PATENTOVÝ SPIS ČESKÁ REPUBLIKA (19) (21) Číslo pfihláiky: 1325-94 (22) PMhláSeno: 31. 05. 94 (40) Zveřejněno: 14. 06. 95 (47) Uděleno: 27. 04. 95 (24) Oznámeno uděleni ve Věstníku: 14. 06. 95 ézěk (11) Číslo dokumentu: 279 807 (13) Druh dokumentu: B 6 (51 t. C.. 6 : G 01T 7/06 CŘAD PRŮMYSLOVÉHO VLASTNICTVÍ (73) Majitel patentu: České vysoké učení technické - fakulta Jaderná a fyzikálně inženýrská. Praha. CZ: (72) Původce vynálezu: Pospíšil Stanislav ing.. Praha. CZ; Jech Čestmír doc. ing. CSc, Praha. CZ; Janout Zdeněk doc. ing. CSc. Praha. CZ: Koníček Ján RNDr. CSc. Praha. CZ; Burian Ivo ing.. Příbram VIII/. CZ; Merta Jan prom. geofyzik, Příbram Vil/. CZ; CO «(54) Nálev vynalezu: Elektrostatický kolektor radioaktivních částic (57) Anotace: Zařízení má elektrostatický zdroj (1), Jehož jeden vývod (3) Je spojen se sběrnou elektrodou (2) a druhý jeho vývod (5) je spojen s odpudivou elektrodou (4). Oba dva vývody (3, 5) a zdroj (1) elektrostatického pole Jsou umístěny v izolačním pokrytí (6) a aktivní plochy sběrné elektrody (2) a odpudivé elektrody (4) Jsou alespoň z části odkryté. O?oo 05 O
Elektrostatický kolektor radioaktivních částic Oblast techniky Vynález se týká problematiky sběru malých částic, které jsou obsaženy ve vzduchu a v důsledku předchozího radioaktivního rozpadu jsou nabité. Takovými částicer.i r.ohou být jak volné ionty dceřinných atomů po rozpadu, tak i nejrozmanitější aerosoly, na nichž jsou produkty radioaktivního rozpadu přichyceny. Ke sběru částic je využíváno elektrostatických sil. Dosavadní stav techniky Dosavadní způsob zjištováni přítomnosti radioaktivních látek v obklopujícím prostředí je založen buď r.a přir.érr. rr.éřer.i áczrz-' vodného gama záření, nebo na néření zářeni beta, alfa nebo popřípadě i neutronů ze spontánního štěpení. V případě určování objemových aktivit radioaktivních látek ve vzduchu pomocí měření doprovodného záření gama je významnou nevýhodou relativně nízká účinnost detektorů zářeni gama. Vedle toho je takovéto přímé měření objemových aktivit ve vzduchu prakticky vždy znemožněno přirozeným pozadím zářeni gama. Také i určováni objemových aktivit radionuklidů podléhajících spontánnímu štěpení ve vzduchu na základě měření neutronů doprovázejících štěpení je prakticky nemožné vzhlederc k nízké účinnosti neutronových detektorů a přírodnímu pozadí. Přímé měření objemových aktivit radioaktivních látek ve vzduchu na základě detekce záření beta a alfa je omezováno také účinností detekce a v případě záření alfa především dosahem zářeni ve vzduchu. V případě určování na základě měření zářeni alfa se jedná o dosahy několika centimetrů, to znamená, že dochází k určování aktivity v malém objemu, řádově ne vyšším než několik stovek cm 3. To má potom za následek, že takovýmto přímým měřením je možno určovat pouze značné vysoké objemové aktivity. V případě záření beta, které má dosah ve vzduchu vyšší, snižuje citlivost přímého měření především nižší účinnost detekce tohoto záření, at již je způsobena geometrickým faktorem v účinnosti detekce nebo vnitřní účinnosti užívaných detektorů. Z těchto důvodů je přímé měření objemových aktivit radioaktivních látek, vysílajících záření alfa nebo beta, omezeno jen na poměrně vysoké objemové aktivity. To je hlavní nevýhodou měření pomocí plynových detektorů nebo scintilačních, tak zvaných Lucasových, komor. Ze shora uvedeného je zřejmé, že účinnost detekce radioaktivních částic ve vzduchu se významně zvýší, jestliže dojde k jejich sběru nebo depozici do těsné blízkosti detektoru. Jednak se fakticky zvýší počet radioaktivních částic, jejichž rozpady mohou být registrovány, protože radioaktivní částice jsou sebrány z většího objemu do blízkosti detektoru, než je objem, ze kterého by kvůli krátkému dosahu mohly být registrovány přímo ze vzduchu, jednak se významně zvýší geometrický faktor účinnosti detekce, určený prostorovým úhlem, pod kterým je vidět detektor z místa, kde jsou radioaktivní částice sebrány a odkud je měřené radio- -1-
