INIS-mf 8920 TESLA Výskumný ústav přístrjů jaderné techniky kncernvá účelvá rganizace Přemyšlení V Dvřák, T. Vašek, J. Havlas, C Hvákvá, B. Svbdvá STAJJOVBMÍ OBJEMOVÉ AKTIVITY 226 Ha VE V O D A G H 20,3.1983 4/217/222/21-01/83
- 2 - ANOTACE Zpráva ppisuje návrh scintilačníh detektru (scintilační kara Lucaava typu) pr stanvení 2 Ra ve vdách emanmetricku metdu* Zabývá se technlgii jeh zhtvení, výběrem materiálů a knstrukcí světl* těsnéh měniče vzrků. Dílčí výsledky jsu uvedeny v ttbulkáchj byl dsažen četnsti iupulsů pzadí < 0,5 min a celkvé detekční účinnsti ^ 60%,
~ 3 ~ OBSAH 1 Úvd str. 4 2 Technická specifikace úklu " 5 3 Metdy stanvení 226 Ra " 5 4 Návrh scintilační kmry..«" 6 5 Výsledky měření " 12 5*1 Výběr materiálu skleněné scintilační kmry 5.2 Piáná hmtnst vrstvy vnitřní stěny kmry " 13 5.3 Skleněná scintilační kmra " 17 5.4 Výběr materiálu kvvé scintilační kmry.. " 2C 55 Vlba pracvních pdmínek scintilační sndy se scintilační kmru " 23 5*6 Vyhdncvací zař-'zení " 23 5.7 Kalibrační knstanty scintilačních kmr... " 24 5.8 Měnič vzrku " 25 6 Srvnatelné výrbky Č3SR * " 27 7 Srvnatelné výrbky zahraniční " 28 8 Návrh řešení vývjvé části úklu 9 Závěr Literatura n n n n 12 3C 30 32
ÚVOD Vládním nařízením uvedeným ve Vyhláěe č. 52 Sb» z rku 1375 ae ukládá vdhspdářským rgánům kntrlvat kvalitu vd, zejména stav pvrchvých vd. Má se zji^evat, zda jsu ddrženy pžadavky zaktvené ve vyhlášce -Ministerstva zdravtnictví ČSR (SSfi) č. 59/72 Sb (65/72 Sb) chraně zdraví před inizujícím zářením Pr tent účel se mají příslušné vzrky z vdních zdrjů analyzvat pdle ujedncených pstupu, vypracvaných Výzkumným ústavem vdhspdářským Praha ve smyslu Sř>2i 830533 "Radilgický rzbr pvrchvé vdy". Jedním z kriterií v rámci uvedené prblematiky je atar.vení kncentrace Ra ve vdách* V literatuře je uveden něklik metd, které pskytují splehlivé výsledky vzhledem k vyské účlnati mderních separačních pstupů, jak t vyplývá z prací /1, 3/. Pr knentraci 226 Ra (řádvé 0,01-10C pg.l" 1 ) /V se výhradně pužívá metda emanmetrickéh stanvení, která není předmětem tét práce Její ppis, metdický pstup měření a způsb vyhdncení vzrků bude vypracván ve Výzkumnéa ústáru vdhspdářském, Praha Pr zavedení tét metdiky na všechna příslušná pracviště v 5sSR, případně i v rámci RVHP je nutné zajistit přístrjvé vybavení v tmt rzsahu: 1) plnící a napustecí systém 2) detektr záření alfa včetně vyhdncvací supravy. Prblematika plnícíh a napuštěcíh systému nebude řešena v rámci tht úklu. I když si systém mhu jedntlivé labratře realizvat svépmcí, stjí za úvahu návrh sestavy v přensném prvedení, který by se vyznačval snadnu vladatelnstí a přensnstí* Sestavu by řešil návazný úkl, za předpkladu dbytu dstatečnéh pčtu kusů. Celkvá sestava bsahuje typvu acintilační detekční a vyhdncvací jedntku, které jsu vývjvě uknčené v Tesle vtfpjt. Scintilační detektr, ve kterém bude měřen p příslušné radichemické úpravě vzrek, je řešen ve tvaru kmry (dále: sintilačnl kmra).
