DE3212666A1 - Method for simultaneously measuring the concentration of radioactive gases by means of a multi-layer scintillation chamber - Google Patents
Method for simultaneously measuring the concentration of radioactive gases by means of a multi-layer scintillation chamberInfo
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- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/003—Scintillation (flow) cells
Abstract
Description
Verfahren zur simultanen Messung der Konzentration Method for the simultaneous measurement of the concentration
radioaktiver Gase mittels einer mehrschichtigen Szintillationskammer Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur simultanen Messung der Konzentration radioaktiver Gase mittels einer mehrschichtigen Szintillationskammer, unter Anwendung von Kunststoffszintillatoren, Lichtleiter, Fotovervielfachern und einer elektronischen Apparatur für'die Registration der bei einer radioaktiven Umwandlung der Nuklide entstandenen Kernstrahlung. Es ermöglicht eine selektive Bestimmung der Konzentration von mehreren Radionukliden auf einmal; wie zum Beispiel die Messung der Konzentration von 3 14C, 18F 35S 36cd, 41Ar 133Xe, 135Xe und Rn in der Atmosphäre der Arbeitsräume von Kernforschungsanlagen und allgemein von Kernanlagen. radioactive gases by means of a multi-layer scintillation chamber The invention relates to a method for the simultaneous measurement of the concentration of radioactive substances Gases by means of a multi-layer scintillation chamber using plastic scintillators, Light guides, photo multipliers and electronic equipment for registration the nuclear radiation resulting from a radioactive conversion of the nuclides. It enables the selective determination of the concentration of several radionuclides at once; such as measuring the concentration of 3 14C, 18F 35S 36cd, 41Ar 133Xe, 135Xe and Rn in the atmosphere of the workrooms of nuclear research facilities and nuclear facilities in general.
Derzeit benutzt man für die quantitative Bestimmung der Konzentration von Radionukliden in der Atmosphäre von Kernforschungsanlagen, nämlich z. B. in den Schornsteinen, im Gaskühlmittel usw., Gas- oder Szintillationsdetektoren.It is currently used for the quantitative determination of the concentration of radionuclides in the atmosphere of nuclear research facilities, namely z. Am the chimneys, in the gas coolant, etc., gas or scintillation detectors.
Gewöhnlich ist es erforderlich, zum Beispiel während des Betriebs der Kernanlagen die Konzentration mancher Radionuklide mit verschiedener Zerfallscharakteristik, das heißt mit verschiedener Art des radioaktiven Zerfalls, Halbwertszeit und Strahlungsenergie, simultan zu verfolgen. So ist es zum Beispiel in den Arbeitsräumen rings um einen Leichtwasserkernreaktor herum erforderlich, die Konzentration von 3H, 85Kr, 133Xe, 135Xe sowie von weiteren Radionukliden zu verfolgen.Usually it is required, for example during the Operating the concentration of some radionuclides with different decay characteristics of the nuclear facilities, that is, with different types of radioactive decay, half-life and radiation energy, to track simultaneously. This is how it is, for example, in the work rooms around you Light water nuclear reactor around required, the concentration of 3H, 85Kr, 133Xe, 135Xe and other radionuclides.
