"Методика аналитического контроля. Радионуклиды. Определение содержания в пробах методом гамма-спектрометрии" // Технорма.RU

Утверждаю

Главный инженер Московского

научно-производственного

объединения "Радон"

В.М.ЧЕБЫШЕВ

26 января 1988 года

МЕТОДИКА

АНАЛИТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ. РАДИОНУКЛИДЫ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ

СОДЕРЖАНИЯ В ПРОБАХ МЕТОДОМ ГАММА-СПЕКТРОМЕТРИИ

1. Общие положения

1.1. Определение содержания радионуклидов методом гамма-спектрометрии производят по гамма-спектру пробы.

1.2. Сначала гамма-спектр расшифровывают качественно:

- с помощью градуировочной кривой, построенной по гамма-спектрам образцовых гамма-источников, определяют энергии фотопиков;

- рассчитывают площади фотопиков, приводя их к одной чувствительности;

- соотношение площадей фотопиков сравнивают с выходом гамма-квантов радионуклидов, имеющих энергии, равные значениям, определенным по градуировочной кривой;

- определяют периоды полураспада по изменению площади фотопика в зависимости от времени;

- по определенным значениям энергии фотопиков, соотношений площадей фотопиков между собой, периодов полураспада делают выводы о том, какие радионуклиды присутствуют в пробе.

1.3. Затем с помощью калибровочной кривой, рассчитанной по гамма-спектрам образцовых гамма-источников, рассчитывают содержание радионуклидов в пробе.

1.4. Перед проведением экспериментальных работ с тем или иным радионуклидом или смесью радионуклидов ответственный исполнитель должен поставить в известность начальника радиометрического отделения для согласования условий проведения эксперимента и выделить необходимое количество исходных растворов для определения поправок на ослабление гамма-излучений радионуклидов в зависимости от объема проб и приготовления рабочих источников.

2. Отбор проб

К пробам в зависимости от их материала предъявляются следующие требования:

2.1. Пробы, нанесенные на подложки:

- должны быть измельчены до 0,1 мм и равномерно распределены по поверхности подложки;

- не должны иметь пузырей на поверхности и натеков на бортиках мишени;

- толщина проб не должна превышать 5 мм;

- навеска пробы не должна превышать 8 г;

- наружная поверхность мишени должна быть чистой.

2.2. Пробы аэрозолей:

- не должны быть вспученными, рваными;

- размеры проб не должны превышать величины: диаметр 60 мм или 60 х 60 мм.

2.3. Пробы растворов или сыпучих материалов могут быть объемами 50 мл или 500 мл в круглых колбах емкостью 500 мл:

- пробы должны быть помещены в специальные пеналы (емкости) с крышками;

- к пробам должна прилагаться сопроводительная по форме (Приложение);

- последовательность расположения проб в пеналах и запись их в сопроводительных должны быть идентичными.

3. Основные характеристики методики

3.1. На гамма-спектрометре принимают пробы, активность которых по суммарному гамма-излучению лежит в пределах от 50 до 20000 Бк.

3.2. Относительная среднеквадратическая погрешность определения

величины Q х K лежит в пределах от 100% до 3% при величине Q от 50 до

гамма

20000 Бк,

где:

Q - содержание радионуклида в пробе, Бк;

K - выход гамма-квантов энергии, по которой производился расчет

гамма

содержания радионуклидов.

3.3. Метод свободен от значимой систематической погрешности.

3.4. Фотоэффективность гамма-спектра в процентах приведена в таблице:

┌───┬────────────────────┬─────────────────┬──────┬──────┬───────┐

│ N │ Энергия │Размер пробы 7 мм│60 мм │50 мл │500 мл │

│п/п│ гамма-квантов, МэВ │ │ │ │ │

├───┼────────────────────┼─────────────────┼──────┼──────┼───────┤

│1 │0,060 │2,1 │1,2 │0,52 │0,15 │

│2 │0,122 │7,1 │4,0 │1,80 │0,53 │

│3 │0,390 │3,2 │1,3 │0,88 │0,30 │

│4 │0,660 │1,3 │0,80 │0,32 │0,14 │

│5 │0,898 │1,15 │0,74 │0,30 │0,14 │

│6 │1,170 │0,53 │0,38 │0,20 │0,084 │

│7 │1,330 │0,55 │0,38 │0,1 │0,084 │

└───┴────────────────────┴─────────────────┴──────┴──────┴───────┘

3.5. Экспозицию образцового источника и пробы подбирают в процессе

снятия гамма-спектра таким образом, чтобы максимум фотопика интересующего

радионуклида превышал фон не менее чем в три раза. Максимальная экспозиция

составляет 10 сек.

