К определению активности "горячих" частиц радиографическим методом

Рассмотрена процедура радиографического определения малоактивных «горячих» частиц, включая определение параметров радиографических пятен, построение калибровочных зависимостей и фильтрацию ложных пятен. Установлено, что отклонение зависимости “активность «горячей» частицы - диаметр пятна” от степенн...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2008
1. Verfasser:	Шинкаренко, В.К.
Format:	Artikel
Sprache:	Russisch
Veröffentlicht:	Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України 2008
Schlagworte:	Проблеми Чорнобиля
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7397
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	К определению активности "горячих" частиц радиографическим методом / В.К. Шинкаренко // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. — 2008. — Вип. 9. — С. 130–139. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859716883311230976
author	Шинкаренко, В.К.
author_facet	Шинкаренко, В.К.
citation_txt	К определению активности "горячих" частиц радиографическим методом / В.К. Шинкаренко // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. — 2008. — Вип. 9. — С. 130–139. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
collection	DSpace DC
description	Рассмотрена процедура радиографического определения малоактивных «горячих» частиц, включая определение параметров радиографических пятен, построение калибровочных зависимостей и фильтрацию ложных пятен. Установлено, что отклонение зависимости “активность «горячей» частицы - диаметр пятна” от степенной функции, наблюдаемое в области малых активностей, связано с особенностями формирования радиографического пятна малых размеров и не является достаточным основанием для предположений о дифференциации состава вещества «горячих» частиц в зависимости от их активности. При радиографическом определении активности «горячих» частиц рекомендовано использовать в качестве аппроксимирующей функции полином второй или третей степени от логарифма интегральной оптической плотности пятна. Розглянуто процедуру радіографічного визначення малоактивних «гарячих» частинок, включаючи визначення параметрів радіографічних плям, побудову калібрувальних залежностей та фільтрацію хибних плям. Установлено, що відхилення залежності “активність «гарячої» частинки - діаметр плями” від степеневої функції, яке спостерігається в області малих активностей, пов'язане з особливостями формування радіографічної плями малих розмірів і не є достатньою підставою для припущень про диференціацію складу речовини «гарячих» частинок залежно від їхньої активності. При радіографічному визначенні активності «гарячих» частинок рекомендовано використовувати в якості апроксимуючих функцій поліном другого, або третього степеня від логарифма інтегральної оптичної щільності плями. The procedure of radiographic definition of low-active hot particles, including definition of parameters of radiographic spots, build-up of calibrating dependences and filtration of false spots is discussed. It was determined that the deviation of a dependence of a hot particle activity from a power function, which is observed in the small activity interval, is concerned to features of small radiographic spot formation. This is not sufficient basis for the assumption about differentiating of substance composition of hot particles depending on their activity. For radiographic definition of hot particles activity it is recommended to use as approximating function in the form of quadratic or cubic polynomial of the logarithm of a spot integrated optical density.
first_indexed	2025-12-01T08:12:45Z
format	Article
fulltext	130 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 9 2008 УДК 778.347: 621.039.58 К ОПРЕДЕЛЕНИЮ АКТИВНОСТИ «ГОРЯЧИХ» ЧАСТИЦ РАДИОГРАФИЧЕСКИМ МЕТОДОМ В. К. Шинкаренко Институт проблем безопасности АЭС НАН Украины, Чернобыль Рассмотрена процедура радиографического определения малоактивных «горячих» частиц, включая определение параметров радиографических пятен, построение калибровочных зависимостей и фильтрацию ложных пятен. Установлено, что отклонение зависимости “активность «горячей» час- тицы - диаметр пятна” от степенной функции, наблюдаемое в области малых активностей, связано с особенностями формирования радиографического пятна малых размеров и не является достаточным основанием для предположений о дифференциации состава вещества «горячих» частиц в зависимо- сти от их активности. При радиографическом определении активности «горячих» частиц рекомендо- вано использовать в качестве аппроксимирующей функции полином второй или третей степени от логарифма интегральной оптической плотности пятна. Интерес к изучению «горячих» частиц∗ малой активности возник в связи с необходи- мостью учета их вклада в ингаляционные дозовые нагрузки. Известно, что относительно крупные частицы c аэродинамическим диаметром > 5÷8 мкм оседают в верхних путях дыхательной системы, откуда эффективно удаляются, частицы же микронных и субмик- ронных размеров способны эффективно задерживаться. На сегодня, спустя 21 год после Чернобыльской аварии, удельная β-активность топлива, рассчитанная согласно данным [1], составляет 2,37·109 Бк/г UO2. Соответственно, β-активность топливной частицы диаметром 1 мкм, составляет 0,013 Бк, топливная частица с аэродинамическим диаметром 1мкм имеет активность порядка 0,0004 Бк. Данная статья посвящена анализу ряда проблем, возникаю- щих при радиографическом изучении частиц столь малых активностей. Радиографические методы широко используются для визуализации «горячих» частиц и определения их активности, именно благодаря радиографии эти частицы и были впервые обнаружены [2]. В основе метода лежит образование пятен на фотоэмульсии под действием радиоактивного излучения изучаемых частиц. Сравнение параметров образовавшихся пятен и пятен от частиц известной активности, полученных в аналогичных условиях экспозиции и проявления, дает возможность оценить активность исследуемых частиц. При этом неявно предполагается, что размеры пятна преимущественно определяются активностью частицы и слабо зависят от других ее параметров, в частности от изотопного состава. Предполагается, также, что группа частиц с известной активностью, отобранная для калибровки, является представительной для данного набора частиц. Косвенным подтверждением соответствия отобранных «горячих» частиц предположению об однородности их состава служит факт расположения их пятен на общей калибровочной кривой. Общепринятым (см. ссылки в мо- нографии [3] и работу [4]) в качестве такой кривой является использование степенной функ- ции ⋅= αA βd , (1) где А – активность частицы; d – диаметр пятна; α и β - эмпирические коэффициенты. Однако при определении β-активностей «горячих» частиц микронных размеров по параметрам их пятен возникает ряд дополнительных проблем, рассматриваемых ниже. Целью данной работы является исследование применимости метода авторадиографии для изучения ∗ «Горячая» частица - это стабильное образование с удельной активностью значительно (несколько порядков) превышающей фоновый уровень. Размерность аэродинамического диаметра традиционно дается в микрометрах, правильное значение - мкм·г0,5·см -1,5, поскольку dАД = ρd , где d - диаметр частицы, а ρ - ее плотность. К ОПРЕДЕЛЕНИЮ АКТИВНОСТИ «ГОРЯЧИХ» ЧАСТИЦ ________________________________________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 9 2008 131 «горячих» частиц с малой активностью и поиск приемов для расширения возможностей данного метода. Проблемы калибровки Как было показано [5, 6], в области малых активностей существуют отклонения от зависимости (1), вследствие чего ее экстраполяция в эту область представляется некоррект- ной. Для построения калибровочной кривой в этой области нужны «горячие» частицы с из- вестной активностью. Но измерение активности отдельной частицы на уровне 0,01 ÷ 0,001 Бк сопряжено с большими погрешностями (большие времена измерения из-за случайного ха- рактера распада, необходимость вычитания фона измерительного прибора, сравнимого с величиной активности частицы) [7]. Существенную неопределенность вносит также излу- чение подложки, на которой находится частица, поскольку «чисто» выделить частицу микронных размеров практически невозможно, остается только минимизировать это влияние. Проблемы измерения малых пятен Пятна малых размеров не имеют четкой границы, при их измерении обычно [2, 6] задают уровень потемнения, на котором и определяют диаметр пятна. Понятно, что чем ниже выбранный уровень, тем меньшей активности частицу удается обнаружить. Однако при этом растут случайные отклонения измеренных диаметров, связанные с флуктуациями фона, например вуали фотослоя. Желательно иметь измеримый параметр пятна, который был бы менее чувствителен к таким колебаниям. Проблема фильтрации ложных срабатываний Авторадиограмма, кроме полезной информации, содержит также и шум - царапины, пылинки, вуаль, маркировки и т.