'er'*i Háplní praí tét výzkumné etapy je knstrukční návrh scintilační kmry, principiální vyřešení technlgie jejíh zhtvení a věření její činnsti 0 typvými díly výě uvedenými. Ověření parametrů, labratrních vzrku, t je celkvé detekční účinnsti a hdnty veliksti pzadí pr dvě scintilační kmry byl prveden pravníky PJPI ČVUT Praha v rámci splupráce v meziústavním KRBu. Výhdu nezávisléh věření je vylučení subjektivníh přístupu řešitelů k výsledkům vlastní práce* TECHNICKÁ SPECIFIKACE v Na základě studia literatury a návaznsti na metdické práce Vtfv Praha a Katedry jaderné chemie PJPI - ČVUT Praha navrhnut, zhtvit a prměřit labratrní vzr sintilačníh detektru a detekční jedntky pr měření radia ve vdě. Při návrhu uvážit technické výhdy mžných řešení s přihlédnutím k prvzním pdmínkám a předpkládané ceně výrbku. Výsledky experimentálních prací shrnut v závěrečné výzkumné zprávě a vypracvat ZTEP pr zahájení vývjvéh úklu. METODY STAffOVEKÍ 226 Ra Ze studia literatury vyplynul, že jtu r pdstatě dvě metdy stanvení Ha ve virku: a) metda separace a kncentrace radia a jeh následné vyhdncení, b) metda měření rzpadvých prduktů radia s následným výpčtem zastupení radia. Pr účely»tanvení radia ve vdách byla na PJPI - ČVUT Praha, vypracvána metda b), která je mdifikací metdy dpručené ASTM Cmittee D 19 n Water (USA) /9/. Úprava ae týká přípravy vzrku; detektr tj. scintilační kmra Lucasva typu
zůetává* Základní tázku při řešení úklu byl zhtvení acintilační kmry a vyřešení její technlgie přípravy* Způsb transprtu radnu d pracvníh bjemu kmry nebyl řešen a bude prveden dle vyše uvedené metdy. V pdstatě jsu mžné tyt dva způsby» a) vypuštění nahrmaděnéh radnu z emanační nádby d evakuvané kmry (v tmt případě je nutný pměr bjemů emanační nádby a scintilační kmry 1:5, aby byl radn převeden bez ztráty Tent způsb se pužije v našem případě. b) Druhý způseb spčívá v převedení radnu d měřicí kmry, jejíž výstup je přiveden zpět d dběrvé nádby* Tent uzavřený cyklus tedy nevyužije k měření všechn mnžství radnu, které byl k měřícím účelům debrán.tat metda je uvedena prt, že jsu známy aplikace, ve kterých je kmra Lucasva typu patřena dvěma ventily a pužívá se k debrání vzrku radnu z vzduší* Důvdem pužití dvu ventilů je úvaha, že ae v průběhu pužití kmůrky může narušit její vakutěsust a tedy evakuvaná kmra "nevydrží" dluhdbě v ptřebném čase d její evakuace d kamžiku napuštění v jiné lkalitě. HÍVRH SOUSTILAgUJ KOMORY* Návrh scintilační kmry vycházel ze dvu základních pžadavků: 1. Objem scintilační kmry má být čtyř až pětinásbek bjemu emanační skláněné nádbby, aby radn mhl být převeden d scintilační kmry s minimálními ztrátami* 2* Pužité knstrukční materiály mají vykazvat nízku přírdní aktivitu záření alfa, aby pzadí kmry byl c najmenší (pd 150 impulaů sa hdinu)* Z dpručené standardní metdy přípravy vzrků (FJFI-ČVUT) plyne, že p separaci a kncentraci radia výsledný bjem kncentrátu převedený d emanační nádby nebude větší než 15-25 m,
takže účinný bjem scintilační kmry by se měl phybvat v rzmezí 75 až 125 m Pr experimentální věření byl navržen něklik variant selatllačních kmr válcvéh tvaru bjemu 100-120 ar a vnitřním průměru 42 a 50 mm, který byl vlen s hledem na velikst citlivé plchy ftkatdy, U nejužívanějších tuzemských ftnásbičů (výrbce Tesla - Vakuvá technika) je průměr ftkatdy 45 mm, Na jednm knci válcvé kmry byl přitmelén skleněné kénkc, na pačném knci byl připjen ventil pr čerpání a plnění plynvu náplní. Na vnitřní straně kmry byla nanesena vrstva luainfru ZnS(Ag), která detekuje alfa záření z rzpadvých prduktů radia. Při vlbě gemetrických rzměrů sintilační kmry se dále přihlížel k tmu, aby při daném bjemu byl c nejmenší pvrch a tím i příspěvek z přírdní aktivity pláště. Z tht hlediska jsu seintilační kmry 0 50 mm a bjemu 100 cm výhdnější prti kmrám 0 42 mm a shdnéh bjemu 100 nr vziiledem k menší plše pvrchu ca 20%. Při výběru vhdnéh materiálu pláště vedle pžadavku nízké přírdní alfa aktivity se přihlížel i k výrbně eknmickým hlediskům, Plastická hmty, i když vykazují převážně velmi nízku přírdní alfa aktivitu a snadn se pracují, nejsu vhdné pr výrbu pláště scintílační kmry. Jejich nevýhdu je svýôená adsrpce radnu /&/ a tím mžnst zvýšení pzadí scintilační kmry* Dalším materiálem pr zhtvení kmr byl skl. Skleněné sintilační kmry byly pužívány při měřeních na FJPI-ČVUT. Skl má řadu výhd - je snadn tvárné a chemicky inertní. Byl prveden předběžný výběr vhdnéh skla dle alfa aktivity a byl ahtw»ne něklik vzrků scintilačních kmr se skla Slmax. Při dalším výběru materiálu, s hlediska nízkéh pzadí, se ukázaly výhdné scintilační kmry 8 kvvým pláštěm. Byly prměřvány vzrky těcht materiálů: hliník, cel, krzlvzdrná cel, msaz, měcs a nikl. Pr věření základních parametrů scintilačních kmr s kvvým pláštěm byly zhtveny vzrky jednak a hliníkvým, jednak a msazným pláštěm. U vzrků s hliníkvým pláštěm byly - 24 -
