Аппаратура для инспекционных (мгновенных) измерений значений объёмной активности (ОА) радона в воздухе помещений

Радиометры радона портативные РРА-01 и РРА-01М (рис. 3.1) предназначены для измерения текущих значений ОА радона в воздухе в диапазоне от 20 до 2,0−10⁴ Бк/м³ с экспозицией от 10 до 99 мин. Они способны работать при температуре от +5 до +35 °С и его относительной влажности воздуха до 86%.

Рис. 3.1. Радиометр радона портативный РРА-01М.

Конструктивно радиометры состоят из блоков детектирования, регистрации, управления и питания. Модификации РРА-01 иРРА-01М отличаются расположением этих блоков и внешним оформлением.

В качестве детектора в радиометре используется поверхностно-барьерный полупроводниковый детектор (ППД) типа ДКПС-100 или ДКПС-200, который располагается в измерительной камере и находится под отрицательным потенциалом относительно её стенок. В процессе измерения окружающий воздух, содержащий Rn-222, переводится в измерительную камеру радиометра. Атомы Ро-218, образующиеся при распаде радона в объёме камеры, находятся в ионизированном состоянии и несут положительный заряд. Поэтому они собираются на поверхности детектора. В результате ОА Rn-222 определяется по количеству альфа-частиц, зарегистрированных при распаде атомов Ро-218, осевших на поверхности ППД.

Численная оценка объёмной активности радона в воздухе производится умножением количества альфа-частиц, зарегистрированных за время измерения, на ряд переводных коэффициентов, устанавливаемых для каждого прибора индивидуально.

Радиометры радона РРА-ОШП и РРА-01М-01 (рис. 3.2) по основным техническим характеристикам подобны основной модификации прибора РРА-01, но отличаются от него рядом особенностей внутреннего устройства и внешнего оформления.

Рис. 3.2. Радиометр радона РРА-01М-01 «Альфарад».

В частности, они имеют:

• — улучшенный дизайн с использованием гибкой плёночной клавиатуры на лицевой панели;
• -встроенный микропроцессор, позволяющий рассчитывать и отражать на матричном жидкокристаллическом индикаторе значения ОА Rn-222 (Бк/м³) и их относительные погрешности;
• -специальные режимы для измерения ОА Rn-222 в воде и подпочвенном воздухе;
• — возможность вывода спектрометрической информации на многоканальный анализатор;
• — фильтр очистки воздуха от твёрдой дисперсной фазы аэрозолей и избыточной влаги;
• — встроенную автоматическую воздуходувку с производительностью 1 л/мин;
• — устройства для автоматического учёта фона измерительной камеры и корректировки результатов на влажность воздуха и неустановившееся радиоактивное равновесие между Rn-222 и Ро-218 В измерительной камере.

Радиометр радона РРА-03 является более поздней разработкой и предназначен для автоматизированного или ручного измерения ОА радона и торона в воздухе, воде и подпочвенном воздухе с использованием приставки ПОУ-02.

В радиометре предусмотрена возможность автоматического накопления результатов последовательных измерений ОА радона и торона, температуры окружающего воздуха и его влажности с последующей передачей их на внешнюю ПЭВМ. Количество результатов, хранимых в ОЗУ радиометра, более 1500; продолжительность одного измерения может быть установлена равной 10 или 40 мин.

Пробоотборное устройство ПОУ-04 (рис. 3.3) является приставкой к радиометрам радона серии РРА. ПОУ предназначено для измерения ОА радона в воде в диапазоне от 250 до 200 000 Бк/м³, а также отбора проб воздуха с целью последующего лабораторного измерения ОА радона в диапазоне от 46 до 50 000 Бк/м³. Предусмотрена возможность доукомплектования этого устройства специальными пробоотборниками для измерения ОА радона в подпочвенном воздухе.

Прибор имеет в своем составе пробоотборники воздуха, воздуходувку с таймерным блоком, барботёры и блок аккумуляторного питания с зарядным устройством.

Принцип определения содержания Rn-222 в воде заключается в способности газа радона легко покидать водную среду при её активном перемешивании (барботирование). При помощи воздуходувки воздух, проходящий через толщу воды в барботёре, насыщается радоном и переводится в измерительную камеру радиометра типа РРА.

Рис. 3.3. Пробоотборное устройство ПОУ-4.

Радиометр объемной активности радона-222 AlphaGUARD PQ2000 радиометр разработан и изготавливается германской фирмой Genitron Instruments GmbH (рис. 3.4). Он предназначен для мгновенных (инспекционных) измерений ОА Rn- 222 в диапазоне от 20 до 210⁶ Бк/м³ в воздухе помещений жилищного, общественного и производственного назначения, в шахтах, горных выработках, пещерах и др. объектов с одновременной регистрацией температуры воздуха, влажности и атмосферного давления. Продолжительность измерения может быть установлена равной 10 или 60 мин. Кроме того, в приборе предусмотрен режим активного поиска источников радона с экспозицией 5 мин при погрешности результатов до +50% без сохранения данных в памяти. Различают два вида моделей прибора AlphaGUARD, адаптированных для разных систем мировых единиц: PQ2000 и модель МС50 (США).

Рис. 3.4. Радиометр объемной активности радона-222 AlphaGUARD PQ2000.

Эксплуатационные характеристики радиометра позволяют выполнять измерения при температуре окружающего воздуха от -10 до +50 °С и его относительной влажности до 99%.

