Радиоактивные элементы

Средства измерений, независимо от того, имеют ли они шкалу или  выполнены в виде пороговых измерителей-сигнализаторов (мониторов), градуируются в единицах величин: активности радионуклидов, мощности эквивалентной дозы излучения и т.д. Градуировка шкалы или значение порога (для мониторов), установленные в процессе первичной поверки при выпуске из производства, не могут быть произвольно изменены пользователем. Средства измерений подлежат периодической поверке.   

Технические  средства  с  нормируемыми  характеристиками (ТСНХ) в отличие  от средств измерений градуируются в относительных единицах, например, скорости счета импульсов регистрации излучения, которая в зависимости от конкретной ситуации может соответствовать изменению плотности потока частиц или активности радионуклидов. Приборы типа ТСНХ имеют нормируемые характеристики, например линейность у шкальных приборов или вероятность ложных срабатываний у сигнализаторов. Порог сигнализаторов часто устанавливают соответствующим скорости счета радиационного фона в месте расположения сигнализатора, умноженной на нормированный коэффициент. При выпуске из производства для ТСНХ определяют значения нормируемых характеристик и заносят в паспорт. Приборы ТСНХ не подлежат периодической поверке, но в соответствии с ГОСТ 29074.-91 проводится их техническое обслуживание, включающее проверку значений нормированных характеристик, указанных в паспорте по методике, содержащейся в технической документации на прибор.

Индикаторы — это технические  средства, не имеющие нормированных характеристик, предназначенные для обнаружения наличия ионизирующего излучения или изменения его интенсивности в месте расположения индикатора. Порог индикатора устанавливается пользователем произвольно, в зависимости от конкретной задачи. Индикатор не подлежит поверке и в отношении него осуществляется самим пользователем контроль функционирования любым удобным способом, например с помощью контрольного источника.

Непременным условием представления  результата измерений является указание погрешности. В простейшем случае погрешность измерений указывается в техническом описании и инструкции по эксплуатации на прибор. В более сложных случаях, когда процесс получения результата регламентируется специальной методикой выполнения измерений, часто приводятся отдельные составляющие погрешности, связанные с такими этапами, как отбор пробы, ее подготовка к измерениям и т. д. В этом случае в методике приводится способ суммирования этих погрешностей с целью получения результирующего значения.

Общие требования к методикам  радиационного контроля,  устанавливают, что все частные методики выполнения измерений при радиационном контроле должны обеспечивать представление результатов и погрешности с доверительной вероятностью 0,95 (доверительная погрешность).

Для сопоставления измеренной величины (R) с уровнем вмешательства (N), а это может быть предел дозы, контрольный уровень мощности дозы, допустимая удельная активность пищевых продуктов, стройматериалов или какой-либо другой норматив, используется параметр соответствия (B) и погрешность его определения (DB). Этот параметр говорит о соответствии измеряемого объекта установленным пределам или нормативам. В случае, если объект измерения характеризуется единственным радиационным параметром:

B = R/N,  DB = DR, где DR — абсолютная доверительная погрешность определения R               (1)

Объект признается безусловно соответствующий нормативным требованиям,если

                                                           (2)

Объект должен признаваться безусловно несоответствующим нормативным  требованиям, если

                                                              (3)

Объект нельзя признать соответствующим  нормативным  требованиям при

                                                                 (4)

Однако, если при этом                                                                         (5)

то следует иметь  в виду, что при проведении более  точных измерений (т.е. при уменьшении значения DB, существует вероятность вместо соотношения (4) получить соотношение (2) и признать объект соответствующим нормативным требованиям.

Поэтому при одновременном  выполнении условий (4) и (5) заключение о несоответствии объекта нормативным  требованиям следует делать только в том случае, если результат радиационного контроля объекта удовлетворяет регламентированному для данного объекта требованию точности измерений. Для большинства задач радиационного контроля достаточным является требование .

Приборы радиационного контроля подлежат государственному контролю и надзору. Дозиметры и радиометры, применяемые для радиационной разведки, должны быть поверены в органах Государственной метрологической службы.

При работе с радиометрами и спектрометрами для определения  удельной активности радионуклидов  необходимо иметь эталонные источники. Они изготавливаются в ГНМЦ и  аттестуются на эталонных установках более высокого разряда. Эталонные  источники служат в качестве мер  активности, и измерения исследуемых  проб сводятся к сравнению с этими  мерами.