8 pužity baly d spraye, které byly upraveny pr spj a ventilem a přitmelení kénka (br* S* 1). U vzrků 9 msazným pláštěm byl pužit msazné trubky 0 40 mm a tlu^tce stěny 1 mm, která se upravila pr přitmelení kénka a dna (rvnéh neb kuželvitéh) s ventilem (br. 5, 2). Pr zkušební vzrky byl pužit jedncestný membránvý plynvý závěr pr uzavírání plynu (PZ 2). Základní rzměry prměřvaných vzrků jsu uvedeny v tab* c, 1* Výsledky měření jsu shrnuty v experimentální části tét zprávy (tab, č. 5 a 6). Technlgie nanášení JLuminfru ZnS(Ag) Při výrbě alfa scintilátru jeden z nejrzšířenějších způsbů nanášení luminfru ZnS(Ag) na pdkladvý materiál je metda naplavvaní, která je vhdná zejména pr úpravu rvných plch* Při tm lze dílit dbré hmgenity a reprdukvatelnsti tluěíky nanášené vrstvy* Metda se nehdí pr válcvé plchy. Ze známých způsbů nanášení luminfru na zablené plchy lze uvést t - nanášení práškvéh luminfru ua lepivý pdklad - metda stříkání pmcí vhdnéh zařízení na stříkání dutin - elektrfretické nanášení - lití suspenze luminfru v pjidle* V literatuře /1, 5. 8/ jsu uvedeny metdy nanášení ZnS(Ag) sypáním na lepivý pdklad, přičemž pklepáním a pstupným táčením válce lze dcílit pměrně dbře přilnavé vrstvy ZnS(Ag), Jak lepivý pdklad lze pužít siliknvé vazelíny, glycerinu, případně pmalu schnucí laky* Metda se jeví vhdná pr labratrní zkušky* Není výhdná pr sérivu výrbu, nebl lze btížně dsáhnut hmgenní vrstvy s reprdukvatelnu plšnu hmtnstí* Orientační zkušky nanášení luminfru plšné hmtnsti 15 až 20 mg*cm byly realizvány u vzrků se skleneným pláštěm na rzdílné lepivé pdklady* Metda se ukázala jak nevhdná. Metda nanášení luminfru stříkáním je pužívána v zahraničí /6/, kde j«k dispzici vhdná suspenze ve frmě spraye* Nanášení pmcí stříkací pistle je mžné pmci vhdnéh
A L \ OBR. 1 MOSAZ OBR 2a MOSAZ OBR. 2b SCINTILACNI KOMORY
čísl vzrku materiál pláště průměr (mra) výška (mm) bjem (cm 3 ) vnit& pvrch (m 2 ) ZnS(Ag) (mg,cm" ) Pznámka 3 skl SIMAX 43 100 153 143 16 vnější bílá barva 1 Hliník(spray) 50 90 180 140 18.5 pdklad: bílý (kmra) Epxy lak _ 2 5 18 50 50 90 90 180 180 140 140 17 27 vlžka zfli fl 0,1miQ ( l*80mm 21 20. «- 50 50 60 60 124 124 107 107 25 23 vlžka z Ni fl / 0,1ma,l«51mm bezprud.n kl 14 15 Kraivzdr, cel (trubka) -"- 40 40 100 100 126 126 126 126 23 27 na bu kncích tevřená trubka 16 17 3trjní cel (trubka) -«- 40 40 IDU 100 126 126 126 126 23 27 12 13 Msaz (trubka 40 40 81 100 100 125 23 24 bezprud. nikl "v 12 mg*cm 6 9 10 11 Msaz (kma] _«- -«- _«- 40 40 40 40 104 99 99 99 130 125 125 125 142 136 136 136 17 20 21 18,5 bezprud. n kl 'v 10 mg* cm rvné dn -"_.». 22 23 -»- *» 40 40 75 75 95 95 120 120 17 18 kůželvité dn 19 Mě3 (trubka) 48 54 100 99 27 1 atr. tevřená Tab č» 1 - Základní rzměry prměřvaných vsrku Prvedení: 5* 1, 5» 20, 21 č. 8, 9, 10, 11 5. 22, 23 dle br* 1 dle br«2a dle br. 2b
nástav pr stříkání dutin* Vyžaduje značné zkušensti a je efektivní zejména při větších sériích. Nanášení luminfru ZnS(Ag) pmcí elektrfřezy naráží na řadu technických pžadavku a btíží, Z uvedených způsbů jak nejvhdnější se jevil způsb nanášení luminfru litím vhdné suspenze. Byl mžné aplikvat zkušensti při výrbě zářivek, kde se pužívá směs luminfru s vhdným pjivem a rzpuštědlem, která se nanese na vnitřní pvrch válce litím neb vakuvým nasátím* P vylití směsi a dpaření rzpuštědla se vytvřená vrstva vypálí zahřátím na terltu 400 až 600 C pr dstranění pjiva* Při výrbě suspenzí se bvykle pužívá jak pjiv nitrcelulza neb kldium a jak ředidl amyl - neb - uthylacetát, acetn v takvém pměru,aby plšná hmtnst nanesené vrstvy dpvídala pžadavkům* Pr nanášení luminfru zkušebních vzrků byl d kmry nalit ca 5-7 ar 3 suspenze (7% rztku kldia a ZnS(Ag)), která táčením kmry se pstupně rzlila p celém vnitřním pvrchu* P dsažení rvnměrnéh pkrytí se přebytek suspense vylil* Vypalvání vrstvy za účelem dstranění pjiva zahřátím vzrku na tepltu 400 až 500 C se ukázal být nevhdné. Vrstva p zahřátí zhnedla. Pužívaný ZnS(Ag) bsahuje příměs, která při zvýšené tepltě způsbí zhnednutí materiálu* Ověření byl prveden zahřátím samtnéh ZnS(Ag) na tepltu 500 C. Vhdné slžení suspenze byl stanven experimentálně* Pr pžadvanu plšnu htnst ZnS(Ag) 15 až 20 mg.cm se svědčila suspenze ZnS(Ag) se 1% kldiem ve váhvém pměru 2:1. Byly zkušeny různé způsby hmgenizace nanesené vrstvy pužitím suspenzí různéh slžení a další pjidla jak Slakryl a epxidvý lak (Eplex 1300)* Ze zkušených pstupů «e nejlépe svědčil pstup nanášení *ns(ag) p nalití a rvnměrném pkrytí vnitřníh pvrchu kmry, při němž se přebytečná suspense nechala vlně dkapat tvrem pr přípj ventilu*
5 VÍSLBDKY MŽJJEflí 51 Y j b ě r m a t e r i á l u a i n t i l a č n í k m r y íjrcven přírdníh pzadí materiálu scintilační kmry limituje velikst nejmenší měřitelné aktivity za předpkladu, že přidaný signál (pruchy, sum aj.) měřícíh zařízení je zanedbatelný* Pri prvých měřeních byla sustředěna pzrnst na skle jak technlgicky vhdný materiál. Výsledky měření pěti vzrků skla (ve frmě prášku) a ZnS(Ag) prvedených na alfa beta autmatu NJiR 610 js x uvedeny v následující tabulce č* 2. SIMAX SIAL Vzrek skle pužívané při puzdření sintilátxů skl z ftkatdy ftnásbie ZnS(Ag) průměrný pčet impulsů xa 1000 a 5,66 9.5 7,0 8,33 7,16 5,83 Tab, č, 2 Srvnání naměřenéh pčtu i.apulsů pr vybrané typy skel a ZnS(Ag). Hdnty jsu uvedeny včetně pzadí, které dpvídá pčtu impulsů 5,39 za 1000 a.
