Методы и приборы контроля радиоактивного загрязнения

(4 часа)

В основе соблюдения принципов радиационной безопасности лежит дозиметрический и радиометрический контроль с использованием эффективных методов регистрации ионизирующих излучений. При выпадении радиоактивных веществ (в случае аварий на ядерных объектах) значения контроля радиоактивного загрязнения окружающей среды резко возрастает.

Цель занятия. Уяснить методы регистрации ионизирующих излучений, конструктивные особенности дозиметрических и радиометрических приборов, технические характеристики и правила работы с отдельными из них.

Вопросы, подлежащие изучению:

1. Основные методы дозиметрии ионизирующих излучений и радиометрии.

2. Приборы контроля радиоактивного загрязнения.

3. Устройство, назначение отдельных приборов и правила работы с ними.

Указания к выполнению заданий

1. В настоящее время существует несколько, принципиально отличающихся друг от друга, методов регистрации ионизирующих излучений:

1) ионизационный;

2) сцинтилляционный;

3) люминесцентный;

4) фотографический;

5) химический

В основе всех методов обнаружения ионизирующих излучений лежат ионизирующие и фотохимические действия частиц и жестких световых квантов.

Ионизационный метод дозиметрии основан на измерении ионизации в газе, заполняющим регистрационный прибор. Ионизация газа вызывается электронами, освобождающимися под действием g - или рентгеновского излучения.

Воспринимающей частью (детектором) прибора служит ионизационная камера или газоразрядная трубка.

Ионизационные камеры используют при регистрации фотонов с энергией от 20 кэВ и выше. Ионизационные камеры обладают низкой чувствительностью. В камере объемом 100 см³ при мощности дозы 28 мкГр/ч создается ток 10^-13 А, который трудно зарегистрировать. Поэтому для увеличения чувствительности увеличивают объем камеры, подбирают специальные материалы стенок, эффективный атомный номер которых близок к эффективному атомному номеру воздуха (плексиглас, полистирол).

Наиболее чувствительными детекторами в дозиметрии фотонного излучения являются газоразрядные счетчики. Малые габариты и масса, простота регистрации импульсов обусловили широкое применение этих счетчиков и в радиометрической аппаратуре.

Фотонное излучение, воздействуя на газоразрядный счетчик, вызывает появление в нем электрических импульсов тока, так как вследствие ионизации, в счетчике создаются электроны и положительные ионы. Электроны устремляются к аноду, снижают его потенциал, и через резистор течет ток. Импульсы тока, поступая на вход пересчетной схемы, являются сигналами, фиксирующими попадания в счетчик частиц.

В конструкции приборов предусмотрены стрелочная и жидкокристаллическая индикация результатов измерений.

Сцинтилляционный метод дозиметрии основан на регистрации фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) вспышек света, возникающих в сцинтилляторе под действием излучения. Каждая вспышка действует на фото катод электронного умножителя и выбивает из него электроны. Последние, проходя ряд каскадов умножителя, дают на выходе импульс тока, который подается на усилитель и приводит в действие электромеханический счетчик импульсов. Измеряемые анодный ток и скорость счета пропорциональны мощности экспозиционной дозы излучения.

Сцинтилляционные счетчики фиксируют число частиц и их распределение по энергиям, так как интенсивность импульсов пропорциональна энергии каждой сосчитанной частицы. Эффективность регистрации излучения сцинтилляционных счетчиков значительно выше, чем газоразрядных, поэтому они могут быть использованы для регистрации всех видов излучений.

Люминесцентный метод основан на накапливании части энергии поглощенного ионизирующего излучения и отдачи его в виде светового свечения поле дополнительного воздействия ультрафиолетовым излучением, видимым светом или нагреванием.

Эффекты радио фотолюминесценции (ФЛД) связаны с тем, что под действием излучения в люминофоре (NaI, LiF, фосфатные стекла и т.п., активированные серебром) создаются центры фотолюминесценции. Последующая обработка ультрафиолетовым светом вызывает видимую люминесценцию, интенсивность которой пропорциональна дозе в диапазоне 10^-2 – 10¹ Гр (линейность зависимости показаний от дозы сохраняется до 10 Гр).

Недостатком радиолюминесцентных дозиметров является уменьшение их чувствительности после отжига в результате укрупнения зерен и ограниченная многократность использования каждого дозиметра.