п., которые могут быть восприняты в качестве ложных радиографических пятен. Так, уже сам фотографический слой имеет некоторую, допустимую по техническим условиям, плотность дефектов; во время работы с фотослоем их число воз- растает. Необходимо выделить характерные особенности, присущие авторадиографическим пятнам, и с их помощью разработать алгоритм фильтрации. Приборы и материалы Радиографические исследования воздушных фильтров, экспонированных в помеще- ниях объекта «Укрытие» [8], проводили с использованием высокочувствительной медицин- ской рентгеновской пленки фирмы Agfa. Усиливающие экраны не применялись. Были ис- пользованы стандартные рецепты проявляющего (Рентген-2) и фиксирующего растворов. Цифровые денситограммы авторадиографических пятен получали путем сканирования рент- геновской пленки в режиме пропускания или отражения, для этого использовали сканер Epson Perfection 1670, разрешение 600 точек на дюйм. Определение параметров пятен при заданном уровне почернения проводили с помо- щью пакета обработки изображений Image-Pro Plus 5.0. Из воздушных фильтров после радиографии были вырублены кружочки, содержащие «горячие» частицы. После повторной радиографии были отобраны 11 высечек, содержащих только одну частицу и имеющих низкий уровень фоновой засветки. Бета-активности ото- бранных частиц, определенные с помощью низкофонового пропорционального счетчика LB- 720 (Bekman), составили ряд: 0.1, 0.4, 0.56, 0.84, 1.3, 2.56, 8.0, 11.0, 21.4, 30.0 и 174 Бк. Из них и была сформирована линейка частиц известной активности. Радиограммы этого набора частиц с различными временами экспозиции (5, 11, 20, 40 мин, 1.33, 2.67, 5.42, 18,5 ч, 1, 2, 4, 9, 16 сут) были получены путем смещения линейки на новое место того же листа фотопленки после каждой экспозиции, что позволило миними- зировать отклонения, связанные с нестабильностью режима проявления. В. К. ШИНКАРЕНКО ________________________________________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 9 2008 132 В среде пакета Photoshop были смонтированы последовательности изображений од- ной и той же частицы, полученные с разными временами экспозиции. Это дало возможность исследовать диаметр пятна как функцию времени экспозиции для одной выбранной частицы. Математическая обработка данных была выполнена в среде пакета Statistica-5.5. Полученные результаты и их обсуждение Известно, что степень потемнения элемента объема фотографического слоя определя- ется поглощенной дозой фотоактиничного излучения. Изучение радиографических пятен в зависимости от числа распадов внутри активной частицы во время экспозиции дает возмож- ность использовать линейку «горячих» частиц для получения калибровочного набора радио- графических пятен малоактивных частиц с помощью простого уменьшения времени экспо- зиции. Этот прием способствует снижению погрешностей измерения, поскольку точность измерения отрезков времени существенно выше точности измерения активностей отдельных частиц. Разумеется, для корректного использования такого приема необходимо подтвержде- ние того, что частицы состоят из однородного по своим свойствам материала и их отличия в активности связаны лишь с отличиями в количестве радиоактивного вещества. (Как было отмечено выше, это условие подразумевается при исследовании любой авторадиограммы ан- самбля частиц.) На рис. 1 приведено изображение авторадиограммы линейки частиц (а) (экспозиция 2 сут) и ряд последовательных радиограмм для одной частицы с активностью 30 Бк (б). В качестве существенного аргумента против использования варьирования времени экспозиции для частиц чернобыльского происхождения может быть приведено отклонение калибровочной кривой от степенной зависимости (1) в области малоактивных частиц, обна- руженное авторами работы [5] и трактовавшееся ими в пользу отличий изотопного состава частиц разной активности. Аналогичное отклонение было отмечено также в работе [6]. Рассматривая зависимости диаметра пятна от числа распадов (рис. 2) для линейки частиц (экспозиция 2 сут) и для одной частицы с активностью 30 Бк (экспозиция от 5 мин до 16 сут) видим, что все точки находятся вблизи линии, имеющей характерный излом в области малых экспозиционных доз. Следовательно, отклонение калибровочной кривой в области малых доз обусловлено не природой малоактивных «горячих» частиц, а особенно- стями формирования радиографического пятна малых размеров. Рис. 1. Авторадиограмма линейки частиц, экспонированной на протяжении 2 сут (а) и ряд авторадиограмм одной частицы (30 Бк) при вариации времен экспозиции (б). а 174 30 21.4 11 8 2.6 1.3 0.84 0.56 0.4 0.1 Бк 16 9 4 2 1 18.5 5.42 2.67 1.33 40 20 11 5 сут ч мин б К ОПРЕДЕЛЕНИЮ АКТИВНОСТИ «ГОРЯЧИХ» ЧАСТИЦ ________________________________________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 9 2008 133 Эмпирическая зависимость вида (1) в свое время была предложена для аппрок- симации наборов высокоактивных «горячих» частиц бомбового происхождения. По- видимому, предпосылкой для выбора этой функции была зависимость диаметра пятна от дозы в отсутствии поглощения d = k At , откуда At = k1d 2. В результате анализа совместного воздействия на фотослой β- и γ-излучения в работе [2] предложено более сложное выражение, из двух слагаемых, отдельно для β-частиц и γ-квантов. При