Kaměřenó hdnty jsu výsledkem ze šesti měřeni p 1000 s* Jestliže byl pzadí autmatu na kanálu alfa 5,896 (1000 ) stanven za 42 000 s (rel, chyba 6,35%).pak dba měření vrdených vzrků byla krátká pr stanvení alfa aktivity u skla typu SBIAX a ZnS(Ag). Druhé měření vybraných vzrků byl pakván v dbě, kdy se úpravu alfa beta autmatu BRR 610 dsáhl velmi nízkéh pzadí pr záření alfa* líatnšřené hdnty Jsu v tab. č, 3* Z měření vyplývá, že není výrazný rzdíl neži pužitými typy skel* 5*2 P l š n á h m t n s t p k r y t i v n i t ř n í g -fr š n y kmry Vnitřní stěna scintilační kmry je pkryta luminfres ZnS(Ag)* Jeh plšná hmtnst vlivňuje parametry x Relativní luminiscenční účinnst, detekční účinnst a velikst pzadí* Cílem následujícíh měření byl stanvení ptimální plšné hmtnsti stěny scintilační kmry* Ha kruhvé skleněné neb umaplezvé ktuče 0 ca 50 mt byla nanesena vrstva luminfru ZnS(Ag) různé plšné hmtnsti* Vzrky byly prměřvány v měniči vzrku NCR 311» Byly měřeny pčítací charakteristiky (zářič 4 Am byl umístěn na ftkatdu ftnásbiče aktivní plchu směrem ke scintilátru) a pzadí vzrků umístěných na skleněné neb umaplezvé pdlžce* Výsledky měření parametru pčítací chrakteristiky jsu uvedeny v následující tabulce č* 4* Měření vlastníh pzadí vzrků v pracvním bde uprstřed plšiny pčítaí charakteristiky byl prveden ve stejném uspřádání* Výsledky měření jsu pr infrmaci uvedeny na br* 3* Pčet impulsů udaných za dbu 1 h a přepčtený na plchu vzrku veliksti 100 m (tj* plchu, která je srvnatelná s plchu vnitřní stěny scintilační kmry) ukazuje, že tt měření s důvdů rzdílné gemetrie vzhledem ke skutečnému prvedení aint i lační kmry není ptimální pr úvahy vlastnia psadí scintilační kmry*
- <\k - i Vzrek Celkvý pčet Impulsů Krp Délka měření (a) Hel, chyba Četnst impulsúcaih ) V * a T ~ n p i í Psadí SBIAX 125 134 120 000 90 000 8,94 8,63-2,68.10~ 2 Skl z puzdra scintilátru 109 90 000 9,57 1,02,1 O" 2 Umaplex é kénk z puzdra ecintilátru 64 69 000 12,5-6,9.1 " 3 (měřicí mlska je dstíněna) *ZnS(Ag) 108 102 180 9,62 9.10~ 4 Tab# 3. 3 - Měření přírdníh pzadí; plcha vzrků cca 19,5cnr
čísl vzrku plšná hmtnst (mg.cm" ) pláina délka (V) stupání (Si) relativní detekční účinnst (%) 1 6,6 375 2,3 95 2 11 375 1,4 98 3 22 400 2,9 98 4 29 375 1,4 96 5 15 (bez nsiče) 450 2,9 100 Tab* č* 4 - Parametry pčítacích charakteristik vzrků a rzdílnu plšnu hmtnstí ZnS(Ag)
1 3 X Q) i i f E E Ní en c M CM IÍN LJJ z. M LU 00 IT) rsi X. i Os) E O O COX
S uhraně lze knstatvat, že ve sledvaném rzmezí plšné hmtnsti luminfru ZnS(Ag) nebyl ajištěn pdstatný vliv ani na velikst pzadí, relativní detekční účinnst, ani na začátek plsiny (vlivněný relativní luminiscenční účinnstí). Závěr: Plšná hmtnst Ium1n fru ZnS(Ag) na vnitřních stěnách scintilačnx kmry Je vhdná v rzmezí 15-20 mg,cm** Nižší hdnta se nedpručuje, prtže pkrytí vnitřní stěny luminfcrem vhdné tluěíky s nízkým vlastním pzadím může přispívat k dstínění vlastní aktivity stěn kmry* 5»3 S k l e n ě n á s c i n t i l a č n í k m r a w Prvé vzrky scintilačních kmr byly vyrbeny se skla. Jejich prměřením za různých pdmínek byly stanveny výchzí rzměrvé aj. parametry, pdle kterých byly vyhtveny kvvé scintilační kmry. Základní rzměr skleněných kmr byl: vnitřní průměr 43 mm, výška 100 mnu Zdrjem záření byl Aa aktivitě 333 Bq, vyhdncvací suprava - Spektrmetrická jedntka NZfl 201 A. Výsledky měření jsu uvedeny v následujících kapitlách: Byly prměřeny pčítací charakteristiky dvu scintilačních kmr, jejichž vnější stěny byly pkryty nejdříve AI flií, dále černým a bílým papírem. Byly hdnceny tyt parametry: délka plsiny, její stupání, pčátek plšiny a četnst impulsů uprstřed plsiny. Rzdíl v pčítacích charakteristikách nebyl zjištěn. Závěri pkrytí vnější stěny skleněné scintilační kmry nezlepší charakteristické parametry pčítací charakteristiky.