aktivní zářeni vysíláno. Toto platí obecně pro všechny druhy měřeného radioaktivního zářeni. Problém určování objemových koncentrací nebo aktivit radioaktivních látek ve vzduchu je proto, zejména jde-li o nízké nebo velni nízké aktivity, spojen se sběrem neboli kolekci nebo depozici radioaktivních látek do těsné blízkosti detektoru. Nejčastějším způsoben kolekce je filtrování vzduchu přes filtr. Tento způsob má však řadu nevýhod. Jeho použití vyžaduje čerpadlo, které je zpravidla hlučné, těžké a s poměrně vysokou spotřebou energie, což je na závadu, zejnéna požaduje-li se, aby zařízeni bylo přenosné. Účinnost kolekce závisí na čerpací rychlosti čerpadla, která se obtížně stabilizuje a na účinnosti filtru, která závisí na kvalitě použitého filtru a na dodržení postupu při jeho výrobě. Čerpadlo při čerpání vyvolává navíc mechanické kmity, které mohou vést k mikrofonickým efektům při následné detekci záření z filtru, jenž je v těsné blízkosti detektoru, a tak detekci ztěžovat. Další způsoby depozice nebo kolekce radioaktivních částic, jako je například způsob depozice pomocí impakce, mají své nevýhody spočívající v technické náročnosti impaktoru, potřebě čerpadla a především ve skutečnosti, že účinnost kolekce je velmi malá pro nevázané ionty. Vedle shora zmíněných způsobů kolekce radioaktivních částic se již historicky dlouhou dobu užívá elektrostatického způsobu. V poslední době dochází k inovaci této techniky zejnéna v souvislosti se shora uvedenou problematikou určování objemových aktivit radonu a thoronu a jejich dceřinných produktů, pro tyto účely jsou vytvářeny elektrostatické komory, ve kterých je elektrostatické pole vytvořeno a udržováno pomocí zdroje vysokého napětí. Nevýhodou těchto elektrostatických komor je jejich poměrně nízká účinnost, která je ovlivněna objemem sanotné komory, její konstrukci a užitými konstrukčními materiály. Podstata vynálezu Shora uvedené nevýhody dosud užívaných způsobů sběru radioaktivních částic ze vzduchu odstraňuje elektrostatický kolektor radioaktivních částic podle vynálezu s elektrostatickým zdrojem. Jeho podstatou je, že jeden vývod zdroje elektrostatického pole je spojen se sběrnou elektrodou a druhý jeho vývod je spojen s odpudivou elektrodou, přičemž oba dva vývody a elektrostatický zdroj jsou umístěny v izolačním pokryti, například v pouzdře. Aktivní plochy sběrné a odpudivé elektrody jsou alespoň z části odkryté. Výhodou uvedeného uspořádání elektrostatického kolektoru radioaktivních částic je jeho vysoká účinnost, konstrukční jednoduchost včetně malých rozměrů, které jsou významné zejména při aplikaci' přiměření v terénu. Přehled obrázků na výkrese Elektrostatický kolektor radioaktivních částic je blíže popsán poraocí připojeného výkresu, kde na obr. 1 je schematicky naznačen příklad jeho provedení a na obr. 2 je schematické -2-
uspořádání pro měření s elektrostatickým kolektorem umístěným ve vnějšin plášti vymezujícím měřený prostor. Příklady provedeni vvnálezu Elektrostatický kolektor radioaktivních částic je tvořen zdrojem i elektrostatického pole, jehož jeden vývod 3. je spojen se sběrnou elektrodou 2. a druhý vývod 5. je spojen s odpudivou elektrodou 4.. Toto uspořádání je umístěno v izolačním pokrytí 6., v tomto případě tvořeném pouzdren tak, že sběrná elektroda 2 odpudivá elektroda 4, zůstávají alespoň z části nezakryté. Celý kolektor může být umístěn například v izolačním pouzdře, které sběrnou elektrodou 2 vůbec nezakrývá. Zdroje- 1 elektrostatického pole může být nabitý kondenzátor, zformovaný elektret nebo pole r.