Способ обнаружения электромагнитного излучения

(51) 01 13/02 (2006.01) 01 1/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ обнаружения и количественной регистрации увеличения, относительно фона, уровня и доз облучения в физико-химических и экологических исследованиях, а также для гигиенической оценки опасности электромагнитных полей. В качестве датчика используют,с целью снижения трудоемкости и себестоимости анализа, расширения диапазона измеряемых уровней и видов энергий излучения, наноструктированные растворы с поверхностью активных веществ (ПАВ), с концентрацией ПАВ выше критической концентрации мицеллобразования. Дозу (уровень) облучения определяют по изменению поверхностного натяжения раствора ПАВ , по отношению к контрольному (необлученному образцу), при этом используют линейную зависимостьнаноструктурированного раствора ПАВ от дозы и мощности излучения.(72) Сарсенов Арыстан Мухамбетович Морзабаев Айдар Каппарович Жумадилов Касым Шаймарданович Абсеитов Ерболат Тлеусеитович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ(57) Изобретение относится к области измерения электромагнитных и радиоактивных излучений и может быть использовано для экспресс Изобретение относится к области обнаружения и измерения электромагнитного,магнитного,электрических полей и радиоактивного излучения,дозиметрии и экологии. Изобретение может быть использовано для качественного обнаружения и количественной регистрации в окружающей среде изменений(относительно фона),интенсивности электромагнитный полей и радиоактивного излучения различной природы видимого света,гамма, бета, других видов излучения, а так же, как демонстрационный эксперимент в учебном процессе. Известны, и длительное время широко применяются (Л. Герфорт, Г. Кох Практикум по радиохимии (пер.с нем.) Изд. Иностранная литература, -М., 1993 г-479 с.) счтчики излучения Гейгера-Мюллера, основанные на измерении количества ионизированных атомов во внутреннем пространстве датчика, путем нейтрализации образованных ионов при создании высокого напряжения между электродами датчика. Недостатками этих методов являются необходимость использования специального дорогостоящего оборудования,длительность анализов и невозможность их использования в широком интервале энергий электромагнитных полей. Известен способ определения зависимости поверхностного натяжения( мН/м) от напряженности магнитного поля (Н кА/м)(Классен В.И. Омагничивание водных систем М. Химия, 1982. -296 с (С.56-59.), который основан на измерении физико-химических свойств водных растворов при воздействии магнитного поля. Однако, этот способ также не менее трудоемок,длителен и не может применяться для измерения,уровня или интегральной дозы электромагнитного и радиоактивного облучения объектов окружающей среды. С целью устранения указанных недостатков,предлагается более простой, быстрый и малозатратный способ, основанный на измерении поверхностного натяжения жидкости , методом отрывающейся капли. Технический результат предлагаемого способа заключается в создании нового быстрого и малозатратного способа идентификации электромагнитного или радиоактивного излучения с помощью воздействия на жидкие фазы растворов,содержащих мицеллы ПАВ, с последующим измерением изменениярастворов по сравнению споверхностного натяжения контрольных образцов. По нашим данным, облучение водопроводной воды солнечным светом (это электромагнитное излучение с длиной волны 400700 ангстрем) уже в течение 60 сек, приводит к изменениюводы на 25-30. Задачей данного изобретения является расширение диапазона измеряемых энергий излучения, видов и природы излучения, а также разработка более простого надежного, недорогого и 2 безопасного метода детектирования физических полей и радиоактивных излучений. Поставленная задача достигается путем использования способа детектирования физических полей и излучений путем их воздействия на наноструктурированный раствор ПАВ,с концентрацией ПАВ выше критической концентрации мицелл образования (ККМ), с последующим быстрым измерением поверхностного натяжения раствора при постоянной температуре. Изобретение позволяет отказаться от трудоемких, длительных и затратных методов измерения уровня и интегральных доз излучений при помощи специальной аппаратуры, провести менее затратный и более надежный экспресс-метод определениярастворов и на основе полученных данных, в сравнении с контрольным (необлученным образцом), оперативно получать сведения об уровне и дозах излучений в окружающей среде. Метод имеет свои преимущества, например, при экологических исследованиях в полевых условиях. Указанные преимущества,в комплексе,уменьшают себестоимость аналитических работ и повышают уровень радиационной безопасности изза предотвращения возможного непредвиденного облучения, после своевременного получения информации о наличии вредных физических полей или заражению окружающей среды радиоактивными веществами. Статически достоверны, по нашим данным,изменения физико-химических свойств водных систем при воздействии очень слабых электромагнитных полей(сопоставимых с величиной геомагнитного поля Земли (около 0,5 эрстед). Статическая обработка результатов показала,что, коэффициент вариации измеренных значений поверхностного натяженияв пределах 0,701,35, а доверительный интервал с 95 вероятностью длясоставляет 0,15-0,68 мН/м. Величина измененияне менее, чем на порядок превышает возможную ошибку. Поскольку значениеимеет сильную зависимость от температуры, то измерение следует проводить после достижения термодинамического равновесия с окружающей средой или при тщательном термостатировании системы, однако, в предлагаемом нами способе термостатирование не будет иметь определяющего значения, т.