Елохин Автоматизированные системы контроля радиационной обстановки окружаюсчей среды 2012

Второй возможной причиной нелинейности является, повидимому, ограниченность зоны облучения воздуха в условиях эксперимента. Как отмечалось в п. 7.3.2, установление плотности ионов в воздухе зависит от времени как

Если предположить, что перед попаданием воздуха в камеру воздух, двигаясь со скоростью U0, проходит путь S по зоне с мощностью дозы D', начиная движение из зоны с нулевой мощностью дозы, то для плотности ионов на входе в камеру, подставляя в нее

Плотность тока проточной камеры jпр пропорциональна произ-

При малых скоростях воздушного потока плотность тока, как и следовало ожидать, пропорциональна произведению скорости воздушного потока на равновесную плотность, а при больших скоростях выходит на константу, пропорциональную GI D' S. Расчет по этим формулам зависимости плотности тока проточной камеры от скорости качественно согласуется с полученными в измерениях результатами при размерах зоны облучения воздуха порядка 1 – 2 метров.

7.3.6.Результаты расчетов работы датчика

вшироком диапазоне температур

Вп. 7.3.2 качественные оценки равновесной концентрации ионов были получены лишь на основе уравнения кинетики. Для более тщательного анализа температурной зависимости концентраций ионов и ионизационного тока в рассматриваемых нами ионизационных камерах воспользуемся решением задачи, сформулированной для оценки величины напряженности электрического поля и

201

концентрации ионов для плоскопараллельной ионизационной камеры (см. п. 7.1.1) при напряженности внешнего поля E0 и межэлектродным расстоянием L0, помещенной в стационарное поле ионизирующего излучения, характеризующегося мощностью дозы D'.

При выполнении условий |E0| >> D/μqLd, D, Ld – коэффициент диффузии ионов и диффузионная длина соответственно; μq – подвижность ионов, диффузионным током ионов пренебрегают. Кроме

того, если U0 << Vдр = μqE0 = μqV0/L0, где Vдр – дрейфовая скорость ионов, в межэлектродном промежутке течет дрейфовый ионизаци-

онный ток и за время t > τ = L0/μqE0 в межэлектродном промежутке устанавливается стационарное распределение заряда в соответствии с решением системы уравнений (7.1)–(7.6). При этом зависимости концентрации носителей заряда q(x), напряженности электрического поля в межэлектродном промежутке E(x), и ионизационный ток i, как функция мощности дозы и температуры определяются выражениями (7.8), (7.9), (7.12), (7.32), а их распределения как функции межэлектродного расстояния при различных значениях мощности дозы и температуры представлены на рис.7.23–7.34:

Результаты рассчетов эффективного электрического поля в межэлектродном промежутке камеры приведены на рис. 7.23–7.27.

Рис. 7.23. Напряжённость эффективного электрического поля T = 300 К,

D' = 10-2 Зв/ч, E0 = 250 В/см

202

Как видно из рис. 7.23, возникновение пространственного заряда приводит к неравномерности электрического поля, которая усиливается в центре межэлектродного промежутка. Расчеты показывают (рис. 7.24), что при низких мощностях дозы эффективное электрическое поле слабо зависит от температуры.

Рис. 7.24. Эффективное электрическое поле T = 300 ÷ 816 К, D' = 10-2 Зв/ч,

Е0 = 250 В/см

Рис. 7.25. Зависимость напряженности эффективного электрического поля как функции расстояния x межэлектродного промежутка L0 при постоянной мощности дозы и различных температурах: D' = 1 мЗв/c; E0 = 250 В/см;

Т = 300 – 816 К

203

При фиксированной температуре с ростом мощности дозы концентрация носителей заряда увеличивается, что приводит к возмущению внешнего электрического поля, которое наиболее заметно в центре межэлектродного промежутка (см. рис. 7.26). Возмущение внешнего электрического поля обусловлено электрическим полем пространственного заряда.

С ростом напряженности внешнего электрического поля E0 при фиксированных температуре и мощности дозы ионизирующего излучения пространственный заряд уменьшается за счет стока на электроды (растет ионизационный ток), что приводит к уменьшению возмущения величины E0 и «спрямлению» зависимости E(x), что и демонстрирует рис. 7.27.

Распределения концентраций ионов соответствующие условиям рис. 7.23–7.27 приведены на рис. 7.28–7.30.