3.6. Норма времени на снятие гамма-спектра составляет:

- 2,1 часа - с пробы средней активности;

- 2,7 часа - с пробы низкой активности.

Норма времени на расшифровку гамма-спектров составляет:

- 0,5 часа - на расшифровку простого гамма-спектра без наложения фотопиков, имеющего не более 4-х фотопиков;

- 3 часа - на расшифровку сложного гамма-спектра.

4. Аппараты и реактивы

4.1. Амплитудный анализатор типа АИ-4096 серийного производства может быть заменен другим подобным анализатором импульсов.

Основные технические параметры анализатора:

- число каналов - 4096;

- емкость канала - 2 ;

- время регистрации - не более 17 мкс;

- минимальная ширина канала - 0,25 мкс;

- дифференциальная нелинейность - не более +/- 2;

- нестабильность границ канала - не более 0,01;

- мертвое время прибора - не более 10 мкс;

- время установления рабочего режима - не менее 30 мин.

4.2. Детектор германиевый диффузионно-дрейфовый типа ДГДК.

Основные параметры детектора:

- чувствительность регистрации при полном поглощении для энергии E = 1332 кЭВ по изотопу кобальт-60 лежит в пределах от 20 до 160 кв. мм;

- энергетическое разрешение для энергии E = 1332 кЭВ по кобальту-60 лежит в пределах от 2,0 до 5,0 кЭВ;

- оптимальное электрическое напряжение в диапазоне от 400 до 4000 В;

- время установления рабочего режима не более 15 минут;

- время непрерывной работы детектора 8 часов;

- детекторы сохраняют параметры в пределах норм при условии заливки криостата жидким азотом не реже 1 раза в трое суток.

4.3. Установка спектрометрическая типа СЭС2-03 серийного производства. Основные параметры установки:

- интегральная нелинейность усилительного тракта спектрометрической установки в диапазоне выходных амплитуд от 0,1 - <...>3 В составляет не более +/- 0,3%;

- нестабильность амплитудной характеристики составляет не более +/- 0,1% за 8 часов непрерывной работы;

- дополнительная погрешность измерения амплитудной характеристики составляет не более 0,05% в диапазоне температур окружающей среды от 10 до 35 °С;

- дополнительная погрешность измерения амплитуды при измерении напряжения электрической сети на +/- 10% от номинала не превышает +/- 0,1%;

- полярность входного сигнала - любая;

- длительность непрерывной работы - 8 часов;

- время установления рабочего режима - 0,5 часа.

Установка СЭС2-03 может быть заменена аналогичной (например, УИ-36).

4.4. Стабилизаторы напряжения Б2-2, Б2-3:

- обеспечивают на выходе напряжение 220 В с основной погрешностью +/- 1,5%;

- приборы допускают параллельную работу с нагрузкой не более 750 ВА и 1500 ВА соответственно;

- время самопрогрева 1 час;

- время непрерывной работы 8 часов;

- максимальный ток нагрузки 2,2 А и 3,8 А соответственно.

4.5. Устройство цифропечатающее ВБ<...>-15 серийного производства.

Основные параметры устройства:

- количество печатаемых разрядов - 10;

- скорость печатания чисел в секунду - 4 - 5;

- прибор использует бумажную ленту шириной 5 +/- 1 мм (лента 56П, ГОСТ 8042-59) и красящую ленту для пишущих машинок шириной 16 мм;

- запас бумаги позволяет печатать не менее 5000 чисел с одной зарядки.

4.6. Свинцовые стенки из блоков БС серийного производства.

4.7. Блок-схема гамма-спектрометра:

┌───┐ ┌───┐ ┌───┐

│ 4 ├───>│ 5 │<───┤ 6 │ 1. Проба

└───┘ └───┘ └───┘ 2. Детектор

/\ 3. Предусилитель

┌─┴─┐ ┌───┐ 4. Спектрометр СЭС2-03

│ 3 │<───┤ 7 │ 5. Анализатор

└───┘ └───┘ 6. Стабилизатор Б2-2

/\ 7. Стабилизатор Б2-3

│ 8. Защитная стенка из блоков БС

┌ - ┼ - ┐

┌─┴─┐

│ │ 2 │ │

└───┘

│ /\ │

┌─┴─┐

│ │ 1 │ │

└───┘

└ - - - ┘

4.8. Набор образцовых спектрометрических источников ОСТИ.

4.9. Секундомер.

4.10. Пинцет.

4.11. Напалечники.

4.12. Спирт этиловый ректификованный, ГОСТ 18300-72.