к. измерения относительны (по отношению к контрольному образцу). Научная новизна изобретения основана на свойствах реальных водных и не водных растворов изменять величину поверхностного натяжения в зависимости от напряженности магнитного, и электрического полей, или уровня радиоактивного облучения. Эти изменения имеют временный характер и сохраняют в течение нескольких часов,поэтому относительные определенияследует проводить достаточно быстро, например, известным экспресс-методом, при помощи стеклянного сталагмометра в течении нескольких минут(Фронтальные лабораторные занятия по физике под.ред. А.А. Покровского, Просвещение. 1980158 с.) Известно, что электромагнитное поле- это совокупность двух видов особого вида материи электрического и магнитного полей. Спектр электромагнитных волн имеет очень широкий частотный диапазон от 31020 до 3 х 10-2 Гц. Магнитное поле частотой менее 310-2 Гц условно относят к электромагнитным. Нами экспериментально установлено, что физико-химические системы,содержащие наноразмерные частицы, в частности, лиофильные или лиофобные коллоидные образования (мицеллы) с размером частиц в интервале 1-100 нанометров(НМ), обладают особыми свойствами, например,зависимостьмН/м от напряженности магнитного поля (Н кА/М), имеет в интервалеот 70 до 50 мН/м и (Н) в интервале 030 кА/м линейный характер (с увеличением Н, величинауменьшается) для водных растворов ПАВгексадецилсульфата натрия). Следовательно,измеряялюбым известным в коллоидной химии методом, можно по калибровочной кривой определять напряженность поля. При концентрации ПАВ ниже ККМ, линейные зависимости междуи (Н) не соблюдаются. Изменениерастворов связан с изменением структуры жидкой фазы под действием излучений. Применение предлагаемого способа,по сравнению с прототипом, позволяет отказаться от трудоемких и более затратных методов детектирование с применением специальной аппаратуры, провести более удобный и простой,экспрессный анализ вязкости, например, методом отрывающейся капли оперативно отслеживать увеличение содержания радиоактивных элементов в окружающей среде. Кроме того, данный метод удобно применять при обучении студентов и магистров,естественнонаучных и физикотехнических специальностей в качестве демонстрационного эксперимента на лекционных занятиях или для постановки лабораторных работ. Проводя сравнительный анализ значенийодного и того же (разделенного на две одинаковые части) раствора, до и после облучения, затем используя калибровочный график или таблицу,можно рассчитывать превышение уровня облучения, по сравнению с их фоновыми значениями. Перечисленные преимущества, в комплексе,снижают стоимость и уменьшают время определения степени электромагнитного и радиоактивного загрязнения окружающей среды. Проведенные авторами изобретения эксперименты позволили установить,что наноструктурированные растворы ПАВ могут быть использованы в качестве детектора при экспрессметоде обнаружения относительного увеличения (по сравнению с фоном) электромагнитного и радиоактивного излучения, путем предварительного построения зависимости (калибровочных графиков) в координатахконтрольных и опытных(облученных) растворов и их сопоставления. Следует отметить, что измерения необходимо проводить в изотермических условиях, при постоянной температуре, перед началом каждой серии опытов. Пример 1. Готовится 1000 мл 1,5 раствора ПАВ гексадецисульфата натрия на кипяченой дистиллированной воде. Затем, при постоянной(комнатной температуре) 100 мл раствора ПАВ в шести колбах на 150 мл подвергают облучению электромагнитным излучением на железном сердечнике катушку с пропускаемым по ней регулируемым пульсирующим постоянным током для изменения напряженности магнитных полей. Облучение проводят в течении пяти секунд. Известным методом, в течении 5-7 минутраствора Фронтальные затем составляют колированную таблицу (или график) После этого, измеряемдля образца с неизвестным уровнем облучения. Значениедля этого образца (среднее из трех определений) оказалась равной 52,0 мН/м. Методом интерполяции находим неизвестную напряженность поля , равную 42,5 кА/м. Увеличение (Н), по сравнению сзначением (5,0) составляет 42,4/5,08,5 раз. Пример 2. Готовится 0,5 кг 1,0 раствора ПАВ ОП-7 концентрация (выше ККМ). Готовится смесь твердых порошков хлорида калия и хлорида натрия в различном процентном отношением друг с другом в интервале 0-100. Всего пять образцов с содержанием хлорида калия 0, 20, 40, 60, 80, 100 в хлориде натрия. Хлорид калия имеет радиоактивность,обусловленную природным содержанием изотопа К- 40 (имеет ( иизлучение). Раствор ОП-7, в колбах на 100 мл погружают в указанные смеси с различными временами экспозиции и строят калибровочные графики в координатах содержания (процент) КС-и время экспозиции- . Для смеси с неизвестным содержанием изотопа К-40, при определенном времени экспозиции, по калибровке находят процентное содержание КС, а также относительное увеличение доз облучения в случае нелинейности калибровки, таблицы, графики строят в полулогарифмических координатах. Пример 3. Готовят 0,5 кг 1.0 раствора ПАВ олеата натрия с концентрацией ПАВ выше ККМ. Готовят тритиевые растворы Т 2 О в 40 водном растворе этилового спирта в интервале 0-50 Т 2 О в Н 2 О. Затем растворы олеата натрия в 3 полиэтиленовых пакетах, погружают в раствор тритиевой воды (тритий обладает природнойрадиоактивностью),снимают калибровочный график и определяют относительные увеличение доз и концентрацию трития в воде путем измерениярастворов олеата натрия, аналогично примеру 2. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ обнаружения электромагнитного излучения, включающий измерение свойств водных растворов, отличающийся тем, что в качестве датчика используют наноструктурированные растворы ПАВ с концентрацией выше критической концентрации мицеллообразования, а дозу и мощность излучения определяют по изменению поверхностного натяжения раствора ПАВ по отношению к контрольному, необлученному,образцу.