Метод фотодозиметрии основан на том, что степень почернения дозиметрической пленки зависит от экспозиционной дозы. В результате поглощения излучения в кристаллах бромистого серебра, взвешенных в слое желатина (фотоэмульсия), образуются центры проявления, состоящие из групп атомов металлического серебра, которое восстанавливается при проявлении из кристаллов AgBr. Диапазон регистрируемых доз g - излучения 0,02-2,0; 0,3-12,0 и от 0,01 до 0,70-50Р соответственно для пленок РМ-5-1, РМ-5-3, РМ-5-4. Сравнивая почернение пленки, которую носит человек, с контрольной находят дозу излучения, воздействующую на человека.

Методы радиометрии основаны на определении количественного содержания радионуклидов в объектах внешней среды (в воде, воздухе, почве, продукции сельского и лесного хозяйства и т.п.). Экспрессное определение объемной и удельной активности b - излучающих нуклидов в продуктах питания, воде и почве представляет практический интерес. Измерение производится без выпаривания и озоления отбираемых образцов. При этом учитывается состав нуклидов в "толстых" образцах. Проводится корректировка градуировочных коэффициентов в случае изменения состава и вклада радионуклидов в суммарную активность.

Иногда непосредственное измерение активности затруднено из-за малого содержания радионуклидов в образце. В этом случае производят предварительное концентрирование веществ. Например, в радиометрии аэрозолей осуществляется их осаждение на фильтрах (волокнистые фильтры, электрофильтры) и инерционных осадителях. В дальнейшем производится измерение активности, накопленной на фильтре.

2. Приборы и средства, используемые для измерения или контроля ионизирующих излучений, по функциональному назначению делятся на дозиметрические, радиометрические, спектрометрические, сигнализаторы и многоцелевые приборы.

Дозиметры – приборы, измеряющие экспозиционную дозу излучения или поглощенную дозу или мощность этих доз, интенсивность излучения, перенос или передачу энергии объекту, находящемуся в поле излучения.

Радиометры – приборы, измеряющие излучения для получения информации об активности нуклида в радиоактивном источнике, удельной, объемной активности, потоке ионизирующих частиц или квантов, радиоактивном загрязнении поверхностей, флюенсе ионизирующих частиц.

Спектрометры – приборы, измеряющие распределение ионизирующих излучений по энергии, времени, массе и заряду элементарных частиц.

Многоцелевые приборы – универсальные устройства, совмещающие в себе функции дозиметра и радиометра, радиометра и спектрометра и пр.

По конструктивным особенностям все приборы подразделяются на:

карманные (для осуществления индивидуального дозиметрического и радиометрического контроля),

переносные (для проведения g – картирования поверхности почв, определения загрязненности зданий, машин, др. сооружений, для осуществления группового контроля),

стационарные (для проведения непрерывного радио - дозиметрического контроля в опасных местах, определения удельной, объемной активности в пробах почв, растительности, кормов, воды, продуктов).

Индивидуальный дозиметрический контроль производят при помощи дозиметров: ДК-02, ДКП-50 (детектор –ионизационная камера), ДКС-04, ДЭС-04, ДРГ-01Т (детектор – газоразрядный счетчик) и др.

Регистрация дозовых нагрузок за определенный период (неделю, месяц, квартал) осуществляется с помощью фотопленочных дозиметров ИФК-2,3, ИФКУ и термолюминесцентных дозиметров ДПГ-03, ДПС-11 из комплекта КДТ-02 (таблица 3.1).

Загрязненность рук b - активными радионуклидами определяют при помощи сигнализатора СЗБ-03.

Прибор ДП-5В имеет большую зависимость показаний от энергии регистрируемого излучения, поэтому при низкой энергии показания могут иметь погрешность 60%.

Более точные измерения осуществляются приборами ДРГЗ-02, ДРГЗ-03, ДРГЗ-05М, которые предназначены для измерения мощности экспозиционной дозы.