4.13. Спирт ректификованный, ГОСТ 5962-67.

4.14. Вата, ГОСТ 5561-81.

4.15. Марля, ГОСТ 11109-74.

5. Подготовка к анализу

5.1. Включение аппаратуры:

- перед включением аппаратуры проверяют надежность заземления каждого блока;

- включают тумблеры "сеть" на стабилизаторах Б2-2 и Б2-3, затем на анализаторе, на установке СЭС2-03 (на блоке питания детектора - БНВ2-09 и блоке питания предусилителя - БНН2-22);

- через 20 минут плавно со скоростью не более 100 В в минуту устанавливают рабочее напряжение детектора - на блоке БНВ2-09;

- включают тумблер "27 В" на анализаторе;

- выключение блоков в обратной последовательности, т.е.:

выключают тумблер "27 В" на анализаторе;

снимают напряжение с детектора со скоростью 100 В в минуту;

через 10 минут выключают тумблер "сеть" на блоках БНВ2-09, БНН2-22, анализаторе и в последнюю очередь на стабилизаторах Б2-2 и Б2-3.

При работе на спектрометрах необходимо помнить:

- включение блока Б3-1Б производят только на время вывода информации;

- в случае аварийного выключения напряжения питания детектора (блок БНВ2-09) срочно выключают тумблер "сеть" только на блоке БНВ2-09 и переводят регулятор напряжения в нулевое положение;

- в случае аварийного выключения питания предусилителя (блок БНН2-22) регулятор напряжения на блоке БНН2-22 плавно со скоростью не более 60 В в минуту переводят в нулевое положение, затем выключают "сеть" на блоке БНН2-22;

- при неисправных сигнальных лампочках в каком-либо блоке работать на спектрометре запрещено.

5.2. Градуировка спектрометра:

- помещают на детектор два образцовых гамма-источника (вместе или поочередно), имеющих граничные энергии гамма-квантов интервала энергии, нужного для анализа конкретной пробы;

- регулировкой усиления на СЭС2-03 подбирают рабочий режим спектрометра таким образом, чтобы фотопики граничных и интересующих энергий гамма-квантов полностью фиксировались на одной из плоскостей;

- снимают гамма-спектры образцовых источников (не менее 3-х), выводя на цифропечать;

- строят градуировочную кривую - зависимость амплитуды импульсов (номер канала) от энергии гамма-квантов (график не приводится).

Зависимость амплитуды от энергии в диапазоне энергий от 0,100 МэВ и более должна быть прямолинейной.

В противном случае вызывают мастера для ремонта спектрометра. Градуировку спектрометра производят ежедневно.

5.3. Определение натурального фона.

Определение натурального фона производят один раз в неделю с

экспозицией 10 секунд, рассчитывают интенсивность фона в фоновых

фотопиках в импульсах в секунду:

J = ------,

ф SUM t

где:

S - площадь фотопика (см. п. 5.4), имп.;

t - время замера, с.

5.4. Калибровка спектрометра.

Для калибровки снимают гамма-спектры не менее чем с пяти образцовых источников, выводя информацию по фотопикам на цифропечать.

По снятым гамма-спектрам производят следующие расчеты (график не приводится):

- определяют суммарную площадь фотопика S = S + S в импульсах,

SUM 1 2

суммируя количество импульсов в каналах с N по N ;

i i+n<...>

- определяют площадь S в импульсах:

Y + Y

i-1 i+n+1

S = ------------- х (n + 1),

где:

Y - количество импульсов в канале N ;

i-1 i-1

Y - количество импульсов в канале N ;

i+n+1 i+n+1

n - количество каналов в фотопике;

- рассчитывают интенсивность J в импульсах в секунду:

эт

S - S

SUM 2

J = --------- - J ,

эт t ф

эт

где t - время замера эталона, с;

эт

- рассчитывают коэффициент (n х K ):

гамма

Q х K

эт гамма

n х K = ------------,

гамма J

эт

где:

Q - активность источника на дату снятия гамма-спектра, Бк;

эт

K - выход гамма-квантов на распад;

гамма

- строят калибровочную кривую - зависимость коэффициентов (n х K )

гамма

от энергии гамма-квантов (график не приводится);

- калибровку гамма-спектрометра производят по необходимости, но не реже одного раза в неделю.

6. Проведение анализа

6.1. Перед снятием гамма-спектра пробу в обязательном порядке подвергают радиометрическим анализам.

6.2. При снятии гамма-спектров с проб, активность которых лежит в

интервале от 60 до 200 Бк, экспозицию проб сразу ставят на максимальную,

т.е. 10 секунд. Затем информацию выводят на цифропечать.

