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  - 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– 10¹Гр (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 фотодозиметрииоснован 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 кристалловAgBr. Диапазон регистрируемых доз- 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 основанына 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- 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– 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 - 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
1	2	3	4	5	6	7
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	 ” 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 3 5,0 3,6 ” 18 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 - излучению, нашли применение для прижизненного определения концентрации радиоактивных веществ в мышечной ткани животных.

Контроль объемной активности, массовой - активности проб водной среды, донных отложений, почвы, растительности, пищевых продуктов (Sr+ Y, Cs+Ce+Pr, Ru+¹⁴⁴Rh,⁶⁰Co,¹⁴C) осуществляется экспрессно- 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 - излучению в жидких и сыпучих пробах используют радиометры РЖС-05, РУБ-01П1, РКС-08П, а по- излучению – РКГ-05П в лабораторных условиях.

Для измерения объемной – активности нуклидов газов в воздухе предназначены приборы РГБ-02, РГБ-07, а для радиометрии- 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 - частиц, СЭГ-10, УИ-36 – для спектрометрии- 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-9Rи 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)%, гдеx- 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).

Порядок работы с прибором

1. После включения прибора переключатель режимов работы установить в положение “КОНТР”, осуществить сброс показаний нажатием кнопки “СБРОС”. При правильном функционировании счетных устройств дозиметра и пригодности источника питания на цифровом табло должно отображаться число 0513±1.

2. Установить переключатель режимов работы в положение “ПОИСК”, переключатель поддиапазонов измерений в положение мР/ч и произвести сброс показаний нажатием кнопки “СБРОС”.

3. Определить направление излучения по максимальным показаниям на цифровом табло, ориентируя дозиметр в пространстве.

4. Для повышения точности измерения определение действительного значения целесообразно производить в положении “ИЗМЕР” переключателя режима работы.

5. Запуск дозиметра на новый цикл измерения осуществляется нажатием кнопки “СБРОС”.

Для получения более стабильного значения МЭД следует выполнять 3-5 замеров с вычислением среднего арифметического значения, так как взаимодействие излучений с облучаемым объектом носит случайный характер и при измерении наблюдается некоторый разброс показаний прибора.

Комбинированный прибор РКСБ-104предназначен для контроля радиационной обстановки на местности, в жилых и рабочих помещениях. Он выполняет функции дозиметра и радиометра, обеспечивая возможность измерения мощности полевой эквивалентной дозы гамма-излучения, плотности потока-излучения с поверхности и удельной активности цезия-137 в веществах (рис.3.3). Результаты измерений этого прибора не могут быть использованы государственными органами для выдачи официальных заключений о радиационной обстановке.

Прибор предназначен для эксплуатации при температуре от -10 до +35 С, относительной влажности воздуха 75±3% при температуре30 С. Диапазон энергий регистрируемых - излучений составляет 0,06-1,25 МэВ и 0,5-3 МэВ - излучений. Диапазон измерения мощности полевой эквивалентной дозы-излучения 0,1-99,99 мкЗв/ч (10-9999 мкР/ч). Диапазон измерения плотности потока- излучения с поверхности (по радионуклидам⁹⁰Sr+⁹⁰Y) – 6-6000 част/мин см²(0,1-99,99 част/с см²). Диапазон измерений удельной активности¹³⁷Cs-2 10³-2 10⁶Бк/кг (5,4 10^-8-5,4 10^-5Ku/кг).

Погрешность измерений МЭД возрастает до ±40% при работе в поддиапазоне от 0,1 до 1 мкЗв/ч, а в поддиапазонах от 1 до 10 и от 10 до 99,99 мкЗв/ч достигает ±25%. Пределы допускаемых значений основной погрешности измерений плотности потока - излучения и удельной активности составляют ±60 и ±40% в зависимости от соответствующего поддиапазона.

Порядок работы при измерении загрязненности поверхностей

β- излучающими радионуклидами

1. Сняв крышку-фильтр(4) перевести движки кодового переключателя S4 в положения, указанные на рис.3.4б.

2. Установив крышку-фильтр на место, перевести тумблеры S2 иS3 в верхние положения, поднести прибор к исследуемой поверхности на расстояние 110-120 см или положить его на пластмассовую упаковку и включить тумблеромS1 (положение “ВКЛ”).

В этом случае измеряется фоновое показание прибора (_ф).

Рис. 3.4 Положения движков кодового переключателя (S4) для измерения:

а) - мощности полевой эквивалентной дозы - излучения; б) - плотности потока- излучения с поверхности; в) - удельной активности¹³⁷Csв веществах

3. После выключения прибора необходимо снять заднюю крышку-фильтр(4) и поместить прибор над исследуемой поверхностью на расстояние не более 1 см. Вновь включить прибор тумблером S1 и измерить истинную плотность потока (_и). Показание прибора устанавливается во время действия прерывистого сигнала.