расширении диапазона активностей частиц следует ожидать отклонений от степенной функции (1), особенно в области малых активностей. Так, согласно (1) нулевой дозе соответствует нулевой диаметр пятна, тогда как в действительности нужна некоторая пороговая доза для создания почернения заданного уровня. Монотонный ход калибровочной кривой может нарушаться при переходе от модели «тонкой» фотоэмульсии (r >> h, r – радиус пятна, h – толщина эмульсии) к «толстой», когда r имеет значение порядка h или ниже. Отклонений следует ожидать также при образовании больших пятен, радиусы которых превышают длину пробега β-частиц в материале фотоэмульсии. Дальнейшее увеличение размеров пятна будет определяться только вкладом тормозного и γ-излучения «горячих» частиц. Еще один излом калибровочной кривой возможен в зоне выхода центра пятна на насыщение. В ходе обработки радиограмм на уровне потемнения 25 (максимальное потемнение соответствует уровню 255, полная прозрачность – нулю) было обнаружено 106 авторадио- графических пятен при сканировании в режиме пропускания и 90 – в режиме отражения. С целью уточнения вида аппроксимирующей функции и выбора наиболее информативных па- раметров были определены минимальные, максимальные и средние диаметры зарегистриро- ванных пятен, их площадь, минимальные, максимальные, средние и интегральные оптиче- ские плотности. Из этого набора были отобраны два параметра: средний диаметр пятна (dср) и его интегральная оптическая плотность (I). Последний параметр интересен тем, что на ма- лых уровнях потемнения он слабее зависит от выбранной величины уровня регистрации, чем диаметр (рис. 3), что способствует снижению чувствительности к случайным флуктуациям фона. При наличии достаточно большого количества экспериментальных точек зависимость числа распадов внутри частицы от интегральной оптической плотности пятна* (рис. 4, а) или от его среднего диаметра (рис. 4, б) в билогарифмических координатах выглядит уже не ломаной, а плавной изогнутой линией. В обоих случаях наблюдается явное отклонение экспериментальных точек от прямо пропорциональной зависимости. Следовательно, лома- * Понятно, что на самом деле параметры пятна являются функцией числа распадов, однако для определения активности частицы по ее пятну, нужна именно обратная зависимость. Использование обратной функции удобно также для сравнения суммарных квадратичных отклонений при подгонке аппроксимирующих функций с разными аргументами. 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 ,E + 0 3 1 ,E + 0 4 1 ,E + 0 5 1 ,E + 0 6 1 ,E + 0 7 1 ,E +0 8 Лин ей ка ч а с ти ц Ч асти ц а 3 0 Б к Число распадов Рис.2. Зависимости диаметра радиографиче- ского пятна от числа распадов в «горячей» частице за время экспозиции. - линейка частиц, 174 ÷ 0,1 Бк, экспозиция 2 сут; - частица 30 Бк, экспозиция 5мин ÷ 16 сут (1 пиксель ≈ 0,0423мм). Д иа м ет р пя тн а, п ик се ли 102 103 104 105 106 107 108 103 101 1 В. К. ШИНКАРЕНКО ________________________________________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 9 2008 134 ную линию на рис. 2 можно рассматривать в качестве кусочно-линейного приближения к точкам плавной кривой, ее необходимо заменить другой, более гладкой функцией. В качестве аппроксимирующих функций были испытаны полиномы до 5-й степени вклю- чительно. В табл. 1 приведены зависимости средних дисперсий 2σ экспериментальных точек от степени аппроксимирующего полинома. Значение 2σ находили согласно выражению , (2) где Sq - суммарное квадратичное отклонение; N – число аппроксимируемых точек; k – число степеней свободы, k = n + 1, где n – степень полинома. Видим, что для функции от инте- гральной оптической плотности пятна минимуму дисперсии соответствует кубический по- лином и полином 4-й степени, если аргументом является диаметр. С учетом малых отличий дисперсий при n = 3 и n = 4 для диаметров в качестве аппроксимирующей функции также был выбран кубический полином. Отметим, что с уменьшением объема выборки (N) минимум дисперсии смещается в сторону полиномов меньшей степени. Использование квадратичного полинома от интегральной оптической плотности, для наших данных, предпочтительно при N < 16 и при N < 8, если аргумент - диаметр. Тестированию на качество аппроксимации были подвергнуты пять функций, перечис- ленных в табл. 2. Значение константы с, соответствующее точке излома функции № 3, под- бирали так, чтобы исключить разрыв в данной точке. Выполнить это условие для при- ( )1 2 −−⋅ = kNN Sqσ 0 20 40 60 80 100 120 0 50 100 150 200 250 Учетный уровень почернения О тн ос ит ел ьн ая в ел ич ин а, % Рис. 3. Зависимость относительных значений диаметра и интегральной оптической плот- ности от величины учетного уровня почернения для одного и того же радиографического пятна (30 Бк, 16 сут). ▲ - диаметр; О - интегральная оптическая плотность. 