6.3. При снятии гамма-спектров с проб активностью от 200 до 2000 Бк

экспозицию устанавливают на 100 с, выводят на цифропечать те фотопики,

максимум которых при шкале 2 находится на половине шкалы и более, затем

производят добор информации на 3000 и 10000 с в зависимости от наличия

фотопиков и их интенсивности, каждый раз выводя информацию на цифропечать.

6.4. При снятии гамма-спектров с проб активностью от 2000 Бк до 20000

Бк экспозицию устанавливают на 100 с, выводят на цифропечать те фотопики,

максимум которых при шкале 2 находится на половине шкалы и более, затем

производят добор информации за <...>, 3000 с, 10000 с в зависимости от

наличия фотопиков и их интенсивности, каждый раз выводя информацию на

цифропечать.

7. Обработка результатов анализа

7.1. Идентификация фотолиний.

На гамма-спектрах проб определяют:

- энергии фотолиний с помощью градуировочной кривой;

- рассчитывают интенсивность J в импульсах в секунду каждого фотопика

по схеме п. 5.4;

- с помощью калибровочной кривой, построенной в день измерения, приводят интенсивность всех фотолиний к одной эффективности (по отношению к цезию-137):

J х (n х K )

i1 гамма i1

J' = --------------------,

(n х K )

гамма 137

где:

(n х K ) - калибровочный коэффициент, соответствующий энергии

гамма i1

фотолиний;

(n х K ) - калибровочный коэффициент энергии цезия-137;

гамма 137

- по энергии фотолиний и их соотношениям определяют радионуклиды,

которым соответствуют полученные данные;

- в сомнительных случаях пробу оставляют на повторные измерения (J ,

J , J ) с целью определения периода полураспада предполагаемых

i2 i3

радионуклидов;

- с помощью калибровочных кривых, построенных в дни измерений, интенсивности всех фотолиний приводят к чувствительности гамма-спектрометра в день первого измерения и к одной эффективности (по отношению к цезию-137):

J х (n х K )

it гамма it

J = --------------------,

(n х K )

гамма 137

где:

J - интенсивности фотолиний в дни повторных измерений, имп./с;

(n х K ) - калибровочные коэффициенты соответствующих энергий в

гамма it

дни повторных измерений;

(n х K ) - калибровочный коэффициент цезия-137 в день первого

гамма 137

измерения;

- для каждой энергии строят кривую зависимости интенсивности от времени, причем интенсивность откладывают в логарифмическом масштабе, а время - в линейном. Если фотопик какой-либо энергии обусловлен одним радионуклидом, зависимость интенсивности от времени изображена прямой линией (график не приводится).

По формуле:

0,693 х t

- ---------

1/2

J = J х e

it i1

находят T - период полураспада.

1/2

В случае, если фотопик обусловлен несколькими радионуклидами, зависимость интенсивности от времени изобразится кривой линией с прямолинейным участком в конце кривой при достаточных частоте измерений и времени с момента первого измерения (график не приводится).

В этом случае прямолинейный участок кривой экстраполируют до оси

ординат: по прямой J A определяют период полураспада радионуклида

SUM

указанным методом. Из ординат кривой J A вычитают ординаты прямой J A,

SUM 1

строят результирующую кривую BC, снова экстраполируют прямолинейный участок

до оси ординат, по прямой J C определяют период полураспада следующего

радионуклида. Из ординат кривой BC вычитают ординаты прямой, и так далее,

пока разностная кривая не изобразится прямой линией, по которой определяют

период полураспада последнего из радионуклидов, обусловивших суммарный

фотопик. Интенсивности J , J , J в этом случае будут обусловлены

1 2 3

радионуклидами с соответствующими периодами полураспада.

В случаях сложных фотопиков, когда произведена их идентификация,

суммарную интенсивность J раскладывают на составляющие следующим

SUM

образом:

определяют интенсивности радионуклидов J', имеющих фотопики с другой

какой-либо энергией гамма-квантов E и интенсивностью J :

гаммаi i

J х (n х K ) х K

i гамма i гаммаi

J' = ----------------------------,

i (n х K ) х K

гамма гаммаi

где:

(n х K ) - калибровочный коэффициент энергии гамма-квантов

гамма

суммарного фотопика;

K - выход гамма-квантов определяемого радионуклида с энергией

гамма

суммарного фотопика;

(n х K ) - калибровочный коэффициент энергии гамма-квантов

гамма i

E ;

гаммаi

K - выход гамма-квантов с энергией E .

