Методы и приборы дозиметрического и радиометрического контроля

 Полупроводниковый детектор можно рассматривать как аналог  газоразрядного счетчика, в котором рабочим телом является не газ, а полупроводник. Основными полупроводниковыми материалами, используемыми для детекторов данного вида, являются германий и кремний. Отличие дозиметров, в которых используются газоразрядные, сцинтилляционные и полупроводниковые детекторы, от радиометров заключается в градуировке в единицах дозы, а не в единицах скорости счета.

Наблюдение  сцинтилляций является одним из первых методов регистрации ядерных излучений. Метод основан на том, что при взаимодействии быстрой частицы с некоторыми веществами в последних возникают световые микровспышки (сцинтилляции), которые затем регистрируются. Оптический сигнал (вспышка света) превращается в электрический сигнал  при помощи электровакуумного прибора – фотоэлектронного фотоумножителя (ФЭУ), получающий ускорение в электрическом поле, образовавшаяся «лавина электронов» создает импульс напряжения, фиксируемый регистрирующим устройством. Сцинтилляционные детекторы применяются для регистрации любых видов излучений.

В зависимости от способа вывода информации дозиметры бывают:

1) индицирующие  мощность дозы (прямопоказывающие);

2) индицирующие  дозу (накапливающие);

3) универсальные.

В зависимости  от области применения (диапазона  мощности доз) дозиметры подразделяются на  бытовые и профессиональные.

Бытовые дозиметры, например ИРД-02 и МС-04Б, выпускаются в основном для населения и используются для измерения малых (на уровне фона) доз. Дозиметр ИРД-02 - прямопоказывающий дозиметр — это прибор, которые непрерывно измеряют мощность дозы в текущее время.  Такие приборы удобно использовать в условиях меняющихся дозовых нагрузок, так как они позволяют осуществлять оперативный контроль.

Профессиональные дозиметры использует, как правило, персонал ядерных объектов. Такие дозиметры, например ДКС-04, не позволяют измерять значения уровня естественного радиационного фона.

.

Дозиметр ИРД-02: 1- жидкокристаллический дисплей, 2 – источник звукового сигнала, 3 – переключатель режима работы, 4- выключатель, 5 – краткое описание для пользователя;

Дозиметр ДКС-04: 1 – кнопка «Контроль питания/доза», 2 – жидкокристаллический дисплей, 3 – переключатель режима работы, 4 – выключатель, 5 – блок питания, 6 – контакты для модификации питания, 7 – счетчик Гейгера-Мюллера.

Дозиметр ДКС-04 относится к категории универсальных  приборов, которые могут работать как прямопоказывающие в качестве накапливающих приборов. Так, обычный  режим работы профессионального  дозиметра ДКС-04 — индицирование  текущей мощности дозы в мР/ч, но в специальном режиме с его  помощью можно узнать полученную дозу в мР за все время с момента  включения. Для накапливающих дозиметров необходимо определить промежуток времени, по истечении которого прибор показывает дозу, накопленную за это время.

В зависимости  от назначения дозиметры подразделяются на инспекционные и индивидуальные. Инспекционные дозиметры предназначены для определения дозовых характеристик полей ионизирующего излучения и должны измерять амбиентный эквивалент дозы, т. е. дозу, которую получил бы человек, находясь в точке измерения. Индивидуальные дозиметры должны находиться на теле человека и определять дозу, полученную конкретным человеком в поле ионизирующего излучения.

В настоящее  время в нашей стране и за рубежом  имеется широкий ассортимент  дозиметрических приборов, выпускаемых  как государственными, так и частными предприятиями. Часто заявленные для  дозиметров технические и метрологические  характеристики не выполняются на практике. В связи с этим при выборе дозиметра  необходимо руководствоваться не только целью решения конкретной задачи (диапазон измерений, измеряемая величина, точность и др.), но и информацией  о том, прошел ли этот прибор государственные  испытания и внесен ли он в Государственный  реестр средств измерений РФ. Приборы  — ИРД-02Б, МС-04Б и ДКС-04 включены в Государственный реестр соответственно под номерами 12422-90, 13603-93 и 7418-88.

На загрязненной территории в первую очередь организуют индивидуальный контроль населения. Он включает в себя регистрацию ежедневных дозовых нагрузок (индивидуальный дозиметрический  контроль) и уровней загрязнения  рук, тела, спецодежды. Результаты индивидуального  контроля позволяют определить режим  работы или проживания на загрязненной территории как отдельного человека, так и группы людей, дозовые нагрузки, полученные за время пребывания на местности, зараженной радиоактивными веществами.

Для индивидуального  дозиметрического контроля используются карманные приборы - ДК-2, ДКП-50, Д-2. Дозиметры  ДК-2 и ДКП-50.  Например, Дозиметр ДКГ РМ-1203М (Полимастер); это недорогой и удобный дозиметр для оперативного контроля радиационной обстановки и дозовой нагрузки на пользователя.

