzdolžno obročevno os (A), sta prislonjena filter (F) oziroma zaščitna ploščica (PP), ki obdajata aktivno oglje (AC). Filter (F) prekriva na prislon (F1) opirajoča se zaščitna mrežica (PN). Detektor (D) je vstavljen v centrirni obroček (CR2) nad zaščitno ploščico (PP).

Description

Institut Jožef Stefan'

Sonda za merilnik koncentracije radona v zraku, opremljena s trdnim detektorjem jedrskih sledi

Področje tehnike

Izum spada v področje zaznavanja elementov s pomočjo jedrskega sevanja.

Predmet izuma je po mednarodni klasifikaciji patentov uvrščen v razred G 01V 5/00.

Tehnični problem

Glede na pomanjkljivosti dosedaj znanih sond za merjenje koncentracije radona (^Rn) s trdnim detektorjem jedrski sledi je tehnični problem izuma v tem, kako skonstruirati preprosto in kompaktno sondo omenjene vrste vendar z močno povečano občutljivostjo za radon, pri čemer naj bo detektor ves čas zaščiten pred ultravioličnimi žarki, sondin filter, ki deluje kot difuzijska ovira za zrak, pa naj bo varen pred mehanskimi poškodbami.

Stanje tehnike

Za določanje koncentracije radona, mišljen je ²²²Rn, v okolju se v zadnjem desetletju precej uporablja sonde s trdnim detektorjem jedrskih sledi. Te sonde se izvede tako, da so neobčutljive na aktivnost drugih dveh radioaktivnih izotopov plinastega radona, to je torona (²²⁰Rn) ter aktinona (²¹⁹Rn). Meritve namreč kažejo, da je povprečen prispevek radonovih kratkoživih razpadnih produktov k efektivni ekvivalentni dozi naravnega sevanja okoli 45%. Detektor sonde je od področja, v katerem se želi meriti koncentracijo radona, ločen z difuzijsko oviro sonde. V tej oviri razpadeta toron (razpolovna doba 54 s) in aktinon (3,9 s), preden v sondi dosežeta občutljivi prostor blizu detektorja. Difuzijska ovira je v obliki daljše zračne poti do detektorja ali pa je izvedena kot filter oziroma vrečka iz polimera.

Iz patentnega spisa YU 42 445 je poznana sonda za detekcijo radona (²²²Rn) s trdnim detektorjem sledi, kije namenjena prospekciji ležišč urana. Dejanska sonda je pritrjena v cevi, ki služi zbiranju radona in nameščanju sonde na terenu, in obstoji iz druge cevi iz plasta, na katere dnu je v njeni notranjosti pritrjen detektor, drugi konec cevi pa je zaprt s tanko polimerno folijo. Med prenosom nezaščitene sonde je detektor izpostavljen ultravioličnim žarkom, polimerna folija pa ni zaščitena pred mehanskimi poškodbami. Ta sonda je uporabna pri veliki koncentraciji radona, sicer je čas ekspozije zelo dolg. Najmanjša koncentracija C_mjn radona, ki se jo še lahko določi s trdnimi detektorji jedrskih sledi, je namreč določena z izrazom

C_min = [k² + 2k V(po.A + s².A²)] / (A.K.t). Odvisno od konstrukcije in vrste detektorja ter od postopka njegove naknadne obdelave je njegov odziv K med 0,5 in 8 sledi/ cm².kBq.m'³.h, kot njegova teoretična zgornja meja pa velja 10 sledi/cm².kBq.m'³.h. Faktor k zanesljivosti je vrednost standardizirane normalne porazdelitve pri predpisani stopnji verjetnosti za napačno določitev signala, ko ga dejansko ni, in obratno; pri verjetnosti 5 % je k = 1,65. Pri značilni gostoti po = 20 sledi ozadja na cm² in faktorju s = 5 cm'², ki podaja spremembo gostote sledi ozadja, se z detektorjem s površino 1 cm² lahko pri času eksponiranja t = 1 dan določi najmanjšo koncentracijo radona v zraku C_min = 100 Bq/m³. Značilne koncentracije radona na prostem so od 0,1 do 10 Bq/m³, v hišah pa od 10 do 100 Bq/m³. Za meritve koncentracije radona v bivalnem okolju je torej spodnja meja občutljivosti opisane sonde premajhna, da bi ekspozicije lahko bile krajše od okoli 1 tedna.