В памяти радиометра может храниться свыше 7000 результатов измерения ОА радона и других физических параметров окружающей среды. Это обеспечивает возможность использования радиометра в режиме длительного мониторинга, причём одновременно полученные результаты позволяют изучать зависимость ОА радона от изменчивости внешних факторов и оценивать их средние интегральные значения за период мониторинга.

Специальная версия прибора AlphaGuard PQ2000 PRO оснащена дополнительным каналом измерения мощности дозы гамма-излучения, содержащим встроенный датчик мощности дозы (счетчик Гейгера-Мюллера), а также разъёмом для подключения внешних датчиков параметров окружающей среды.

Диапазон измерения эквивалента мощности дозы внешнего гамма-излучения составляет от 0,02 до 10 м³в/ч.

Модификация радиометра AlphaGuard PQ2000;S предназначена для определения ОА радона в почвенном воздухе в диапазоне от 1 до 2 000 000 Бк/м³ при продолжительности одного измерения 1 или 10 мин с ёмкостью цифровой памяти до 3400 результатов.

Устройство радиометра AlphaGuard допускает возможность измерений ОА не только радона, но и торона с использованием специальной методики.

Измерение объёмной активности радона выполняется в объёме рабочей камеры, которая представляет собой импульсную ионизационную камеру.

В процессе измерения окружающий воздух в режиме пассивной диффузии через стекловолоконный фильтр поступает в ионизационную камеру объемом 0,56 л. Фильтр пропускает в камеру газообразные компоненты воздуха, но задерживает дочерние продукты распада радона, содержащиеся в окружающем воздухе в виде твёрдых аэрозольных частиц, а также защищает внутреннюю поверхность ионизационной камеры от загрязнения пылью. Сигнал с выхода ионизационной камеры поступает на вход аналого-цифрового преобразователя спектрометрического тракта, где определяются характеристики сигнала не только по его амплитуде, но также производится его классификация по форме импульса.

Данные, получаемые прибором, могут быть представлены как трехмерный спектр с Х-координатой, отражающей амплитуду импульсов, пропорциональную энергии альфа-частиц, У-координатой, характеризующей количество импульсов в единицу времени, и Z-координатой, описывающей форму импульсов. В результате такого трёхмерного описания становится возможной высокоэффективная сортировка импульсов с определением их принадлежности регистрируемым альфа-частицам и отбраковкой импульсов, обусловленных различными помехами, такими как микрофонный, электромагнитный и другие мешающие эффекты.

Устройство прибора обеспечивает передачу данных в IBM PC по кабелю со стандартным разъёмом RS-232. Для обработки данных, в зависимости от модели радиометра, в комплекте с прибором поставляются пакеты специализированных программ AlphaView, AlphaExpert, AlphaExpert-UP Super+2. Они позволяют отслеживать изменение во времени ОА радона, гамма-фона, атмосферного давления, температуры и влажности воздуха; вычислять их средние значения и стандартные отклонения, коэффициенты корреляции между ними; рассчитывать разнообразные математические функции (кратность воздухообмена, кривую распада Rn-222 и др.); наконец, контролировать правильность функционирования отдельных узлов и устройств радиометра.

Штатное математическое обеспечение допускает преобразование данных в форматы, удобные для работы с различными программными приложениями, такими как MathCad, Microsoft Excel и Statistica.

В комплекте с прибором по требованию заказчика поставляются: 1) герметичные металлические контейнеры емкостью от 10 до 220 л, предназначенные для определения эманирующей способности различных материалов и изделий, градуирования и поверки радиометров радона, изучения воздействия радона и его ДПР на биологические объекты; 2) специальная камера-ёмкость объёмом 34 л (570×370×165 мм) для измерений эксгаляции радона из почвы; 3) пробоотборные приставки для определения ОА радона в пробах воды и почвенного воздуха; 4) бустерная (внешняя) батарея, обеспечивающая работу радиометра независимо от сети в течение 30 суток; 5) многофункциональная механическая воздуходувка AlphaPump производительностью 0,3; 0,5; 1 л/мин, обеспечивающая два режима работы — нагнетание воздуха и его вытяжку, с автономным источником питания.

Измерительный комплекс TN-WL-02 производится канадской фирмой Thomson & Nielsen Electronics LTD и предназначен для регистрации дочерних продуктов распада радона в воздухе.

В процессе измерения воздух, содержащий радон и его ДПР, прокачивается небольшой помпой через бумажный фильтр, на котором происходит осаждение ДПР радона. Скорость воздуха регулируется и контролируется ротаметром. Альфа-частицы, испускаемые осевшими на фильтре Ро-218 и Ро-214, регистрируются полупроводниковым детектором и обрабатываются цифровой интегральной схемой. Количество альфа-частиц, зарегистрированных за время измерения, которое может быть установлено в пределах от 0,5 до 24 ч или без ограничений, отображается на цифровом дисплее. Объём прокачанного воздуха и количество зарегистрированных альфа-частиц в совокупности со временем экспозиции определяют уровень ДПР в воздухе.

Измерительный комплекс совместим с радиометром AlphaGuard PQ2000 PRO. Это позволяет, используя модуль TN-WL-02 в качестве внешнего датчика радиометра, выполнять одновременные измерения как ОА Rn-222, так и дочернего короткоживущего нуклида Ро-218 с сохранением результатов в памяти радиометра. Специальная версия программного приложения радиометра обеспечивает расчёт уровня скрытой энергии дочерних продуктов распада радона, а также расчет значений коэффициента равновесия и эквивалентной равновесной объёмной активности радона.