Дозиметр портативный  ДРГ-01Т1 предназначен для измерения мощности экспозиционной дозы фотонного излучения.

Технические характеристики ДРГ- 01Т1:

Диапазон измерения  ---   0,01мР/ч - 99,99Р/ч 

Энергетический диапазон, МэВ  ---   0,05-3,0

Питание  ---  "Корунд"

Температурный диапазон, °С   ---  (-10...+40 ºС)

Габариты, мм   ---  46х76х160

Масса, кг   ---  0,5

Регистрация дозовых нагрузок на определенный период (неделя, месяц, квартал) может осуществляться пленочными фотоэмульсионными дозиметрами типа ИФК-2, ИФК-3, ИФКУ. Эти дозиметры представляют собой небольшую светозащищенную кассету с помещенной в нее пластиной фоточувствительного материала (например, рентгеновской пленки). По завершении времени экспозиции фотопленку вынимают и проявляют обычным способом. Дозу определяют по степени почернения пленки.

Дозиметры типа ДКС-04 и ДРГ-01Т позволяют измерять мощность экспозиционной дозы в диапазоне  от 0,01 мР/ч до 100 Р/ч и выводить ее на цифровое табло прибора.

Загрязненность  радионуклидами рук, тела, спецодежды измеряют прибором УИМ-2, а также  сигнализаторами загрязнения рук  бета-активными веществами типа СЗБ-03 и СЗБ-04.

  Сигнализатор загрязненности рук «УИМ-3А».

УИМ-3А предназначен для контроля загрязненности рук  гамма-излучающими радионуклидами с помощью настольного или  настенного блока детектирования. Прибор также может применяться для  контроля поверхностей тела и одежды. Результатом измерения является выдача светового и (или) звукового сигнала о превышении или непревышении заданного уровня загрязненности.

УИМ-3А применяется для обеспечения  радиационной безопасности персонала  радиоизотопных лабораторий медицинских  и других учреждений при работе с  открытыми источниками ионизирующих излучений.

Технические характеристики УИМ-3А

диапазон регистрируемых энергий  фотонов   ---  20 ÷ 1000 кэВ

время измерения   ---   10 с 

время измерения фона (при включении)   ---   30 с

питание   ---   сеть переменного  тока 220В, 50Гц

потребляемая мощность   ---   0,5 ВА

диапазон рабочих температур   ---   от -40 до +50 °С

масса прибора   ---   300 г

габаритные размеры, мм   ---220х145х55

 

В чрезвычайных ситуациях измерение мощности дозы гамма-излучения обеспечивается штатными приборами гражданской обороны  типа ДП-5А. Предназначен для измерения уровней гамма-радиации на местности и радиоактивной зараженности людей, продовольствия, воды, техники, одежды и других предметов по гамма-излучению.

 Для более  точных измерений мощности дозы  гамма-излучения применяют приборы  ДРГЗ-02 и ДРГЗ-03.

Прибор типа ДРГ-05М предназначен для измерения  мощности экспозиционной дозы от 0,01 до 10000 мкР/с и для доз от 1 до 10 мР. Прибор имеет тонкое (слюдяное) окно, позволяющее определять наличие  бета - излучения с энергией выше 50 кэВ и проводить измерения  гамма-излучений при наличии бета - излучений с энергией бета - частиц до 4 МэВ. Прибор имеет высокое быстродействие (время измерения) –З секунды.

Прибор СРП-88-01 характеризуется более высокой  чувствительностью, однако при измерениях в поле неизвестного спектрального  состава может иметь значительную погрешность, обусловленную сильной  зависимостью от энергии излучения. Приборы этого типа нашли широкое  применение для прижизненного определения  концентраций радиоактивных веществ  в мышечной ткани животных, откармливаемых на мясо, на территориях, подвергшихся загрязнению после аварии на Чернобыльской  АС, а также для контроля сельскохозяйственной продукции. В этих случаях прибор используется со свинцовой насадкой на детектор.

Для обнаружения  радиоактивных веществ, измерения  уровней радиации на местности и  радиоактивного заражения объектов внешней среды используют приборы  типа ДП-5, СРП-88-Н и др.

Суммарные экспозиционные и поглощенные дозы облучения  измеряют дозиметрами комплектов ДП-22В, ДП-24, ДП-23А, ИД-1, ИД-11 и др. Индивидуальные дозиметры регистрируют индивидуальные дозы облучения, полученные за время пребывания на местности, зараженной радиоактивными веществами.

Принцип действия большинства полевых дозиметрических приборов (ионизирующих детекторов) основан на способности радиоактивных излучений ионизировать среду (газ), в которой они распространяются. Приборы, работающие на основе ионизационного метода, устроены в принципе одинаково и включают воспринимающее, усилительное, измерительное устройства и источники питания (рис. 5).