4. Величину загрязненности поверхности - излучающими радионуклидами определяют по формуле:=К₁(φ_и– φ_ф), где- плотность потока- излучения с поверхности в частицах в секунду с квадратного сантиметра (1/(с см²)); К₁-коэффициент, равный 0,01 (тумблерS3 в верхнем положении).

Пример.

Показания прибора от внешнего радиационного фона (_ф) – 18, показание прибора со снятой крышкой (_и) – 243. Определить плотность- излучения ()

φ = 0,01 (243-18) = 2,25 (1/(с см²)

Число - частиц в минуту с квадратного сантиметра будет равно:

2,25 60 = 135 (β- част./(мин см²))

5. Если плотность потока - излучения с поверхности менее 10/(с см²), то измерения необходимо повторить при нижнем положении тумблераS3 (при этом значение пересчетного коэффициента К₁равно 0,001).

Если поверхность загрязнена различными радионуклидами (цезий-137, стронций-90 + иттрий-90 и др.) при определении плотности потока - излучения необходимо применять другие коэффициенты К₁, значения которых определяются в исследовательских лабораториях.

Порядок работы при определении удельной активности цезия-137

1. Сняв крышку-фильтр (4) перевести движки кодового переключателя S4 в положения, указанные на рис.3.4в.

2. Перевести тумблер S2 в верхнее, аS3 в нижнее положение и заполнить измерительную кювету (половину упаковки) чистой водой до метки-буртика внутри кюветы, а прибор установить на кювету и включить тумблеромS1. Необходимо сделать 5 измерений фоновых показаний (А_ф1… А_ф5), после снятия каждого отсчета кратковременно выключая прибор, и рассчитать среднее арифметическое показаний прибора (А_ф).

3. Вылив воду из кюветы, просушив ее и заполнив исследуемым веществом (раствором) до той же метки, вновь установить прибор на кювету и произвести 5 измерений удельной активности (А₁… А₅). Необходимо определить среднее арифметическое показаний прибора (А_из) и рассчитать величину истинной удельной активности (А_m) по формуле:А_m= К₂(А_изм. - А_ф), где А_m– удельная активность¹³⁷Cs, Бк/кг; К₂– пересчетный коэффициент, равный 20 (для нижнего положения тумблераS3).

Если пробы вещества содержат различные радионуклиды, то необходимо использовать другие значения коэффициентов К₂для определения удельной активности. Значения пересчетных коэффициентов К₂для веществ с различными радионуклидным составом определяются в исследовательских лабораториях.

Задание.Усвоить правила работы с приборами ДРГ-01Т и РКСБ-104. Измерить мощность экспозиционной (полевой эквивалентной) дозы излучения внутри здания и снаружи каждым из приборов. Сравнить результаты измерений. Оценить загрязненность поверхности- излучающими радионуклидами и уровень содержания цезия-137 в предложенных образцах.

Список рекомендуемой литературы

1. Основы сельскохозяйственной радиологии / Б.Н. Аненков, Е.В. Юдинцева. .– М.: Агропромиздат, 1991-287с.

2. Дозовые зависимости нестохастических эффектов, основные концепции и величины, используемые в МКРЗ (Публикация 41 МКРЗ). - М.: Энергоиздат, 1987.-88с.

3. Ильин, Л.А. Радиационная безопасность и защита / Л.А. Ильин, В.Ф. Кириллов, И.П. Коренков. – М.: "Медицина", 1996.-336с.

4. Козлов, В.Ф. Справочник по радиационной безопасности / В.Ф. Козлов. – М.: Энергоатомиздат, 1991.-352с.

5. Машкович, В.П. Защита от ионизирующих излучений / В.П. Машкович, А.В. Кудрявцева. – М.: Энергоатомиздат, 1995.-493с.

6. Мурахтанов, Е.С. Основы лесохозяйственной радиационной экологии / Е.С. Мурахтанов, Н.Л. Кочегарова. – Брянск, 1995.-Курс лекций.-345с.

7. Нормы радиационной безопасности (НРБ-96); Гигиенические нормативы. – М.: Госкомсанэпиднадзор России, 1996.-126с.

Оглавление

Введение……………………………………………………………………	3
1 Радиоактивность, дозиметрические величины и единицы их измерения…………………………………………………………………	5
2 Коллективные дозы. Основные дозовые нормативы………………….	14
3 Методы и приборы контроля радиоактивного загрязнения…………	22
Список рекомендуемой литературы……………………………………...	35

Кистерный Григорий Анатольевич

Радиационная экология

Методические указания к практическим занятиям для студентов лесохозяйственного факультета, обучающихся по направлению подготовки бакалавров 250100 «Лесное дело» профиля «Лесное хозяйство»