500 0 20 40 60 80 100 100 150 200 250 LNDMEA LN Z R 6 8 10 12 14 16 18 20 22 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 LNDENSUM LN Z R 6 8 10 12 14 16 18 20 22 6 8 10 12 14 Натуральный логарифм интегральной оптической плотности пятна Натуральный логарифм среднего диаметра пятна (в пикселях) Н ат ур ал ьн ы й ло га ри ф м чи сл а ра сп ад ов Рис. 4. Зависимость числа распадов внутри частицы от интегральной оптической плотности пятна (а) и от среднего диаметра пятна (б). Аппроксимирующие кривые – кубические полиномы, функции № 5 и № 4 из табл. 2 соответственно. 6 10 12 14 8 10 12 20 15 1 2 3 5 4 К ОПРЕДЕЛЕНИЮ АКТИВНОСТИ «ГОРЯЧИХ» ЧАСТИЦ ________________________________________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 9 2008 135 ближения двумя экспонентами (функция № 2) не удалось, разрыв наблюдается во всем ин- тервале значений, в качестве константы c было выбрано значение, соответствующее излому функции в логарифмических координатах (функция № 3). Из представленных в табл. 2 результатов видно, что лучшей аппроксимирующей функцией является кубический полином в координатах логарифм числа распадов – логарифм суммарной оптической плотности (функция № 5). Эта функция дает минимальные значения суммарного квадратичного отклонения и дисперсии. Видно также, что режим сканирования на отражение существенно уступает сканированию на пропускание. Таблица 1. Зависимость средней дисперсии экспериментальных точек от степени аппроксимирующего полинома Степень полинома Аргументы аппроксимирующего полинома логарифм диаметра пятна логарифм интегральной оптической плотности пятна 1 0,0776 0,0973 2 0,0397 0,0241 3 0,0355 0,0232 4 0,0352 0,0233 5 0,0354 0,0234 Таблица 2. Аппроксимирующие функции и значения полученных параметров № Название Функция Значения параметров 1 (N = 106) степенная At = a·dср b a = 5,461; b = 3,141; Sq= 3,46·1014; σ2 = 3,17·1010 R = 0,9978 2 (N = 106) две степенные At = a1dср b1 если (dср ≥ с) At = a2dср b2 если (dср < с) a1 = 5,397; b1 = 3,143; a2 = 881; b2 = 1,954; c = 44,7; Sq = 3,40·1014; σ2 = 3,21·1010 R = 0,9979 3 (N = 106) две прямые в би- логарифмических координатах Ln(At) = a1x + b1 если (х ≥ с) Ln(At) = a2x + b2 если (х < с), где х = Ln(dср) a1 = 2,676; b1 = 3,993; a2 = 1,975; b2 = 6,669; c = 3,8; Sq = 3,986; σ2 = 3,76·10-4; R = 0,9963 4 (N = 106) кубический поли- ном в билогариф- мических коорди- натах Ln(At) = a1x 3 + a2x 2 + a3x + a4 , где х = Ln(dср) a1 = 0,0393; a2 = -0,232; а3 = 2,300; а4 = 6,70, Sq = 3,670; σ2 = 3,43·10-4; R = 0,9966 4r (N = 90) a1 = 0,0677; a2 = 0,546; а3 = 3,189; а4 = 5,131, Sq = 12,844; σ2 = 1,68·10-3; R = 0,9870 5 (N = 106) Ln(At) = a1x 3 + a2x 2 + a3x + a4 , где х = Ln(І) a1 = 0,00167; a2 = -0,0104; а3 = 0,637; а4 = 5,591, Sq =2,396; σ2 =2,24·10-4; R = 0,9978 5r (N = 90) a1 = 0,0059; a2 = -0,1494; а3 = 2,0515; а4 = 0,4016; Sq =8,3996; σ2 = 1,10·10-3; R = 0,9915 П р и м е ч а н и е. Sq - суммарное квадратичное отклонение, 2σ - средняя дисперсия, R – коэффициент детерминации, N – число точек. Индекс r возле номера функции соответствует данным сканирования в режиме на отражение, без индекса – пропускания. В. К. ШИНКАРЕНКО ________________________________________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 9 2008 136 Используя найденные коэффициенты аппроксимирующих функций и величины диа- метров или интегральных оптических плотностей пятен, согласно каждой из функций были вычислены соответствующие количества распадов. Зависимости средних абсолютных отно- сительных отклонений от числа распадов представлены на рис. 5. Сопоставление вычис- ленных и измеренных значений для каждой из частиц также свидетельствует в пользу использования функции № 5. В качестве примера в табл. 3 проведено сравнение измеренных и вычисленных значений для частицы с активностью 30 Бк. Таблица 3. Сравнение значений активности, вычисленных согласно функциям 1 - 5 (см. табл. 2) для частицы с активностью 30 Бк (13 зарегистрированных пятен) Номер функции Средняя вычисленная активность, Бк Доверительный интервал для среднего (р = 0.95), Бк Стандартное отклонение, Бк -95 % +95 % 1 13,14 6,13 20,15 11,60 2 27,58 23,64 31,52 6,52 3 29,27 27,53 31,00 2,87 4 29,10 27,25 30,94 3,06 5 29,85 28,60 31,10 2,07 Проблема минимально-обнаружимых активностей Использование широкого диапазона времен экспозиции для линейки частиц позволяет оценить минимально-обнаружимые активности «горячих» частиц в условиях эксперимента (тип фотопленки, режим проявления, методы регистрации и обработки). При этом следует разграничивать два разных случая: 1) минимально-обнаружимое число распадов – число распадов в течение времени экспозиции, приводящее к образованию минимального фиксируемого пятна в данном месте пленки (мы знаем, где должно находится пятно, и пытаемся его обнаружить; 2) минимальное надежно фиксируемое число распадов - число распадов в течение времени экспозиции, приводящее к образованию надежно фиксируемого пятна (с заданной вероятностью отличающегося от флуктуаций фона). Во втором случае, а именно он наиболее интересен, увеличение чувствительности (снижения порога обнаружения) зависит не только от основных свойств фотопленки, но и от уровня посторонних шумов - решающее значение приобретает чистота растворов, отсутствие пыли в помещении, где происходит высушивание пленки, бережное хранение и т.