Bisher wird dieses Problem durch Anwendung von mehreren Detektoren gelöst, von denen jeder auf die Registration eines bestimmten Radionuklides eingestellt ist. Zum Beispiel ist es möglich, für einen 3H-Detektor eine Ionisationskammer zu verwenden, und für die höheren oben erwähnten Gase einen Kunststoffszintillationsdetektor für die Betastrahlung oder einen NaJ/TL-Szintillationsdetektor für die Gammastrahlung vorzusehen. Es ist aber auch möglich, mehrere Detektor-Arten zu kombinieren. Die Ionisationskammern sind besonders für eine Routine-Registration von ³H geeignet; ihr Nachteil liegt aber darin, daß Wasserstoff 3H bei Vorhandensein von anderen radioaktiven Gasen nicht bestimmt werden kann. Für diese Zwecke kann man auch Kunststoffszintillationsdetektoren benutzen. Solche Detektoren werden bisher aber für die Registration nur von einer einzigen Radionuklidsart benutzt, zum Beispiel von ³H, bzw. 85Kr. Eine solche Lösung zeigt sich als sehr nachteilig, weil sie die Verwendung von mehreren Detektoren und elektronischen Apparaten und damit auch eine komplizierte Bedienung in Anspruch nimmt.So far this problem has been solved by using multiple detectors solved, each of which is set to the registration of a particular radionuclide is. For example, it is possible to add an ionization chamber for a 3H detector use, and for the higher gases mentioned above, a plastic scintillation detector for beta radiation or a NaJ / TL scintillation detector for gamma radiation to be provided. However, it is also possible to combine several types of detectors. the Ionization chambers are particularly suitable for routine registration of ³H; their disadvantage, however, is that hydrogen 3H in the presence of others radioactive gases cannot be determined. Plastic scintillation detectors can also be used for this purpose use. However, such detectors are currently only used by one only type of radionuclide used, for example from ³H, or 85Kr. Such a solution turns out to be very disadvantageous because of the use of multiple detectors and electronic devices and thus complicated operation takes.
Die oben angeführten Nachteile werden durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung der Konzentration der radioaktiven Elemente mittels einer mehrschichtigen Szintillationskammer unter Verwendung einer elektronischen Apparatur gelöst, und zwar kontinuierlich oder diskontinuierlich. Das Wesen der Erfindung liegt darin, daß bei einem zugeführten, mehrere Betaradionuklide enthaltenden Gas zuerst diese Betraradionuklide durch die Energie der emittierten Betastrahlung spektrometrisch identifiziert werden. Die Identifizierung erfolgt durch die totale Absorption, und die Qualität wird durch Amplituden-Diskrimination der registrierten Impulse selektiv und simultan ermittelt. Das Wesen der mehrschichtigen Szintillationskammer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren liegt darin, daß in einem lichtdichten Gehäuse sich die Platten der Kunststoffszintillatoren mit geeigneten Abmessungen und in geeigneter Anordnung befinden, wobei dieses auf beiden Seiten mittels der Lichtleiter mit Fotovervielfachern verbunden sind.The above-mentioned disadvantages are alleviated by the method according to the invention to measure the concentration of radioactive Elements by means of a multilayer scintillation chamber using an electronic Apparatus dissolved, continuously or discontinuously. The essence of Invention lies in the fact that a supplied, containing several beta radionuclides Gas first these radiation nuclides through the energy of the beta radiation emitted can be identified spectrometrically. The identification is done by the total Absorption, and the quality is registered by amplitude discrimination Pulses determined selectively and simultaneously. The essence of the multilayer scintillation chamber to carry out the method according to the invention is that in a light-tight Housing the plates of the plastic scintillators with suitable dimensions and located in a suitable arrangement, this on both sides by means of the Light guides are connected to photo multipliers.
Die Erfindung nützt die Tatsache, daß ein Kunststoffszintillationsdetektor fähig ist, die Betateilchen nach ihrer Energie zu unterscheiden, d. h. daß er als ein Spektrometer arbeitet. Es ist nur nötig, die richtige Szintillatordicke zu wählen, um darin zur Totalabsorption der untersuchenden Betateilchen zu kommen. Wenn die Maximalenergiender Betateilchen bei den untersuchten Radionukliden genügend unterschiedlich sind, dann kann der Kunststoffszintillationsdetektor diese entsprechend der Amplitude der registrierten Impulse unterscheiden.The invention takes advantage of the fact that a plastic scintillation detector is able to distinguish the beta particles according to their energy, d. H. that he as a spectrometer is working. It is only necessary to choose the correct scintillator thickness, in order to achieve total absorption of the beta particles being examined. If the The maximum energies of the beta particles in the examined radionuclides are sufficiently different then the plastic scintillation detector can measure them according to the amplitude of the registered impulses.