Таблица 3.1 - Дозиметрические и радиометрические приборы

Наименование прибора	Тип прибора	Регистри-руемое излучение	Диапазон измерений	Энерг. диапазон МэВ	Масса, кг	Детектор
Комплект дозиметров термолюминесцентных   Комплект индивидуальных дозиметров	КДТ-02 КДТ-02М КДТ-02М-03 КИД-2	γ, β ” ”   γ	5-10^6 мР ” ”   0,001-1 Р	0.06-1,25 ” ”   0,15-2	41,4 ” ”   4,0	борат магния, фтористый литий   ионизац. камера (конденсаторная)
Дозиметры ”   ”   Дозиметры   ”   ”     Радиометры   ” ” Универсальные радиометры – дозиметры     ”	ДБГ-06Т ДРГ-01Т   ДБГ-01Н   ДРГЗ-04   S-2010   EL-1101     ДП-12   СРП-68-01 СРП-88-Н   МКС-01Р     МКС-04М	g ”   γ   γ, χ   γ   γ     β   γ γ   α   β γ n γ	0,01-99,9мР/ч 0,01-9,99мР/ч; 0,01-9,99Р/ч 0,1-10^3 мкЗв/ч   0,1-3 10^2мкГр; 10^-2-30мкГр/с 0,01-9мР/ч   0,005-100мР/ч; 0,05-1000мкЗв/ч   500-5 10^6 расп/мин см^2 10-3000мкР/ч ”   1-3 10^4 част/мин см^2 1-10^5част/мин см^2 10^-2-10^-4мкЗв/ч мкбэр/с 0,1-1000 мкЗв/ч	0,05-3 ”   ”   0,03-3,0   0,014-144   0,04-3 -   -   - ”   2,0-6,0   0,3-3,0 0,04-10,0   0.1-3,0	0,25 ”   ”   5,9   1,3       5,0   3,6 ”       1,1	счетчик Гейгера ”   ”   сцинтиллятор   ”   ”     ”   счетчик и сцинтиллятор     сцинтиллятор   счетчик Гейгера     сцинтиллятор

Геологоразведочные поисковые приборы СРП-88Н, СРП-68-01, предназначенные для поиска радиоактивных руд по их g - излучению, нашли применение для прижизненного определения концентрации радиоактивных веществ в мышечной ткани животных.

Контроль объемной активности, массовой b - активности проб водной среды, донных отложений, почвы, растительности, пищевых продуктов ( Sr+ Y, Cs+ Ce+ Pr, Ru+¹⁴⁴Rh, ⁶⁰Co, ¹⁴C) осуществляется экспрессно b - радиометром РКБ4-1еМ. Удельную, поверхностную активность почвы, растительности и животных измеряют приборами СРП-68-01, МКС-01Р. Эти приборы можно использовать при выборочном контроле пищевых продуктов на рынках и базах.

Для измерения удельной и объемной активности нуклидов по b - излучению в жидких и сыпучих пробах используют радиометры РЖС-05, РУБ-01П1, РКС-08П, а по g - излучению – РКГ-05П в лабораторных условиях.

Для измерения объемной b – активности нуклидов газов в воздухе предназначены приборы РГБ-02, РГБ-07, а для радиометрии a - активных газов прибор РГА-01П. В эксплуатации находится радиометр аэрозолей РАС-04П, предназначенный для измерения активности радона и продуктов его распада в воздухе.

Для установления реального состава нуклидов используют спектрометры: СЭА-01 – для регистрации и спектрометрии a - частиц, СЭГ-10, УИ-36 – для спектрометрии g - излучения.

Прямое измерение содержания радионуклидов в организме путем регистрации проникающего излучения исходящего из тела человека, осуществляют с использованием специальных кристаллических сцинтилляционных спектрометров – СИЧ-01Т, СИЧ-01Л, СИЧ-9R и др.

Для ориентировочного дозиметрического и радиометрического контроля можно использовать бытовые дозиметры и радиометры: ИРД-02Б1 (дозиметр – радиометр бытовой), РКСБ-104, “БЕЛЛА” (рис. 3.1, 3.2, 3.3) и др.

Дозиметр – радиометр ИРД-02Б1 предназначен для измерения мощности экспозиционной дозы в мкР/ч, оценки плотности потока бета - излучения от загрязненных поверхностей и оценки загрязненности бета – гамма -излучающими нуклидами проб воды, почвы, пищи, продуктов растениеводства и животноводства.