S sondami s trdnim detektorjem jedrskih sledi se kumulativno beleži koncentracijo radona skozi daljše obdobje. To je zelo pomembno, ker koncentracija radona dnevno fluktuira tudi za več redov velikosti. Prav zato se pogosto ne potrebuje podatka o trenutni vrednosti koncentracije in so zato merilniki, kot so ionizacijska celica, scintilacijska celica, termolumiscentni detektor, ki je razen tega očutljiv še na γ žarke, in spektrometri v povezavi z adsorbcijskim filtrom iz aktivnega oglja, po nepotrebnem prekompleksni.

Opis rešitve tehničnega problema s primerom izvedbe

Navedeni tehnični problem je rešen s sondo za merilnik koncentracije radona v zraku, ki je opremljena s trdnim detektorjem jedrskih sledi in v kateri je omenjeni detektor nameščen znotraj prizmatičnega obroča .na enem koncu sondinega občutljivega prostora, katerega drugi konec je zaprt s filtrom, in ki je značilna po tem, da je na obodna prislona, ki sta pravokotna na vzdolžno os prizmatičnega obroča in do katerih je ta obroč znotraj obojestransko skoncema prizmatično razširjen, prislonjen filter oziroma zaščitna ploščica in da je aktivno oglje nameščeno med filtrom in zaščitno ploščico in da je na filter nameščena z njim kongruentna in od njega manjša, a še vedno na prislon preko filtra opirajoča se zaščitna mrežica in da se na filter in na zaščitno mrežico opira do prvega robu prizmatičnega obroča segajoč prvi centrirni obroček in da je na prizmatičen obroč odstranljivo pritrjen prvi pokrov, tako da njegova notranja tesnilka pritiska ob njegov prvi rob in ob prvi centrirni obroček, in da je omenjeni detektor vstavljen v drugi centrirni obroček, ki se opira na zaščitno ploščico in sega do drugega robu prizmatičnega obroča, in da je na prizmatičen obroč odstranljivo pritrjen drugi pokrov, tako da njegova notranja tesnilka pritiska ob drugi rob prizmatičnega obroča in ob drugi obroček.

Sonda po izumu ima glede na znane sonde opisane vrste znižano spodnjo mejo detekcije radona. Detektor v sondi je ves čas zaščiten pred ultravioličnimi žarki in so zato latentne sledi a delcev obstojne. Nameščanje sonde na terenu je preprosto prav tako pa tudi prenašanje majhne in kompaktne sonde na merilno mesto nazaj v laboratorij. Filter, ki deluje kot difuzijska ovira za zrak, je zaščiten pred mehanskimi poškodbami.

Izum bomo v nadaljnjem podrobno opisali na osnovi izvedbenega primera ter pripadajočega načrta, ki prikazuje na sl.l sondo po izumu za merilnik koncentracije radona v zraku, ki je opremljena s trdnim detektorjem jedrskih sledi, v delnem osnem prerezu in sl.2 sondo s sl. 1 v prerezu II - II.

Ogrodje sonde po izumu za merilnik koncentracije radona v zraku obstoji iz prizmatičnega, prednostno valjastega obroča R (sl. 1). Na enem koncu občutljivega prostora SV je znotraj obroča R nameščen detektor D jedrskih sledi, drugi konec prostora SV pa je zaprt s filtrom F. Obroč R je z obeh svojih koncev, ki se zaključujeta z robovoma El, E2, znotraj skoncema prizmatično razširjen do obeh obodnih prislonov Fl, F2. Ravnini prislonov Fl, F2 sta pravokotni na vzdolžno os A obroča R. V obroč R sta vstavljena filter F oziroma zaščitna ploščica PP, tako da se opirata na prislon Fl oziroma F2. Med filtrom F in ploščico PP se razteza sondin občutljivi prostor SV, ki je izpolnjen z aktivnim ogljem AC. Nad filter F je nameščena zaščitna mrežica PN. Mrežica PN je kongruentna s fitrom F in je od njega nekoliko manjša, a se še vedno sicer preko filtra F opira na prislon Fl. Na filter F in na mrežico PN se opira centrirni obroček CR1, ki sega do robu El obroča R. Na obroč R je odstranljivo pritrjen pokrov Cl sonde, npr. s pomočjo navoja T, tako da notranja tesnilka Sl pokrova Cl pritiska ob rob El in ob zunanji rob obročka CR1. Na ploščico PP se opira centrirni obroček CR2, ki sega do robu E2. Na obroč R je z njegove druge strani odstranljivo pritrjen pokrov C2, tako da njegova notranja tesnilka S2 pritiska ob rob E2 in ob obroček CR2. Detektor D je vstavljen v centrirni obroček CR2, npr tako da njegovi vogali Co segajo v izreze G v obročku CR2 (sl. 2). Detektor D, ki je npr. v obliki kvadratne ploščice s stranico 25 mm in iz alil diglikol karbonata, je torej obdan s tesnilko S2 in s ploščico PP, ki mu preprečuje dotik z aktivnim ogljem AC.