Die mehrschichtige Szintillationskammer und das Verfahren zur simultanen Messung der Konzentration der radioaktiven Elemente erfüllen die Kriterien für die gleichzeitige Bestimmung der Konzentration von mehreren Radionukliden unter dem Pegel ihrer maximalen zulässigen Konzentration, und es kann entweder in einem Durchlauf- oder in einem statischen Regime gearbeitet werden.The multi-layer scintillation chamber and the method for simultaneous Measurement of the concentration of radioactive Elements meet the Criteria for the simultaneous determination of the concentration of several radionuclides below the level of their maximum allowable concentration, and it can be in either be worked in a continuous or in a static regime.
Im nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung beschrieben.In the following, an embodiment of the invention is based on a schematic drawing described.
In einem lichtdichten Gehäuse 1 befinden sich die Platten von Kunststoffszintillatoren 2. Diese sind auf beiden Seiten über einen Lichtleiter 3 mit einem Fotovervielfacher 4 verbunden.The plates of plastic scintillators are located in a light-tight housing 1 2. These are on both sides via a light guide 3 with a photo multiplier 4 connected.
Im Beispiel wurde die Einrichtung für simultane Bestimmung der Konzentration von ³H, ¹³³Xe, 85Kr und 135Xe in Luft getestet. Es wurde festgestellt, daß die optimalen Parameter einer mehrschichtigen Szintillationskammer für die simultane Messung der Konzentration von Radionukliden mit einer Maximalenergie der Betateilchen in einem Frequenzintervall von 10 bis 1000 keV folgende sind: 14 Platten aus dem Kunststoffszintillator mit den Abmessungen 200 x 100 x 4,2 mm sind übereinandergelegt und die Spalten zwischen den Platten betragen 3,3 mm. Die auf diese Art gebildete Kammer hat ein Empfindlichkeitsvolumen von 0,95 Liter. Eine Längsschnittansicht der mehrschichtigen Szintillationskammer ist in Fig. 1 dargestellt.In the example, the device for simultaneous determination of the concentration of ³H, ¹³³Xe, 85Kr and 135Xe tested in air. It was found that the optimal Parameters of a multi-layer scintillation chamber for the simultaneous measurement of the Concentration of radionuclides with a maximum energy of beta particles in one Frequency interval from 10 to 1000 keV are as follows: 14 plates from the plastic scintillator with the dimensions 200 x 100 x 4.2 mm are superimposed and the gaps between the plates are 3.3 mm. The chamber formed in this way has a sensitivity volume of 0.95 liters. A longitudinal sectional view of the multilayer scintillation chamber is shown in FIG.
Das Licht wird auf den kürzeren Seiten der Platten auf einer Fläche von 10 x 11 cm mittels des Lichtleiters gesammelt. Die Meßkammer ist in einem Gehäuse aus Aluminium zusammen mit Fotovervielfachern und Vorverstärkern untergebracht. So bildet der Detektorteil ein selbstständiges Ganzes, das an das messende Gasmedium und an eine elektronische Apparatur anschließbar sein kann. Das Signal von den Fotovervielfachern wird nach einer raschen Koinzidenz summiert, verstärkt und mittels eines Mehrkanalamplitudenanalysator analysiert. Ein Umsteliungszähler (= Reversierzähler) ermöglicht es, eine die Wirkung des externen Feldes der Gammastrahlung unterdrückenden Kompensationsschaltung der Kammer zu benutzen.The light is on the shorter sides of the plates on a surface of 10 x 11 cm collected by means of the light guide. The measuring chamber is in a housing made of aluminum housed together with photo multipliers and preamplifiers. In this way, the detector part forms an independent whole that is attached to the gas medium to be measured and can be connected to electronic equipment. The signal from the photo multipliers is summed, amplified and after a rapid coincidence analyzed by means of a multi-channel amplitude analyzer. A conversion counter (= Reversing counter) makes it possible to measure the effect of the external field of the gamma radiation to use suppressive compensation circuit of the chamber.