Рис. 7.28. Распределение концентраций ионов q+(x), q-(x) как функции расстояния x межэлектродного промежутка L0 при постоянной мощности дозы ИИ

и следующих параметрах: T = 300 и 816 К; D' = 10-2 Зв/ч; Е0 = 250 В/см

Как и электрическое поле, при низких мощностях дозы распределения концентраций ионов соответствующего знака, слабо зависят от температуры и практически сливаются при Т = 300 и 816 К (рис. 7.28).

На рис. 7.29 представлено семейство кривых зависимости концентраций ионов q+(x), q–(x) как функций расстояния x межэлек-

205

тродного промежутка L0 при постоянной мощности дозы и различной температуре.

Рис. 7.29. Распределение концентраций ионов q+(x), q–(x) как функции расстояния x межэлектродного промежутка L0 при постоянной мощности дозы ИИ

D' = 1 мЗв/с, Е0 = 250 В/см и различной температуре Т = 300 ÷ 816 К

Рис. 7.30. Распределение концентраций ионов q+(x), q-(x) как функций расстояния x межэлектродного промежутка L0 при постоянной температуре (Т = 300 К), Е0 = 250 В/см и различной мощности дозы ИИ: D' = 10-2 Зв/ч −1 мЗв/с

Указанные зависимости демонстрируют уменьшение концентрация носителей заряда с ростом температуры, обусловленное

206

уменьшением радиационного выхода ионов с ростом температуры и ростом коэффициента рекомбинации.

Семейство кривых зависимости концентраций ионов q+(x), q–(x) как функций расстояния x межэлектродного промежутка L0 при постоянной температуре и различной мощности дозы представлено на рис. 7.30. Зависимости демонстрируют рост концентрации носителей заряда с ростом мощности дозы при фиксированной температуре. Проведенные выше расчеты электрических полей и пространственных плотностей зарядов ионов позволяют получить результаты и для ионизационных токов камер.

Зависимости ионизационного тока от мощности дозы для различных условий представлены на рис.7.31–7.33.

Рис. 7.31. Зависимость ионизационного тока от мощности дозы при следующих параметрах: E0 = 100 В/см; L = L0 = 4 см; l = 10 см; Т = 300÷816 К

Полученные зависимости демонстрируют уменьшение ионизационного тока с ростом температуры, что обусловлено как уменьшением радиационного выхода, так и уменьшением подвижности носителей заряда с ростом температуры, поскольку величина ионизационного тока пропорциональна произведению i ~ eμqnE . При

постоянной температуре ионизационный ток растет с увеличением напряженности внешнего поля (см. рис. 7.32 с семейством кривых зависимостей ионизационного тока от мощности дозы при различных напряженностях внешнего поля и температуре равной 300 К).

207

уменьшением объемной активности и принять заведомо ошибочное решение.

В целом представленные результаты убедительно свидетельствуют о справедливости исходных идей, на основании которых разработан датчик, и о работоспособности его конструкции.

7.4. Безынерционный метод измерения скорости воздушного потока

Как показано в гл. 4, оценка уровней загрязнения при переносе радиоактивной примеси в атмосфере может осуществляться расчетными методами на основе различных моделей переноса [18–20]. Исходными параметрами для этих моделей могут служить экспериментальные данные по скорости ветра, традиционно измеряемой при помощи анеморумбографа, температуре и влажности воздушной среды, определяющих состояние устойчивости пограничного слоя атмосферы, в котором и осуществляется перенос примеси [20–22]. Наличие погрешности при измерении указанных метеопараметров, в свою очередь, приводит к «расчетному» изменению состояния устойчивости, что непосредственно сказывается на решении уравнения переноса радиоактивной примеси в атмосфере и оказывает существенное влияние на оценку радиационных характеристик радиоактивного загрязнения окружающей среды.

При анализе влияния погрешности данных метеопараметров на площадь радиоактивного загрязнения подстилающей поверхности, характеризующейся заданным уровнем (см. выделенное мелким шрифтом), было найдено, что при устойчивом состоянии атмосферы (μ0 > 0) и при изменении ветра U(h) на величину погрешности

± U(h) (h-уровни измерения скорости ветра h = 10, 20, 30, 40 м)

изменяется как характер распределения поверхностной активности, так и площадь поверхностного загрязнения при одном и том же заданном уровне.

Влияние погрешности показаний метеодатчиков на состояние ус-

тойчивости атмосферы. С целью изучения влияния погрешности данных метеопараметров и данных, определяющих характеристики выброса (на-

210