п. В табл. 4 представлены минимальные активности, обнаруженные на трех фиксирован- ных учетных уровнях. Здесь же указаны активности «горячих» частиц, пятна от которых 0 5 10 15 20 25 30 35 40 1000 10000 100000 1000000 10000000 100000000 Количество распадов С р е д н е е о т н о с и т е л ь н о е о т к л о н е н и е , % 1 2 3 4 5 Рис. 5. Зависимость средних абсолютных относи- тельных отклонений числа измеренных и вычислен- ных распадов от диапазона числа распадов для раз- личных аппроксимирующих функций. Числа возле кривых соответствуют номеру функ- ции из табл. 2, вертикальные линии - точкам излома функций № 2 (а, б) и № 3 (б). Количество распадов С ре дн ее а бс ол ю тн ое от но си те ль но е от кл он ен ие % 103 103 104 105 105 106 107 108 а б 1 10 20 30 40 0 2 3 4 5 К ОПРЕДЕЛЕНИЮ АКТИВНОСТИ «ГОРЯЧИХ» ЧАСТИЦ ________________________________________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 9 2008 137 присутствуют на авторадиограмме, но не регистрируются на данном учетном уровне. Видим, что на малых уровнях регистрации порог обнаружения резко снижается. Ориентировочно в качестве минимального числа распадов, обнаруживаемых для то- чечного источника на данном уровне регистрации (125, 50, 25), можно принять 100000, 15000 и 6000 распадов соответственно, что соответствует минимальным регистрируемым уровням 0,08, 0,012 и 0,005 Бк при 2-недельной экспозиции. Таблица 4. Зависимость минимально обнаруживаемой активности от уровня регистрации Уровень регистрации Активность, Бк Время экспозиции, с Число распадов минимальное обнаруженное максимальное не обнаруженное 125 30 4800 144000 72000 125 21,4 4800 102720 51360 125 8 19500 156000 76800 50 0,02* 777600 15552 8900 50 0,017* 777600 13220 6912 50 21,4 660 14124 6420 25 0,017* 345600 5875 2940 25 21,4 300 6420 "-" 25 8 660 5280 2400 *Частички-сателлиты основных частиц линейки. Программная фильтрация ложных срабатываний Любая авторадиограмма, кроме полезной информации, содержит также и шум - цара- пины, пылинки, вуаль, маркировки и т.п., которые могут быть восприняты в качестве лож- ных радиографических пятен. Так, уже сам фотослой имеет некоторую, допустимую по тех- ническим условиям, плотность дефектов, во время работы с фотослоем их число возрастает. Выделим характерные особенности, присущие авторадиографическим пятнам: контур пятна на заданном уровне близок к окружности, пятно имеет диффузный край и достаточную сум- марную интенсивность, а также достаточно большие размеры (порядка размеров мини- мально зарегистрированных пятен или больше). Рассмотрим распределение величин средней оптической плотности пятен (Іср) от их площади (S) в билогарифмических координатах (рис. 6). Как видим, рабочую область (скопление точек) ограничивают три зоны: 0 1 2 3 4 5 0 2 4 6 8 10 12 (I) (II) Логарифм площади пятна L n( I с р – І у ч. ур .) Рис. 6. Распределение экспериментально наблюдаемых пятен в координатах “логарифм превышения средней плотности над учетным уровнем – логарифм площади пятна”. (III-a) (III) 0 2 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 5 В. К. ШИНКАРЕНКО ________________________________________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 9 2008 138 I. Зона мелких нерегистрируемых пятен. II. Зона чрезмерно темных пятен со слабо выраженным диффузным краем. III. Зона пятен низкой интенсивности со слабо выраженной центральной частью. Линии, отделяющие рабочую область от зон (II) и (III) соответствуют уравнениям: Ln(Iср – Iуч.ур.) = 0.08·Ln(S) + 3.55 и Ln(Iср – Iуч.