Zusammen mit dem elektronischen Teil wurde dieser Teil in einer Vierkanal-Version für simultane Überwachung von ³H (Maximal-Energie der Betastrahlung Emax = 18,6 keV), Xe (Ex = 346 keV), 85Kr (Emax = 670 keV), 135Xe (EmaX = 190 keV) in der Atmosphäre getestet. Die Konzentration der gemessenen Radionuklide, die der zahlenmäßigen Stärke in einzelnen Kanälen entsprechen, wurde nach der Relation kijNj i = 1,2 n berechnet, wo Ai die spezifische Aktivität des i-ten Nuklids, N. die Menge der Impulse im j-ten Kanals des 3 Amplitudenanalysators, kij die durch Berechnung aus dem Detektorwirkungsgrad der Strahlung des i-ten Nuklids im j-ten Kanal bestimmten Koeffizienten und n die Menge der Radionuklide im analysierten Medium bezeichnen.Together with the electronic part, this part was developed in a four-channel version for simultaneous monitoring of ³H (maximum energy of beta radiation Emax = 18.6 keV), Xe (Ex = 346 keV), 85Kr (Emax = 670 keV), 135Xe ( EmaX = 190 keV) in the atmosphere. The concentration of the measured radionuclides, which correspond to the numerical strength in individual channels, was calculated according to the relation kijNj i = 1.2 n is calculated, where Ai is the specific activity of the i-th nuclide, N. the amount of pulses in the j-th channel of the 3 amplitude analyzer, kij is calculated from the detector efficiency of the radiation of the i-th nuclide im The j-th channel is determined by the coefficient and n is the amount of radionuclides in the analyzed medium.
Für die energetische Kalibrierung werden die durch K-Einfang zerfallenden radioaktiven Strahler benutzt.For the energetic calibration, those that decay due to K-capture are used radioactive emitter used.
Die experimentell festgestellte, während einer Meß-Zeitdauer von 100 s für einzelne Radionuklide erhaltene Konzentrations-Erfassungsgrenze hat für ³H einen Wert von mindestens 20 Bq.m-3 und für ¹³³Xe, 85Kr und 135Xe einen Wert von 1 kBq.m 3 von Luft, was benötigt wird, um die Menge der Signalimpulse auf das Zweifache der statistischen Abweichung des Hintergrundes, wo das Kriterium 2 Sigma ist, zu erhöhen. Diese Werte sind mindestens um eine Ordnung niederiger als die maximal zulässige Konzentrationen von diesen Radionukliden in Luft.The experimentally determined, during a measurement period of 100 The concentration detection limit obtained for individual radionuclides has for ³H a value of at least 20 Bq.m-3 and for ¹³³Xe, 85Kr and 135Xe a value of 1 kBq.m 3 of air, what is needed to the Amount of signal pulses to twice the statistical deviation of the background where the criterion 2 sigma is to increase. These values are at least one order lower than the maximum allowable concentrations of these radionuclides in air.
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| DE19823212666 DE3212666A1 (en) | 1982-04-05 | 1982-04-05 | Method for simultaneously measuring the concentration of radioactive gases by means of a multi-layer scintillation chamber |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1200963B (en) * | 1960-04-26 | 1965-09-16 | Ceskoslovenska Akademie Ved | Scintillation measuring device for measuring beta radioactivities of low concentration in liquids |
| US3531639A (en) * | 1968-12-10 | 1970-09-29 | Atomic Energy Commission | Pressurized gas monitor for low level radioactive gases |
-
1982
- 1982-04-05 DE DE19823212666 patent/DE3212666A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
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Non-Patent Citations (4)
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| Health Physics, Vol. 18, 1970, S. 659-664 * |
| JP 55-128179 A. In: Patents Abstr. of Japan, P-41, Vol. 4 (1980), Nr. 184 * |
| Nuclear Instruments and Methods, Bd. 108, 1973, S. 471-475 * |
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