Prednostno valjast obroč R zunanjega premera 45 mm in notranjega premera 40 mm je izdelan tako kot pokrova Cl, C2 iz aluminija. Zaščitna ploščica PP je iz kovinske folije, katere debelina mora biti znatno manjša od dosega a delcev, ki jih sevajo radon in njegov potomci. Filter Fl mora biti iz hidrofobnega materiala; uporabi se lahko plast steklenih vlaken debeline npr. 0,15 mm. Zaščitna mrežica PN je kovinska in mora imeti odprt velik del svoje površine.

Sondo po izumu se umeri s pomočjo kalibracijske prirave. Kot izvor radona v pripravim stekleni komori s prostornino 20 dm³ je predvidena zdrobljena uranova ruda. V komoro se vstavi sonde po izumu in z umerjeno scintilacijsko celico (s prostornino 0,2 dm³) se določi koncentracijo radona v komori.

Sondo se postavi na primeren predmet v prostoru, v katerem se želi določiti koncentracijo radona v zraku. Beleženje koncentracije radona se začne, ko snamemo pokrov Cl. Radon difundira skozi filter F v občutljivi prostor SV in se nabira na površini zrn aktivnega oglja AC. a delci radona in njegovih kratkoživih izotopov zadevajo detektor D in na njegovi površini zapuščajo sevalne poškodbe. Vstopanje radona v sondo zaključimo, s tem dajo ponovno pokrijemo s pokrovom Cl.

V laboratoriju se iz sonde, ki se jo položi na pokrov Cl in se ji sname pokrov C2, vzame detektor D ter se ga kemijsko ali elektrokemijsko jedka, da postanejo sevalne poškodbe vidne sledi. Le-te se avtomatsko prešteje z merilnikom, seveda pa lahko tudi z optičnim mi-kroskopom. Obroč R z zaščitno mrežico PN, filtrom F in aktivnim ogljem AC se v sušilniku nekaj ur segreva pri temperaturi 120°C, s čimer se regenerira aktivno oglje AC. Sondo po izumu se pripravi za ponovno uporabo, s tem da se v obroček CR2 vstavi svež detektor D in sejo pokrije s pokrovom C2.

Claims (1)

1. Patentni zahtevek

   Sonda za merilnik koncentracije radona v zraku, opremljena s trdnim detektorjem jedrskih sledi, v kateri je trdni detektor D jedrskih sledi nameščen znotraj prizmatičnega obroča R na enem koncu sondinega občutljivega prostora SV, katerega drugi konec je zaprt s filtrom F, označena s tem, da je na obodna prislona (Fl, F2), ki sta pravokotna na vzdolžno os (A) obroča (R) in do katerih je obroč (R) znotraj obojestransko skoncema prizmatično razširjen, prislonjen filter (F) oziroma zaščitna ploščica (PP), da je aktivno oglje (AC) nameščeno med filtrom (F) in ploščico (PP), daje na filter (F) nameščena z njim kongruentna in od njega manjša, a še vedno na prislon (Fl) preko filtra (F) opirajoča se zaščitna mrežica (PN), da se na filter (F) in mrežico (PN) opira do robu (El) obroča (R) segajoč centrimi obroček (CR1), da je na obroč (R) odstranljivo pritrjen pokrov (Cl), tako da njegova notranja tesnilka (Sl) pritiska ob rob (El) in ob obroček (CR1), da je detektor (D) vstavljen v centrimi obroček (CR2), ki se opira na ploščico (PP) in sega do robu (E2) obroča (R), in da je na obroč (R) odstranljivo pritrjen pokrov (C2), tako da njegova notranja tesnilka (S2) pritiska ob rob (E2) in ob obroček (CR2).