ур.) = 0.305·Ln(S) + 0,85. Отбраковка зон (І) и (III-а) происходят на этапе обработки изображений в пакете ImagePro-5, для этого достаточно установить ограничения S ≥ 4 и Іср. ≥ 29. Дополнительным критерием отбора является соотношение радиусов пятна [ ]21÷∈ мин макс R R , где Rмакс и Rмин – максимальный и минимальный радиусы пятна, соответствующие радиусам описанной и вписанной окружности. Отсев пятен в зоне (II) и оставшейся части зоны (III) можно провести с помощью пакета Excel. Пятна, попавшие в верхнюю часть зоны (III), просматриваем визуально с помощью пакета Image-Pro Plus 5.0, часть их, образовавшуюся за счет слияния мелких пятен, отдельно разлагаем на составляющие, другую часть, представляющую собой широкие диффузные пятна без выраженных центров – отбрасываем. (Понятно, что приве- денные выше числовые значения зависят от условий получения авторадиограммы и уровня регистрации.) Выводы 1. В области малых экспозиционных доз наблюдается отклонение зависимости “диаметр радиографического пятна «горячей» частицы - экспозиционная доза” от степенной функции, связанное с особенностями формирования радиографического пятна малых раз- меров. 2. Наличие такого отклонения не является достаточным основанием для предпо- ложений о дифференциации физических свойств «горячих» частиц в зависимости от их активности. 3. При выборе аппроксимирующей функции для логарифма числа распадов следует отдать предпочтение полиномам второй – третьей степени от логарифма интегральной опти- ческой плотности пятна или, что несколько хуже, от логарифма его диаметра. 4. Для повышения точности определения малоактивных частиц предлагается дополни- тельно экспонировать линейку частиц на свободном участке фотопленки, выбирая время экспозиции порядка 5 - 10% от общего времени экспозиции фильтра. 5. Сканирование авторадиограмм в режиме на пропускание и последующее определе- ние параметров пятен с помощью программ обработки изображений позволяют автоматизи- ровать процесс измерений и повысить точность определения параметров пятен. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Богатов С.А., Боровой А.А., Дубасов Ю.В., Ломоносов В.В. Форма и характеристики частиц топ- ливного выброса при аварии на Чернобыльской АЭС // Атомная энергия. - 1990. - Т. 69, вып. 1. - С. 36 - 40. 2. Лавренчик В.Н. Глобальное выпадение продуктов ядерных взрывов. - М.: Атомиздат, 1965. - 170 с. 3. Быховский А.В., Зараев О.М. Горячие аэрозольные частицы при техническом использовании атомной энергии. - М.: Атомиздат, 1974. – 119 с. 4. Yoschenko V.I., Kashparov V.A., Protsak V.P., Tschiersch J. Autoradiographical methods for the assessment of radionuclides in hot particles on filter samples // Applied Radiation and Isotopes. - 2003. - Vol. 58, Iss. 1. - P. 95 - 102. 5. Демчук В.В., Мартынюк А.В. Создание калибровочных кривых для интерпретации радиографиче- ских измерений "горячих" частиц из выбросов объекта «Укрытие»: (Отчет о НИР по договору Р 1.2001). - К., 2001. – 13 с. К ОПРЕДЕЛЕНИЮ АКТИВНОСТИ «ГОРЯЧИХ» ЧАСТИЦ ________________________________________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 9 2008 139 6. Гаргер Е.К., Горковенко Б.Л., Шинкаренко В.К. Об измерении β-активности большого количества "горячих" аэрозольных частиц с помощью авторадиографии // Проблеми безпеки атомних елект- ростанцій і Чорнобиля. – 2005. - Вип. 2. - С. 33 - 40. 7. Емельянов В.В. К оценке чувствительности при определении низких уровней содержания радионуклидов в объектах окружающей среды // Радиохимия. – 1998. - Т. 40, вып. 2. - С. 177 - 182. 8. Гаргер Е.К, Кашпур В.А., Ключников А.А. и др. К оценке дозовых нагрузок за счет радиоактивного аэрозоля внутри и близ неплотностей объекта «Укрытие» // Проблеми безпеки атомних електро- станцій і Чорнобиля. – 2006. - Вип. 5. - С. 99 - 108. Поступила в редакцию 28.01.08 15 ДО ВИЗНАЧЕННЯ АКТИВНОСТІ “ГАРЯЧИХ” ЧАСТИНОК РАДІОГРАФІЧНИМ МЕТОДОМ В. К. Шинкаренко Розглянуто процедуру радіографічного визначення малоактивних «гарячих» частинок, вклю- чаючи визначення параметрів радіографічних плям, побудову калібрувальних залежностей та фільтрацію хибних плям. Установлено, що відхилення залежності “активність «гарячої» частинки - діаметр плями” від степеневої функції, яке спостерігається в області малих активностей, пов'язане з особливостями формування радіографічної плями малих розмірів і не є достатньою підставою для припущень про диференціацію складу речовини «гарячих» частинок залежно від їхньої активності. При радіографічному визначенні активності «гарячих» частинок рекомендовано використовувати в якості апроксимуючих функцій поліном другого, або третього степеня від логарифма інтегральної оптичної щільності плями. 15 TO DEFINITION OF ACTIVITY OF HOT PARTICLES BY A RADIOGRAPHIC METHOD V. K. Shynkarenko The procedure of radiographic definition of low-active hot particles, including definition of parameters of radiographic spots, build-up of calibrating dependences and filtration of false spots is discussed. It was determined that the deviation of a dependence of a hot particle activity from a power function, which is observed in the small activity interval, is concerned to features of small radiographic spot formation. This is not sufficient basis for the assumption about differentiating of substance composition of hot particles depending on their activity. For radiographic definition of hot particles activity it is recommended to use as approximating function in the form of quadratic or cubic polynomial of the logarithm of a spot integrated optical density.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-7397