гаммаi гаммаi

7.2. Расчет активности:

- после того, как идентифицированы все фотопики и рассчитаны их интенсивности по схеме п. 5.4, производят расчет содержания радионуклидов в пробе - q в Бк/л или Бк/кг:

J х (n х K )

гамма i

q = -----------------,

K х эта х V

гамма

где:

V - объем пробы, л или кг;

эта - поправка на ослабление гамма-излучения в зависимости от объема пробы и энергии гамма-квантов;

- поправки определяют экспериментально для каждого конкретного детектора (см. Методика аналитического контроля. Определение поправок на ослабление гамма-излучения).

7.3. Расчет погрешностей.

Рассчитывают относительные доверительные погрешности определений

интенсивности фотопиков радионуклида (дельта и дельта ) и эталона,

прv этv

обусловленные статистическим характером радиоактивного распада по формуле:

___________________________

/ ______________

/ S /S S

/2 SUM / 1 2

/U ---- - \/ -- х (-- + J )

/ v t t t ф

дельта = +/- \/ -- х ------------------------- х 100%,

прv, этv t S S

SUM 2 2

(---- - (-- + J ))

t t ф

где:

U = 3,96 при доверительной вероятности = 99%;

t - время измерения пробы, эталона, с;

S , S , J - обозначения по п. 5.

SUM 2 ф

Рассчитывают относительную доверительную погрешность определения активности радионуклида:

_____________________________

/ 2

дельта = +/- \/дельта + дельта + сигма ,

vq vэт прv

где сигма - относительная погрешность определения активности источника гамма-излучения образцового III разряда (паспортные данные).

7.4. Результат анализа выдают в целом числе первого порядка, округляя до первого знака после запятой, умноженного на 10 в степени, показатель которой может быть как положительным, так и отрицательным числом.

Например: 9631 Бк = 9,6 х 10 Бк;

-1

0,3754 Бк = 3,7 х 10 Бк.

7.5. Погрешность определения округляют до целого числа процентов.

7.6. Все данные анализа выписывают в сопроводительный лист проб после проверки расчетов бригадиром и за его подписью.

7.7. Результат анализа выдают на седьмые сутки после принятия пробы.

8. Требования техники безопасности

8.1. Определение содержания радионуклидов производит лаборант-радиометрист VI разряда, сдавший экзамен по технике безопасности, прошедший инструктаж по технике радиационной безопасности для профессии лаборанта-радиометриста и технике противопожарной безопасности.

8.2. Все работы проводят в соответствии с требованиями:

- инструкции по технике безопасности для радиометрического отделения;

- инструкции по технике безопасности для лаборанта-радиометриста;

- норм радиационной безопасности и основных санитарных правил.

9. Список использованной литературы

1. Сборник радиохимических и радиометрических методик под ред. Н.Г. Гусева, У.Л. Маргулиса, А.Н. Марея, Н.В. Тарасенко, Ю.М. Ютуккенберга. М., Медгиз, 1959.

2. Методические рекомендации по санитарному контролю за содержанием радиоактивных веществ в объектах окружающей среды под общей ред. А.Н. Марея и А.С. Зыковой. М., Минздрав, 1980.

3. Коробков В.Н., Лукьянов В.В. Методы приготовления препаратов и обработка результатов измерений радиоактивности. М., Атомиздат, 1973.

4. Справочник по ядерной физике под ред. Л.А. Арцимовича. М., Госиздат, 1963.

5. Гусев Н.Г., Дмитриев П.П. Радиоактивные цепочки. М., Атомиздат, 1978.

6. Джелепов П.С., Пеккер Л.К., Сергеев В.С. Схемы распада радиоактивных ядер. М., Академия наук, 1966.

7. Гусев Н.Г., Машкович В.П., Вербицкий В.В. Радиоактивные изотопы как гамма-излучатели. М., Атомиздат, 19<...>4.

8. Селинов И.П. Изотоп. М., Наука, 1970.

9. Егоров Ю.А. Сцинтилляционный метод спектрометрии гамма-излучений и быстрых нейтронов. М., Атомиздат, 1963.

10. Балдин С.А., Вартанов Н.А. и др. Прикладная спектрометрия с полупроводниковым детектором. М., Атомиздат, 1974.

Приложение

Цех N		Характеристика проб					Необходимые анализы
Исходные данные							Результаты анализов
N п/п	Дата приготовления пробы		Индекс пробы	Объем пробы, л	Навеска пробы, г	N установки и дата замера

Дата сдачи Подпись сдавшего: Дата выдачи

пробы на анализ: Подпись принявшего: результатов анализа:

Подпись бригадира: