5.1.3. Проточные камеры

Для непрерывного контроля за содержанием газообразных продуктов в воздухе рабочих помещений и вентиляционных выбросах широко используют проточные камеры. При таком способе контроля накопление радионуклидов на внутренних поверхностях камеры и на аэрозольном фильтре может существенно повлиять на получаемые результаты. Исключение этого фактора достигается конструктивно при помощи защитных экранов, ослабляющих γ-излучение фильтров, и (или) систематической оценкой аэрозольного фона с последующей заменой фильтров и дезактивацией внутренних поверхностей проточной камеры.

В проточные ионизационные камеры контролируемый воздух подается принудительно с помощью прокачных устройств, и в общем случае ионизационный ток зависит не только от уровня объемной активности также и от скорости прокачки воздуха через камеру.

Действительно, дифференциальное уравнение для активности во внутреннем объеме проточной камеры имеет вид

(5.8),

где ; — активность, поступающая в камеру, и активность, уносимая из нее с потоком воздуха, соответственно; —множитель, учитывающий уменьшение поступающей активности в результате распада за среднее время нахождения воздуха в камере , равное . Решение этого уравнения при начальных условиях = 0, = 0 имеет вид

(5.9).

Учитывая, что практически при любых, даже самых малых скоростях прокачки

,

уравнение (5.3) можно записать в виде

(5.10),

и в установившемся режиме , активность в камере будет пропорциональна объемной активности в контролируемом воздухе и объему камеры, т.е.

(5.11).

Таким образом, скорость прокачки воздуха при фиксированном объеме камеры практически будет оказывать влияние только на время установления активности в камере, т.е. на инерционность метода, что необходимо учитывать при измерении меняющихся во времени объемной активности газа в воздухе.

При определении соотношения между ионизационным током и объемной активностью газа в воздухе для более строгого анализа работы проточной ионизационной камеры, помимо образования ионов за счет активности газа в ней, необходимо учитывать также эффект поступления и уноса ионов с потоком прокачиваемого воздуха.

Действительно, в камере в единицу времени без учета естественного фона, β-излучением будет создаваться n пар ионов, равное , где . С потоком воздуха в камеру дополнительно будет поступать пар ионов, равное ; где — установившаяся концентрация свободных ионов, создаваемая β-излучением (для воздуха при наличии в нем трития = 1,66·10^–6 см³/с); и уноситься с потоком воздуха n₂ пар ионов, равное , где – коэффициент, зависящий от конструкции камеры и режимов работы ее. В этом случае ионизационный ток камеры будет равен

(5.12).

Таким образом, в общем случае ионизационный ток камеры зависит от скорости прокачки воздуха (см. второй и третий член в скобках).

Однако соответствующим выбором принципиальной схемы установки контроля, режимов работы ионизационной камеры эту зависимость можно свести до пренебрежимо малой величины.

Для расчета величины ионизационного тока в камерах внутреннего наполнения необходимо иметь сведения об энергетическом и угловом распределении β-частиц, рассеянных от стенок камеры, плотности ионизации в поле точечного источника β-излучения.

Были рассчитаны значения ионизационной эффективности и минимальной чувствительности для камер внутреннего наполнения различной конструкции. Эти данные приведены в табл. 5.5.

На основании представленных в табл. 5.5 материалов можно сделать вывод, что для получения предельной чувствительности измерения объемной активности радиоактивных газов, при помощи камер внутреннего наполнения не обязательно использовать камеры большого объема. Например, минимально измеримая активность при помощи алюминиевой камеры объемом 70 л) и медной сферической ( = 7,2 л) практически одинакова. В данном случае на величину минимально измеримой активности влияет материал стенок камер (медь), использование которого повышает эффект многократного рассеяния β-частиц.

Таблица 5.5

Ионизационная эффективность и минимально измеримая объемная активность радиоактивных газов камерами внутреннего наполнения