- -id - Příspěvek svetelnéh výtěžku stěny k relativní celkvé detekční účinnsti Byly prměřvány pčítací charakteristiky sintilačních kmr s účelem zjistit, zda k ;^^rel přispívají světelné impulsy* které jsu na ftkatdu přivedeny stěnu kmry* Rzdíl mezi dstíněnu a nezakrytu stěnu kmry v místě jejíh styku s ftnásbicem na Četnst impulsů uprstřed plsiny nebyl zjištěn, t znamená, že <^^re -r *e nemění* Závěr: Vliv převdu světelných impulsů stěnu kmry na ftkatdu ftnásbiče se nezjistil* 3 Yýáka acintilaní kmry Byly měře*«7 pčítací charakteristiky scintilační kmry s * Am typu EA-14, kdy zářič byl umístěn v rúznýh vzdálenstech d ftkatdy ftnásbiče* I když tent případ nedpvídá skutečným pdmínkám měření, kdy rzpadvé prdukty radnu jsu rzptýleny p vnitřním prstru, případně usazeny na stěnách či kénku kmry, je mžné si z tht měření vytvřit představu detekvaném spektru impulsů a tím i vhdné výšce intilační kmry. Výsledky měření jsu uvedeny na br. č. 4* Z průběhu pčítacích charakteristik je mžn usudit, že výska scintilační kmry nad 100 mm by nebyla vhdná z důvdu vzájemnéh psunutí středu plšin^ Závěr: Scintilační kmra se nedpručuje vyšší než 100 mm* 4 Kntakt kctnry s ftv^tdu ftnáabiče Byly prměřvány pčítací charakteristiky pr níže uvedená uspřádání kmry a ftnásbiče: a) mezi kénkem kmry a ft katdu je vytvřen ptický kntakt siliknvu vazelínu, b)... není siliknvá vazelína, c) je vzduchvá mezera 1,5 mm d) kmra bez kénka je umístěna na ftkatdě ftnásbiče*
< O DO -j- <N 0) J) (D )O K) K) H «rl «rl >í-t >M >f-j tí N N x O -J Q. cc c cn A A A c H ih H O O O c p. a c O CO ^. * VI > p. (V >ä s u A "0> c > CD C H O O -P VI t- c. O A a C v c; C M C I - 3 E Vi C a 1 O I U) (Vi CO (N) I..
- 20 - Výsledky měření četnsti impulsu uprstřed plsiny: A) zářič na stěně kmry v blízksti ftkatdy: rzdíl mezi uvedenými variantami nebyl zjištěn B) Zářič na stěně kmry cca 90 mm d ftkatdy ftnásbice: - mezi uspřádáním a) a d) není rzdíl - uspřádání b) a c) vykazuje pkles Četnsti iapulsů cca 2% vzhledem k uspřádání a) a d). Závěr; Knstrukci měniče z důvdu snazšíh psunu kmry k ftkatdě ftnásbi&e je mžn navrhnut tak, aby mezi kénkem kmry a ftkatódu byla vzduchvá mezera ^-1,5 mm. 54 Výběr m a t e r i á l ů k v v é s c i n t i l a č - n x k m r y Další měření pzadí různých materiálů byl sustředěn na kv, který se z hlediska technlgie výrby kmry a jejíh pužití jeví výhdnější* Pr přiblížení skutečným pdmínkám byl hdncen pzadí válcvých trubek výšky 100-14Q mm, světlsti 40 mm, případně 30 mm, na jejichž vnitřní stěně byl nanesen ZnS(Ag) plšné hmtnsti 18-25 mg*cm Neuzavřené trubky se kladly přím na ftkatdu ftnásbice, v jedinělých případech byl vlžen mezi ftkatdu a trubku kénk* Příspěvek přírdníh pzadí vzduší k celkvé četnsti impulsů pzadí byl dle infrmaci z literatury stanven na 0,05 až 20 h. Výsledky měření jsu uvedeny v následující tab* č 5* Pslední skupina měření psadí byla prvedena s evakuvanými kmrami, ze kterých byl vyčerpán vzduch viz tab, č* 6* Dále se svažval, zda z hlediska detekčních parametrů bud výhdnější kmra vyšší menšíh průměru, než kmra většíh průměru menší výšce při stejném bjemu* Vlířa mezi těmit dvěma rcm&rvýrai variantami byla prvedena jak pslední, prtže tázky suvisející s technlgií výrby kmůrky (jak je vakutěsnst, nanášení luminfru, mntáž kmůrky aj.) a knstrukčním principem mánis vzrků byly naléhavější* Výsledky měření jsu uvedeny v tab* č* 5$ 6*
- 24- čísl vzrku prvedení kmry i.;/p kénka! pzadí IX * 1 WVJUIU J vyhdncvací suprava a det. jedntka psn^tnka 3 1 skleněná tevřená hliníkvá nádba tevřená (spray),<skl umaplez skl umaplez 297 274 217 212 KZG 201 č. 50724 WS 9501 č, 81-449P s uvedených měření vyplývá, ze skleněná kmra s 5 i hliníkvá nádba uzavřená (spray) s ventilem a k* skl 120 vyäôíh pzadí nebude pužita 8 10 12 0 14 15 16 17 18 19 msazná, pnikl váná (a 2C /um) tevřená ' msazn, tevřená -"- msazná trubka _"- krzivzdrna cel B - strjní el trubka hliníkvé nádba (spray) bční steny kryty Ki plehem (tevřená) měděná kmra skl skl skl umaplez - - - ILJ 28 32 52 50 29 47 37 36 40 47 64 62 55 alpha-beta autmat NKR 610 KS 9501 Č.81-449P HZG 201 č.50745 US 9501 Č.81-458P V průběhu uvedených měření se prjevil větší vli přírdní aktivity záření alfa vzduší, než se předpklá dal* Kntrlní míření vykazvala dchyl ku až 10 impulsů za hdinu z plchy 100 cm V zásadě lze kvvé kmry dpručit výhdné jsu msazné Tab* č* 5 - Měření pzadí kvvých válců s vnitřním pkrytím ZnS(Ag)