Для альфа- и бета-радиометров и спектрометров изготавливаются эталонные источники на плоских подложках с изотопами плутония или ⁹⁰Sr+⁹⁰Y. Для гамма-спектрометрии можно заказать как точечные источники ¹³⁷Cs и других радионуклидов, так и объемные источники с удельной активностью, измеренной с погрешностью от 3 до 10%. Объемные источники выпускаются заполненными в сосуд Маринелли, чашку Петри и в любой удобный для потребителя форме с плотностью в пределах 0,2-2,5 г/см³. Изготавливаются также насыпные меры с кубическими гранулами (размер ребра 1-3 мм, плотность 0,6-2,0 г/см³). Активность зафиксирована в гранулах, что исключает загрязнение оборудования и измерительных кювет.

В состав эталонных мер  могут быть включены следующие радионуклиды: ¹³⁷Cs, ¹³⁴Cs, ⁹⁰Sr+⁹⁰Y, ⁴⁰K, ²²⁶Ra, ²³²Th, ²⁴¹Am, ¹¹³Sn, ⁶⁰Co, ¹⁵²Eu, ¹³³Ba, ²³⁹Pu, ²²Na, ¹³⁹Ge, ⁵⁴Mn, ⁶⁵Zn, ¹⁰⁶Ru.

В качестве эталонной насыпной меры активности может быть использован также Стандартный образец радионуклидного состава на основе природной черноземной почвы (СОРН-ФП). Эта мера может быть использована не только в альфа-, бета- и гамма-радиометрии и спектрометрии, но и для контроля процесса радиохимической подготовки счетных проб. Аттестованными характеристиками являются удельная активность ²³⁸U, ²³⁴U, ²³²Th,^230Th, ²²⁸Th, ²²⁶Ra, ²²⁸Ra, ²²⁴Ra, ²¹⁰Rb^{, 210}Po, ⁴⁰K, ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ²³⁹Pu, ²⁴⁰Pu, ²³⁸Pu ²⁴¹Am, а также суммарная активность альфа- и бета-излучающих нуклидов. Уровень активности соответствует верхним уровням природного фона почв (ЕРН) и фона глобальных выпадений (антропогенные радионуклиды), что ниже минимально значимой удельной активности. Поэтому работа с такими образцами не требует разрешения органов Госсанэпиднадзора и МВД.

Альфа, бета и нейтронные дозиметры и радиометры. По применяемой классификации приборы, измеряющие характеристики ионизирующих излучений, делятся на дозиметры, радиометры и спектрометры.

К дозиметрам относятся приборы, измеряющие все дозовые характеристики, упомянутые выше. Это амбиентный эквивалент дозы, эквивалентная доза, экспозиционная доза и их мощности.

 К радиометрам и спектрометрам относятся приборы и установки, измеряющие активность радионуклидов в источниках, их производные величины, такие как удельная и объемная активность, а также плотность потока частиц.

Есть группа приборов, которые  носят название дозиметры-радиометры. Они измеряют как дозовые характеристики, так и плотность потока частиц, испускаемых измеряемым объектом. Такие приборы удобны как поисковые.

Спектрометры позволяют  не только зарегистрировать потоки альфа-, бета-частиц или гамма-квантов, но определить энергии частиц или фотонов гамма-излучения. По существу спектрометры, используемые при радиационном контроле, являются селективными радиометрами. По спектру излучения, выходящему из источника, можно определить радионуклидный состав пробы. Это необходимо, поскольку, как было показано выше, уровни реагирования часто зависят от соотношения радионуклидов в измеряемых веществах и материалах (вода, пищевые продукты, стройматериалы и т.д.).

В средствах радиационного  контроля используются детекторы с  газоразрядными, сцинтилляционными, полупроводниковыми и другими детекторами ионизирующих излучений в зависимости от решаемой задачи (диапазон измерений мощности дозы, счетный или спектрометрический режимы работы и т.д.).

Радиометрические и спектрометрические приборы для определения удельной и объемной активности. К этой группе приборов относятся измерители удельной активности почвы, сельскохозяйственной продукции, воды, стройматериалов, металлолома, объемной активности радона в воздухе и т.д.

Измерение удельной и объемной активности является более сложной задачей по сравнению с радиационной разведкой инспекционными приборами. Это связано, во-первых, со сравнительно низкими допустимыми концентрациями естественных радионуклидов и радионуклидов искусственного происхождения. Как следствие этого, необходимо в большинстве случаев производить непростую подготовку проб для концентрирования в счетном образце радионуклидов. Во-вторых, разными допустимыми уровнями концентрации различных радионуклидов. Поэтому необходимо привлекать спектрометрические методы, требующие для получения окончательных результатов применения средств вычислительной техники.