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1813-3584
language	Russian
last_indexed	2025-12-01T08:12:45Z
publishDate	2008
publisher	Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України
record_format	dspace
spelling	Шинкаренко, В.К. 2010-03-30T08:08:01Z 2010-03-30T08:08:01Z 2008 К определению активности "горячих" частиц радиографическим методом / В.К. Шинкаренко // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. — 2008. — Вип. 9. — С. 130–139. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1813-3584 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7397 778.347: 621.039.58 Рассмотрена процедура радиографического определения малоактивных «горячих» частиц, включая определение параметров радиографических пятен, построение калибровочных зависимостей и фильтрацию ложных пятен. Установлено, что отклонение зависимости “активность «горячей» частицы - диаметр пятна” от степенной функции, наблюдаемое в области малых активностей, связано с особенностями формирования радиографического пятна малых размеров и не является достаточным основанием для предположений о дифференциации состава вещества «горячих» частиц в зависимости от их активности. При радиографическом определении активности «горячих» частиц рекомендовано использовать в качестве аппроксимирующей функции полином второй или третей степени от логарифма интегральной оптической плотности пятна. Розглянуто процедуру радіографічного визначення малоактивних «гарячих» частинок, включаючи визначення параметрів радіографічних плям, побудову калібрувальних залежностей та фільтрацію хибних плям. Установлено, що відхилення залежності “активність «гарячої» частинки - діаметр плями” від степеневої функції, яке спостерігається в області малих активностей, пов'язане з особливостями формування радіографічної плями малих розмірів і не є достатньою підставою для припущень про диференціацію складу речовини «гарячих» частинок залежно від їхньої активності. При радіографічному визначенні активності «гарячих» частинок рекомендовано використовувати в якості апроксимуючих функцій поліном другого, або третього степеня від логарифма інтегральної оптичної щільності плями. The procedure of radiographic definition of low-active hot particles, including definition of parameters of radiographic spots, build-up of calibrating dependences and filtration of false spots is discussed. It was determined that the deviation of a dependence of a hot particle activity from a power function, which is observed in the small activity interval, is concerned to features of small radiographic spot formation. This is not sufficient basis for the assumption about differentiating of substance composition of hot particles depending on their activity. For radiographic definition of hot particles activity it is recommended to use as approximating function in the form of quadratic or cubic polynomial of the logarithm of a spot integrated optical density. ru Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України Проблеми Чорнобиля К определению активности "горячих" частиц радиографическим методом До визначення активності “гарячих” частинок радіографічним методом To definition of activity of hot particles by a radiographic method Article published earlier
spellingShingle	К определению активности "горячих" частиц радиографическим методом Шинкаренко, В.К. Проблеми Чорнобиля
title	К определению активности "горячих" частиц радиографическим методом
title_alt	До визначення активності “гарячих” частинок радіографічним методом To definition of activity of hot particles by a radiographic method
title_full	К определению активности "горячих" частиц радиографическим методом
title_fullStr	К определению активности "горячих" частиц радиографическим методом
title_full_unstemmed	К определению активности "горячих" частиц радиографическим методом
title_short	К определению активности "горячих" частиц радиографическим методом
title_sort	к определению активности "горячих" частиц радиографическим методом
topic	Проблеми Чорнобиля
topic_facet	Проблеми Чорнобиля
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7397
work_keys_str_mv	AT šinkarenkovk kopredeleniûaktivnostigorâčihčasticradiografičeskimmetodom AT šinkarenkovk doviznačennâaktivnostígarâčihčastinokradíografíčnimmetodom AT šinkarenkovk todefinitionofactivityofhotparticlesbyaradiographicmethod

К определению активности "горячих" частиц радиографическим методом

Institution

Ähnliche Einträge