- 21 - čísl verku prvádění kmry typ kénka psadí h~ 1.10Gcm 2 vyhdncvací suprava a det. jedntka pznámka 8 *0 21 msazná, pnikl váná msazná hliníkvá nádba (sgray) bční stena kryta Ni plechem f 0,1 mm skl skl skl 15 14 40 HRR 610 KS S501 Č.81-449P Z hlediska dstupnsti je mmmzné kmra nejvýhdnější (pniklvaná má jednu výrbní peraci více) skleněná - zapůjčena z PJPI Si skl 12 akl 01 tat kmůrkai byla pužívána 20 hliníkvá nádba (spray) bční stena kryta bezprudvým^hi 15 mg, cm"'" skl 22 22 msazná skl 16 23 skl 20 Tab, č, 6 - Měření pzadí uzavřených a evakuvaných scintilačních kmr i
Vlba p r a e v n í h p d m í n e k s i n t i l a č n í sndy se s c in t i lainí k m r u Byl věřván, zda vhdnu kmbinací zesílení a pravní* h napětí zesilvače lze stanvit pravní reži», ve kterém by byla četnst impulsů pzadí m Měření byla prvedena na spektrmetrických jedntkách typu NZG 201A, se sndami typu US 9501. Scintilační kmry bez kénka (tj* neuzavřené) byly pstaveny na ftkatdu ftnásbice a mařena četnst impulsů pzadí uprstřed a 50 V nad pčátkem pldiny pčítací charakteristiky. Výsledky měření ptvrdily čekávaný předpklad nižšíh pzadí na pčátku plšiny při vyšším napětí ftnásbiče a menším zesílení zesilvače* Měření bude nutn pakvat,pněvadž kmry nebyly evakuvané a nebyly napínány argnem ani"starým" vzduhea. Důsledek tét skutečnsti je nežáducí a ve své veliksti neznámý příspěvek přírdníh pzadí vzduší k měřenému pčtu impulsů* Prt bude nutn pakvat měření s kmrami knečnéh prvedení a s vyhdncvací supravu, která by zaručvala reprdukvatelnst výsledků* 5*6 V y h d n c v a c í z a ř í z e n í Dle dpručení /$/ má být četnst falešnýh impulsů vyhdncvacíh zařízení a detekční jedntky bes scintilační kmry v rzmezí 0,00 až 0.03 min*" 1. Není-li tet* splněn, je sestava nevhdná pr měření Ra ve vdách* Při zkuškách 9 přístrjů vývjvě uknčených v Tesle VtÍPJT jsne zatím dspěli k jednsancnému závěru v tm smyslu, že supravu, která uažňuje vyhdncení s antikincidenčním stíněním, lse pr tyt aplikace dpručit* V případě Lw - level alpha-beta unting NA. 6201 U lse detekční jedntku přes přizpůsbvací člen připjit na vstup hlavníh kanálu K1 (vý«tiip ze intilař.ni sndy
je záprný, vstup přístrje kladný, nutnst ddělení VIJ a zařazení děliče napětí 2:1) a měřit v antikincidenčním režimu. Pužití vstupu K2 (scintilační detekční jedntky) NA Ó2G1 II a nejvhdnější nastavení statních přístrjů, jak např, HZG 201A, NZG 617 bude nutn vyzkušet v následujícím vývjvém úklu* 4 57 K a l i b r a č n í k n s t a n t y s c i n t i l a č - ní c h kmr Dva labratrní vzrky ecintilačních kmr byly prměřeny na FJFI ČVOT, a) Scintilační kmra č. 8; (pzadí 20 impulsu za 1 h) b) Slntilační kmra c. 215 (pzadí 31 iapulaů za 1 h) Sintilační kmry a) a b) byly naplněny radnem uvlněným ze 226 ptandardíh rztku Ha a za dbu 4 h p uknčení deemanace byla měřena četnst i.upulsů a stanvena celkvá detekční účinnst CDtf \ kalibrační knstanta R Výsledky' měření: Sintile íní kmra 5, 8 : CTÍ - 82 ř 3íi H e - a Scintilační kmra c. 21 : CDÍ» 84, R» S Pr prvnání psirametry křemenné kmry: pzadí : 24,8 impulsů za 1 h R e - ó,91(h" 1 /mbq) - 33O(h~VpCi) Závěr: Z hlediska pzadí je výhdnější msazná acintilační kmra 0 40 mm, z hlediska CDU hliníkvá 0 50 mm, která navíc umžňuje připevnění na ftkatdu ftnásbiče pmcí převlečné matice. Tat knstrukční úprava by měla být u vývjvých vzrků zachvána*
-if- \ 58 Měnič v a r k u Ve firemní literatuře byly nalezeny puze dva typy měničů a t macíarské firmy MĚV a fy Eberline (USA), Oba se vyznačvaly tím, že t byla v pdstatě puzdra s ftnásbicem (0 ft ka tdy r^15q nun) a vzrek tj. scintilační kmra se d puzdra vkládala (Eberline - předpklad z vybrazení), neb psuvně zasuvala (fy M V). Tent typ měničů se nezdá vhdný ze dvu důvdů* a) velkplšné ftnásbiče jsu rzměrvě rbustní nehledě na t, že pr uvažvanu scintilační kmru Lucaava typu bude stačit ftnásbič s katdu 0 45 mm, případně 0 40 mm, b) jsu t měniče určené pr jeden vzrek. ffezajistí-li se světltěsnst kmry, pak při manipulaci v průběnu jejíh vlžení d měřícíh prstru djde k svícení luminfru a musí se cca 20 min vyčkat, než djde k jejímu "vysvícení" (závisí na kvalitě ZaS(Ag)). c) jestliže 3«nezajistí světltěsné výměna sintilační kmry v měniči, je další nevýhdu t, že se musí vypínat vysknapěívé napájení ftné-ibiče, cž může být důvdem ke zhršení reprdukvatelnsti výsledků měření* světltčsný" n Z výše uvedených důvdů se navrhuje, aby byl měnič vzrkůk sazen sndu bsahující ftnásbič typu 67 PK 511, Ppis knstrukce měniče vzrk,^ Manuální měnič vzrků je zařízení, které umžňuje výměnné vkládání se int i lační ch kmr pd ftnásblč sndy a svým uspřádáním zabezpečuje světltěsnst celéh systému jak při manipulaci, tak i v průběhu měření. (Via 0 br 5.) Knstrukce měniče sestává ze základní desky, na níž je knslvu nástavbu zavěšena nsná deska, tvřící jednak lže přesuvných saní a jednak je patřena mntážní přírubu pr upevnění scintilační sndy. Přesuvné saně phybující se ve vedení suse pd sndu, jsu patřeny dvjicí výklpných unášečů a na
- 26 "í 1 ^ Iní vední deska Obr. č c 5 EiMč vzrku
- 2.9- - každém z nich je upevněn světltěsný tubus pr vkládání scintilačních kmr. Zastínění bu tubueů shra je prveden celvu planžetu a kulvým výstřihem umístěným v se sndy. Phyb saní ve vedení vymezují ve dvu krajních plhách drazy umístěné na lži nsné desky. Plnění a vyjímání scintilačních kmr z tubusu lse prvádět střídavě jen u výklpnéh unáeeče, který je v krajní (drazvé) plze. Druhý unášeč je zablkván vedením pr zastínění sndy, bez hledu, je-li v tubusu kmra, či nikliv. Unášeč schpný plnění je blkván a djiěíván pjistku umístěnu na spdku saní, druhý unášeč umístěný v pra*- vní plze, tj«pd scintilační sndu, nelze bez přestavění d krajní plhy tevřít a právě tak nelze tevřený unášeč zasunut d pracvní plhy. Tent systém chrany zajišluje bezpečnst prti vniknutí světla d ftnásbiče scintilační sndy a lze jím využít i prvzní čas ptřebný pr měření jednh vzrku k příprav (zastínění) vzrku následujícíh. SROVBAQ?ELK VÍROBKY V SSSB Pr infrmaci jsu uvedeny dva typy přístrjů, které se již v CSSR nevyrábí. 0 jiných typech, např. z ÚJV Řež a pd., nejsu dstupné infrmace nehledě na t, že se jedná výrbky, které nebyly k dispzici pr širěí kruh zájemců. a) Přístrj pr měření kncentrace radia ve vdách. (Výrbae: Tesla VÚPJT Přemyšlení; vývj uknčen 1961.) b) Zařízení pr měření radnu v vzduší ZMR 01 (Výrbe: ZRUP Ostrv nad Ohříj vývj uknčen v rce 1956 až 1960.) Pervnání scintilační kmry s parametry výše uvedených přístrjů bude prveden ve vývjvé etapě.
- 28 - VÍROBKY ZAHRAKIČBÍ Ve firemní a dbrné literatuře byly nalezeny níže uvedené výr bity. Jejich výčet není úplný, prtže neznáme vôechny výrbce přístrjů jaderné techniky, kteří jsu zaměřeni na gelgicku prspekci a těžbu uranu 1. MČV (Mecseki árcbanyászatl Vallalat) Péca, Maďarsk Scintilační emanmetr, který bsahuje: jednkanálvý amplitudvý analyzátr typ UP-420 Sintilační kmra (bjem 1 1, ddává se 20 k«) typ IvT-402 Měnič typ HD-422 2, Eberline, USA Vyrábí sadu scintilačních kmr* Scintilační kmru Lucasva typu nevyrábí. Typ kmry Objem (1) SC-3 0,1 SC-5 0,5 SC-6 1,4 Vyhdncvací zařízení "Mini Sealer with Batemeter and Single Channel Analyser" typ MS-2 "Prtable Sealer" typ PS-2 "Prtable xiat erne tar Sealer" typ PRS-1 3* JLI (Jltnstn Labratries Inc), USA Vyrábí sestavu pr měření radnu, která bsahuje tyt díly: Radn Cunter LAC-2-12 its Radn Cncentratr RCTS-2-1 ki Rad«n Analyser LLRC-2-1 ks Příslušenství
Slntilační kmra je Lucasva typu. Objeta 95 ml, citlivst 0,85 impulsů na částici alfa, pzadí 0,1 min"*, materiál : kvářva cel, kn z křemennéh skla. Pznámka; Hdnta pzadí z katalgvých údajů je btížně srvnatelná, nejsu-li uvedex^r pdmínky měření (pracvní bd, náplň kmry, vliv náhjnéh signálu vyhdncvací jed-tky). 4. SDÁ, USA Z nabídkvých listu je patrné, že vyrábí 5 typů scintilačních krarccdč 33-35>-) pr měření 222 Rn a tedy i 226 Ra. Objem kmr je uveden puze u tří vzrců: 100, 153, 170 cm, V "kufříkvém" prvedení ddává dběrvý a plnící systém typvéh značeuí RDU-200 (Prtable Radn Degasaing Unit). 5. lechsnabexprt, SSSR Scintilacní emanmetr "Radn". Určen pr měření kncentrace radnu, thrnu emanačním způsbem ze vzrků půd, vdy a vzduší* 6. Saspie Jadernje pribrtrjenie, 2^t 1270, atr. 170-191 Uvádí pr infrmaci něklik typů seintilačníeh kmr (víz tab.6 a 7)# Objem kmr je d 96 d 2700 car 3. Některá z nib. byly průmyslvě vyráběny před rkem 1970. Sučasný stav není znám. V tét publikaci se knstatuje (str. 172), že v terénních pdmínkách bývá pzadí acintilačních kmr průmyslvě vyráběných zřídka menší než 1-2 impulsy za minutu. 7 Rzličné mdifikace scintilačních kmr publikvané hlavně v peridiku "Health Physis" se neuvádí, prtže ke sledvané prblematice významně nepřispívají.