 Радиометры удельной и объемной активности твердых и жидких образцов. Радиометры активности являются наиболее простыми приборами, как правило, не требующими вычислительной техники для обработки результатов измерений. Вместе с тем, они могут применяться, когда радионуклидный состав пробы известен заранее. Либо они могут давать лишь ориентировочные данные об активности пробы, когда она содержит 2-3 радионуклида.

Типичным представителем гамма-радиометров является РКГ-02А со сцинтилляционным блоком детектирования, позволяющий определять удельную активность ¹³⁷Cs в продуктах питания непосредственно у производителя или продавца. Он недорог, имеет автономное питание; масса пульта с блоком детектирования составляет 18 кг. Диапазон измерений 18,5-10⁴ Бк/кг. Объем измеряемой пробы до 0,5л. Измеряемая проба не требует подготовки (концентрирования).

Альфа, и бета-радиометры как правило требуют предварительного концентрирования пробы, поскольку пробег бета- и в особенности альфа-частиц существенно меньше, чем гамма-квантов.

Для измерения содержания ⁹⁰Sr в продуктах питания и др. пробах органического происхождения может использоваться радиометр «Спектр-бета», а для определения суммарной альфа-активности нуклидов в образцах продуктов питания, почв, воды и др. «Спектр-альфа», основанные на сцинтилляционном методе детектирования.

На этом же принципе измерений  построены альфа-радиометр «Прогресс-АР».

Альфа-радиометры «Прогресс- БИО» и «Сигнал- БИО» используются для измерения содержания альфа-излучателей (плутония, изотопов урана) в биосубстратах после их радиохимического выделения.

«РАМОН-01» имеет мощное встроенное воэдухозаборное устройство и полупроводниковый альфа-детектор большой площади, что обеспечивает высокую оперативность измерений при хорошей чувствительности. Минимальная измеряемая активность составляет 4-5 Бк/м³, что существенно ниже допустимых пределов.

Прибор РГА-06 даст возможность  проводить длительные наблюдения за динамикой изменения концентрации радона в помещениях.

Комплект оборудования для  радиологического контроля состояния жилых и производственных помещений РЭКС-АЛЬФА позволяет измерять эквивалентную равновесную концентрацию радона, усредненную за период наблюдения (до 5сут) концентрацию радона, измерение мощности дозы гамма-иэлучения, поиск источников гамма- и бета-излучений. Комплект смонтирован в обычном кейсе.

Сигнализатор- экспозиметр  радона СЭР-01 предназначен для интегральных среднегодовых измерений ОАР и сигнализации превышения установленных пределов.

Дозиметрические и радиометрические приборы поиска источников излучений и оценки воздействия внешнего излучения.

Общие технические требования к этим приборам регламентируются ГОСТ28271-89 (Приборы радиометрические и дозиметрические  носимые. Общие технические требования и методы испытания.).  Согласно этому  стандарту доверительная погрешность  измерений не должна превышать 20%, а  погрешность за счет энергетической чувствительности к фотонному ионизирующему  излучению в диапазоне энергии 50 кэВ-3 МэВ не должна превышать 25%.

В последнее время появились  дозиметрические приборы для  измерений эквивалентной дозы фотонов  с энергией ниже 50 кэВ. Потребность в них возникла в связи с необходимостью оценки радиационной безопасности лиц, работающих с видеодисплейными терминалами, ПЭВМ, телевизорами и другой техникой, являющейся  источниками низкоэнергетического рентгеновского излучения. Требования безопасности при работе с этой техникой регламентированы в «Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным ЭВМ и организация работы. Санитарные правила и нормы. СанПиН2.2.2.5462.96.

В качестве детекторов излучений  в дозиметрических приборах  используются газоразрядные счетчики (счетчики Гейгера-Мюллера), либо сцинтилляторы — вещества, при прохождении через которые  ионизирующего излучения возникают  вспышки света, преобразуемые в  дальнейшем с помощью фотоумножителей в электрические импульсы.

Приборы с газоразрядными счетчиками компактны, относительно не дороги и надежны в эксплуатации. Однако они обладают невысокой чувствительностью. Поэтому для уменьшения статистической погрешности результата измерений  требуется большее время измерений (несколько десятков минут).