Воспринимающее  устройство - датчик или детектор излучений - предназначено для преобразования воздействующей на него энергии радиоактивных излучений в энергию другого вида - электрическую, химическую, световую. В качестве воспринимающего устройства в полевых приборах применяют ионизационные камеры и газоразрядные счетчики.

 

Ионизационная камера представляет собой герметическую емкость, заполненную воздухом, к которой подведен центральный электрод, изолированный от корпуса. Стенки камеры изготавливают из материалов, являющихся изоляторами, а с внутренней стороны покрывают токопроводящим материалом. От внешнего источника к камере подается напряжение электрического тока, создающего разность потенциалов между центральным электродом и токопроводящим слоем стенки камеры. Когда радиоактивных излучений нет, воздух между электродами служит изолятором и ток в цепи камеры отсутствует. Под воздействием радиоактивных излучений воздух в камере ионизируется и в цепи камеры появляется ионизационный ток. Величина его пропорциональна мощности дозы радиоактивного излучения, проходящего через камеру. В связи с тем, что этот ток очень мал, его усиливают, а затем измеряют микроамперметром. Ионизационная камера регистрирует гамма-кванты.

Газоразрядные счетчики - металлические или стеклянные цилиндры, стенки которых изнутри покрыты слоем токопроводящего материала (катод). Внутри цилиндра, вдоль оси, натянута металлическая нить (анод), изолированная от цилиндра. Из счетчика удаляют воздух, создается разряжение, после чего его частично заполняют аргоном или другим инертным газом. К металлической нити и токопроводящему слою подают напряжение электрического тока. В зависимости от вида регистрируемого излучения стенки счетчика изготавливают из различного материала: для регистрации гамма-излучения их делают из стекла, покрытого изнутри слоем меди; для регистрации мягкого бета-излучения и альфа-излучения торец счетчика закрывают мягкой фольгой или пленкой. В газоразрядных счетчиках используют принцип усиления газового разряда. Такие счетчики бывают двух видов: пропорциональные и гейгеровские.

Радиометр - рентгенометр ДП-5А

 

Рис. 6. Рентгенометр ДП-5 (измеритель мощности дозы)

1 – зонд, 2 –соединительный кабель; 3 – шкала прибора; 4 –переключатель  поддиапазонов; 5- тумблер подсветки  шкалы; 6 - ручка «Режим»; 7 – кнопка  сброса показаний; 8 – телефоны; 9- контрольный препарат

 

Прибор предназначен для измерения уровней гамма-лучей  на местности и степени радиоактивного заражения различных предметов  по гамма-излучению. Прибор состоит  из измерительного пульта и зонда, соединенного с пультом гибким кабелем, телефонов, удлинительной штанги, колодки питания, запасного имущества и технической  документации.

Измерительный пульт  радиометра - рентгенометра ДП-5А  состоит из панели, шасси с элементами электрической схемы, отсека питания, газоразрядного счетчика СИ-ЗБГ и  кожуха, изготовленного из высокопрочного стекловолокнита. На панели прибора  размещены: микроамперметр, переключатель  поддиапазонов, ручка регулятора режима работы "Режим", кнопка сброса показаний  микроамперметра "Сброс", тумблер  подсвета шкалы "Осв.", гнездо для  включения телефонов "Тлф." Под  микроамперметром находится корректор  механической его установки на нуль (рис. 7)

В нижней части  кожуха расположен отсек питания, в  котором размещаются три элемента 1,6-ПМЦ-Х-1,05, При работе прибора от посторонних источников постоянного  тока в отсек вставляется колодка  питания. Отсек закрывается крышкой, которая крепится четырьмя винтами. При работе от посторонних источников тока крышка снимается.

Зонд прибора  имеет цилиндрическую форму, герметичен. В зонде расположена монтажная  плата, на которой смонтированы элементы электрической схемы с двумя  газоразрядными счетчиками СИ-ЗБГ и  СТС-5. На плату надет стальной корпус с окном для обнаружения и  измерения бета-излучения. Окно заклеено этилцеллюлозной водостойкой пленкой. Зонд имеет поворотный экран, который  фиксируется в двух положениях: "Б" и "Г". В положении "Б" окно открыто, а в положении "Г" - закрыто.

При измерении  радиоактивного заражения различных  предметов к ручке зонда крепят удлинительную штангу, длину которой  можно регулировать в пределах 45—72см.

Футляр прибора  изготовлен из искусственной кожи. Он имеет два отсека: один для  размещения измерительного пульта, другой - для зонда. В крышке футляра имеется  окно из органического стекла для  наблюдения за показаниями прибора. С внутренней стороны на крышке помещены правила пользования прибором, таблица  допустимых величин заражения и  радиоактивный источник (для проверки работоспособности прибора).Диапазон измерений прибора - от 0,05 мр/ч до 200 р/ч разбит на шесть поддиапазонов (табл. 1).