- x -- 8 MJCVRH ŽEŠENÍ VÍVOJOVÉ SXSTI tkolu Ve zprávě jsu uvedeny výsledky měření, které byly řešeny v průběhu výzkumné části úklu. Ve vývjvé etapě bude nutn věnvat pzrnst následujícím tázkám: 1) vlba pravníh bdu ftnáebise, 2) úprava měniče vzrků pdle zkušenstí e labratrním vzrem 3) kntrla vakutěsnsfci scintilacních kmr při tepltních cyklech 4) dlnst acintilační kmry vůči transprtním tepltám 5} stabilita fyzikálních parametrů v dluhdbém prvzu, ae zaměřením na reprdukvatelnst měřených hdnt 6) měření scintilačních kmr v přístrji Lw-level alpha-beta cunting HA 6201 -II 7) věření parametrů seintilačních kmr na externím pracvišti p/* s cílem vyhdntit metdy měření Ra ve vdách v rámci prací kmplexně rainalizační brigády* V předlžené zprávě jsu uvedeny výsledky, kterých byl dsažen v průběhu výzkumné etapy při řešení návrhu scintilacní kmry určené pr měření Ha ve vdách* V kapitle 7 jsu shrnuty úkly, které bude nutn řešit ve vývjvé části úklu. Rzsah zadání není zanedbatelný, nic méně jeh vyřešením se může významně přispět k věření parametrů sestavy pr měření radnu, tj* scintilacní kmry ve spjení s typvu detekční jedntku a spektrmetricku jedntku, případně jiným přístrjem vývjvě uknčeným v Tesle VtfpJT. V průběhu úklu byl řešen návrh sintilační kmry zaměřený především na výběr vhdnéh materiálu kmry, stanvení plšné hmtnsti vrstvy luminfřu ZnS(Ag), rzměrvu ptimalizaci kmr a způsb jejich hdncení* Z výsledků měření lze navrhnut jak nejvhdnější řešení scintilacní kmru z msazi bjemu 100 nr* uknčenu ventilem (plynvým závěrem), na jejíž vnitřní stěně je vytvřena vrstva luminfru ZnS(Ag) plšné hmtnsti 15-20 mg.cm" 2.
Vzhledem k dluhým dbám při hdncení pzadí bud* vývjvý úkl nširóixý z hlediska časvé kalkulace. Dcíleni nejnižšíh pzadí, které je jedním ze základních parametrů scintilační kmry a vlivňuje i prdejnst výrbku, bude zásadním hlediskem pr řešení vývjvé části úklu. Zvláštní pzrnst bude věnvána tázce mechanické a klimatické dlnsti řešenéh detektru. Ha základe dsažených parametrů lze čekávat, že sciatilační kmry budu žádané jak v zemích RVHP, tak i v NSZ. Autři tét zprávy si dvlují vyjádřit svůj dík pracvníkům FJFI-SVUT, jmenvitě Ing. J. Sedláčkvi, CS. a Ing* J. Šebestvi,CSc. za předání výsledků jejich práce a za prměření našich dvu vzrků scintilačních detektrů, RHDr. J. Pazderníkvi z 7ÍÍV Praha za splupráci v prblematice měření a vyhdncvání vzrků.
- 32 - LITERATURA /V J. Sedláček a kl. Scintillatin emanmetri determinatin f Radium - 226 in V/aters Jur, f Radianal. cheat. 59 č.1 (1980) /2/ Katalg fy Jhnstn Labratries In. /3/ 0 # Mayer : Základy jaderné chemie - Praha 1981 SHTL /4/ Serdjakva : Istpy radna - MsJcva 1961 /5/ W. Eepe «F. Luaa : Luminiscenční látky v elektrtechnice Praha 1954, SHTL : Imprved Lw-Level Alpha-Scintillatin Cunter fr Radn - Rew. f sci. instr. 8 Č. 9 rk(1957) /?/ P.E, Damn Scintillatin Tube fr *h«measurement f Radiactive Gases - E«w. f sci. instr. 766 (1956) /8/ U.A. Dilia : Scintillatin Cunter fr Assay f Radn Gas. Nuclenics J2 č. 2 (1955) /9/ Standard T«st Metd fr Radium - 226 in Waters; ASTM Designatin D 3454-79 /10/ Vývj sintilátrů alfa typ SAK 17 Č. 3U/2267 a 1/66 /11/ J. Kristan, I. Kbal : A Mdified Scintilatin Cell fr the Determinatin f Radn in Uranium Inline Atmsphere "Health Physics" 2 5. 103 (1973)