ůže být vytvořeno přivedením napětí z externího zdroje. V případě použití kondenzátoru jako elektrostatického zdroje i, jak je naznačeno na druhém obrázku, může být pro snadné nabi~i*kondenzátoru kolektor opatřen vstupními otvory,2- Je-li sběrnou elektrodou 2. přímo detektor, je součástí kolektoru také vývod signálu z detektoru. Druhý příklad ukazuje použití kolektoru při měřeni v uzavřeném prostoru, jehož objem je vymezen vnějším pláštěm 8., který má stěny plné nebo sitrované nebo s otvory. Takto vytvořený elektrostatický kolektor se vloží do prostředí, ve kterém je třeba měřit objemovou koncentraci radioaktivních částic. Nejprve je třeba vytvořit elektrostatické pole, a to v případě použití kondenzátoru jeho nabitím, v případě elektretu jeho zformováním nebo použitím externího zdroje. Kolektor může být v měřeném prostoru zavěšen nebo postaven na podložku nebo do ní zapíchnut. Na podložku se staví ta strana kolektoru, kde je odpudivá elektroda 4., která pro připadnou potřebu zapíchnuti může být opatřena hrotem. V případě měření ve vnějším plášti 8., vymezujícím měřený objem, se odpudivá elektroda 4_ spojuje s tímto pláštěm 1_. Měření sebrané radioaktivity se provádí buď po určité době kolekce, tehdy se sběrná elektroda 2. přenese k detektoru, kterým se radioaktivní záření měří, nebo se provádí kontinuálně, a potom je výhodné radioaktivní částice sbírat přímo na vstupní okénko detektoru nebo na velmi tenkou elektrodu, která vs-upní okénko detektoru kryje a přitom měřené záření propoušti. Jak je ze shora uvedeného zřejmé, pro praktické využití je elektrostatický kolektor základní součástí soupravy, tvořené dále zdrojem napěti pro formování elektrostatického pole a přístroje pro měřeni radioaktivity sebrané na sběrnou elektrodu 2. Průmyslová využitelnost Hlavní možnosti využitelnosti elektrostatického kolektoru podle uvedeného řešeni jsou především pro určování objemových aktivit radioaktivních látek, obsažených ve vzduchu. V případě přirozené radioaktivity je kolektor použitelný zejména k určováni objemových koncentrací dceřinných produktů radonu a thoronu ve vzduchu a odtud potom i k určování objemových koncentrací samotných vzácných radioaktivních plynů radonu a thoronu. Problematika určování objemových koncentrací a objemových aktivit radonu, thoronu a jejich produktů je velmi aktuální z hlediska kontroly kvality životního prostředí v uzavřených prostorách, až již obytných nebo pracovních. Z tohoto důvodu je nezbytné tato -3-
měření a sledování objemových aktivit provádět v obytných domech, ve školách, v pracovních místnostech. Při zakládáni staveb je nezbytné riziku souvisejícímu s výskytem radonu a thoronu předcházet měřením jejich objemových aktivit v půdním vzduchu a v podloží. Měření objemových koncentrací radonu a thoronu v půdním vzduchu a v podloží je využíváno také v geologickém průzkumu a v geofyzikálním výzkumu. Obdobně je možné elektrostatický kolektor využívat ke sběru umělých radioaktivních látek ze vzduchu a následně potom k určování jejich objemových koncentrací a aktivit. Takto je možno jej využívat k monitorování radioaktivních látek uvolňovaných do vzduchu například při provozu jaderných elektráren. PATENTOVÉ NÁROKY Elektrostatický kolektor radioaktivních částic, mající elektrostatický zdroj, v y z n a č u j í c í se tím, že jeden vývod (3) zdroje (1) elektroinstalačního pole je spojen se sběrnou elektrodou (2) a druhý jeho vývod (5) je spojen s odpudivou elektrodou (4), přičemž oba dva vývody (3), (5) a zdroj (1) elektrostatického pole jsou umístěny v izolačním pokrytí (6) a aktivní plochy sběrné elektrody (2) a odpudivé elektrody (4) jsou alespoň z části odkryté. 1 výkres -4-
0BR.1 OBR.2 Konec dokumentu