Дозиметр “БЕЛЛА” предназначен для обнаружения и оценки с помощью звуковой сигнализации интенсивности гамма-излучения, а также для измерения мощности экспозиционной дозы в мкР/ч (полевой эквивалентной дозы, мкЗв/ч).

Назначение и технические параметры прибора РКСБ-104 будут описаны подробнее.

Рисунок 3.1 – Дозиметр-радиометр бытовой ИРД-02Б1:

1-переключатель “ВКЛ-ВЫКЛ”; 2-цифровое табло; 3-отверстие для градуировки; 4-звуковой излучатель; 5-переключатель мкЗв/ч, част/(мин·см²); 6-экран; 7-чувствительная поверхность; 8-крышка отсека питания; 9-элемент питания в кассете

Рисунок 3.2 - Дозиметр бытовой “БЕЛЛА”:

1-выключатель питания; 2-крышка отсека питания; 3-цифровое табло; 4-кнопка “МЭД-КОНТР. ПИТАНИЯ”; 5-индикатор напряжения батареи питания; 6-выключатель режима “ПОИСК”

Рисунок 3.3 - Комбинированный прибор РКСБ-104:

1-корпус; 2-крышка; 3-отсек питания; 4-крышка-фильтр; S1, S2, S3-тумблеры включения прибора и выбора режима его работы; S4 – кодовый переключатель для выбора вида измерения

Задание. Ознакомиться с особенностями методов дозиметрии и радиометрии, усвоить деление приборов контроля ионизирующих излучений по функциональному назначению и оценить технические возможности некоторых их них.

3. Прямая регистрация ионизирующих излучений в целях быстрой оценки радиационной обстановки осуществляется различными приборами. Подробнее остановимся на технических возможностях ДРГ-01Т и РКСБ-104 и правилах работы с ними.

Дозиметр ДРГ-01Т предназначен для измерения мощности экспозиционной дозы на рабочих местах и на территории предприятий, использующих радиоактивные вещества, в санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения, а также измерения мощности дозы в период возникновения, протекания и ликвидации последствий аварийных ситуаций. Прибор используется для оперативного группового контроля МЭД работниками служб радиационной безопасности.

Дозиметр соответствует 4 группе ГОСТ 22261-82 и предназначен для работы при температуре окружающего воздуха от -10 до +40 С, при относительной влажности воздуха до 90% при +30 С, при атмосферном давлении от 84 до 106,7 кПа, при наличии фонового нейтронного излучения и при загрязнении помещений радиоактивными веществами.

Дозиметр обеспечивает измерение МЭД в интервале энергий фотонов от 0,050 до 3,0 МэВ, работает в двух режимах – в режиме “Поиск” и режиме “Измерение”. В режиме “Измерение” МЭД определяется в диапазоне от 0,010 мР/ч до 9,999 Р/ч с разбивкой на два поддиапазона: 1- от 0,010 мР/ч до 9,999 мР/ч и 2- от 0,010 Р/ч до 9,999 Р/ч. В режиме работы “Поиск” МЭД определяется в диапазоне от 0,10 мР/ч до 99,99 Р/ч с разбивкой на два поддиапазона: 1- от 0,10 мР/ч до 99,99 мР/ч и 2- от 0,10 Р/ч до 99,99 Р/ч.

Время измерения в режиме работы “Измерение” не превышает 25 с, в режиме работы“Поиск” – 2,5 с.

Предел допускаемой основной погрешности измерения (для 95% доверительного интервала) в нормальных условиях применения составляет: в режиме работы “Измерение” ±(15 + 0,5 )%; в режиме работы “Поиск” ±(30 + 1 )%, где x- мощность экспозиционной дозы; x-единица размерности соответствующего поддиапазона (1мР/ч или 1Р/ч).

В качестве детекторов излучения используются четыре газоразрядных счетчика СБМ-20 и два счетчика СИ 34Г (СИ 40Г). Максимальная чувствительность прибора наблюдается при направлении излучения перпендикулярно плоскости расположения детекторов. Предельное облучение дозиметра соответствует МЭД – 1000 Р/ч, при этом в любом режиме работы на шкале цифрового индикатора отображается переполнение (высвечивается символ “П”). Газоразрядные счетчики во включенном состоянии находятся под высоким напряжением (400-420В).

Дата добавления: 2015-07-18