ОСНОВЫ ДОЗИМЕТРИИ ОСНОВЫ ДОЗИМЕТРИИ Лекция 10. ПРИБОРЫ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ Носовский Анатолий Владимирович д-р. техн. наук, проф.

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля2 Приборы лабораторного анализа На АЭС обычно существует несколько лабораторий, выполняющих дозиметрические, радиометрические и спектрометрические измерения радиоактивных проб. Конкретные наименования лабораторий зависят от задач управления радиационной безопасностью. Для успешного решения своих задач лаборатории радиационного контроля должны быть оснащены наиболее современной измерительной аппаратурой. Большинство радиометрических измерений выполняется с помощью приборов счета числа импульсов и скорости импульсов УИМ2-2, УИМ2-3, ПСО2-4, ПСО2-5.

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля3 Приборы лабораторного анализа Другие характеристики Диапазон измерения Назначение Наименование прибора, тип Перечень приборов для лабораторного радиационного контроля Автоматическое переключение 8 поддиапазонов скорости счета и сигнализация о превышении ее заданных пороговых значений – с 1 Измерение средней скорости счета, импульсов блоков детектирования -, -, - и нейтронного излучения Измерители скорости счета: УИМ2-2, УИМ2-3, «Актиния» Автоматическая экспозиция по времени и набору импульсов Объем регистрации 1–10 6 имп.; максимальная частота – имп./с Измерение числа импульсов, частоты следования импульсов, временного интервала Приборы счетные одноканальные ПСО2-4, ПСО2-5

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля4 Приборы лабораторного анализа 7, –7, Бк/м 2 1, –3, Бк/л 7, –3, Бк/м 3 Измерение концентрации - и - активных изотопов в твердых, жидких и газообразных средах Радиометры КРК-1-1, КРК-1-01 Продолжение таблицы Производство Финляндии Для жидкости – Ки/кг Измерение активности газов, аэрозолей, жидкости -спектрометр «Nokia» 50–1500 кэВ Измерение содержания радионуклидов в организме человека Спектрометр излучений человека (СИЧ) «Канберра» Производство «АтомКомплекс Прилад» (Киев) Спектрометрия -, -, -излучения Универсальные спектрометры

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля5 Измерение радиоактивных газов Газоаэрозольные выбросы в атмосферу нормально работающей АЭС разделяют на: технологические выбросы – газовые сдувки из первого контура, эжекторные газы турбин, газовая продувка активной зоны и металлоконструкций, сдувки из систем спецгазоочистки и другого технологического оборудования, бассейнов выдержки сдувки системы спецводоочистки; выбросы, связанные с вентиляцией помещений АЭС – обусловлены незначительным поступлением этих газов и аэрозолей из необслуживаемых технологических помещений в полуобслуживаемые и обслуживаемые помещения АЭС, а также выделением газов и аэрозолей в воздух при пробоотборе теплоносителя.

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля6 Измерение радиоактивных газов Т 1/2 -излучение -частицы ( -частицы) ДК А, Бк/м 3 Радиоактивный газ 1,8 ч1,371,18 7, Ar Физические параметры некоторых радиоактивных газов Энергия, МэВ 5,3 сут.0,0850,34 3, Xe 8,06 сут.0,364 (80 %)0,59531,1 131 I 10,6 года–0,74 3, Kr 12,26 года–1,018 11, H3H 5760 лет–0,156 13, C 3,82 сут.– 5,486 12,3 222 Rn 54,5 с– 6,2823, Tn

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля7 Измерение радиоактивных газов Измерение концентрации РБГ основано на счете отдельных -частиц или -квантов и на измерении ионизационного тока, создаваемого этими частицами (квантами). Для практического использования при отборе проб и радиометрии -активных газов удобны переносные цилиндрические камеры с торцовым счетчиком и складывающимися стенками из тонкого полиэтилена. Размеры камеры составляют: радиус 15 см, высота 30 см. Масса камеры не превышает 1 кг. Исследуемый воздух засасывается в камеру через отверстие, закрытое аэрозольным фильтром, при ее раскладывании (действует подобно мехам).

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля8 Измерение радиоактивных газов Концентрация К газа в такой камере с торцовым счетчиком определяется по формуле Минимальная регистрируемая этой камерой концентрация находится в пределах [(0,8–1) 10 9 Ки/л (3–3,7) 10 4 Бк/м 3 ] для 41 Ar, 85m Kr, 88 Kr, 135 Xe. где – коэффициент, зависящий от выбранных единиц измерения; n – скорость счета -частиц; – коэффициент, зависящий от граничной энергии -частиц, толщины окна торцового счетчика и размеров камеры с газом; S – рабочая площадь входного окна счетчика; V – объем камеры.

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля9 Измерение радиоактивных газов Исключительно низкая допустимая концентрация 131 I вызывает большие осложнения при его измерении. Один из методов состоит в прокачке контролируемого воздуха последовательно через два слоя тонковолокнистой противоаэрозольной фильтрующей ткани типа ФП. Первый слой улавливает все радиоактивные аэрозоли (в т.ч. и ту часть йода, которая присутствует в воздухе в форме аэрозолей), а второй, пропитанный поташем или едким калием, улавливает парообразный йод. Выделив из первого фильтра йод радиохимическим путем, измеряют эту пробу и второй фильтр на радиометрической установке и находят, таким образом, удельную активность йода в прокачанном воздухе. Чувствительность метода порядка Ки ( Бк) при фильтрации 1 м 3 контролируемого воздуха, что может быть достигнуто за 20 мин. при скорости прокачки 50 л/мин.

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля10 Измерение радиоактивных газов Один из методов состоит в измерении -излучения щитовидной железы человека, находившегося в зоне, загрязненной парами и аэрозолями йода. Находясь на небольшой глубине от поверхности тела, щитовидная железа, концентрирующая в себе 131 I, не полностью поглощает его излучение. Регистрируя излучение с помощью сцинтилляционного счетчика с кристаллом йодистого натрия в свинцовом коллиматоре, можно определить интенсивность -квантов с энергиями 0,36 и 0,64 МэВ и на этой основе найти активность 131 I в щитовидной железе. Прибор такого типа позволяет обнаруживать у людей 3,5 нКи (130 Бк) этого излучателя.

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля11 Измерение радиоактивных аэрозолей Радиоактивными аэрозолями называются любые взвешенные частицы, находящиеся в воздухе и имеющие естественную или искусственную радиоактивность. аэрозоли с твердой дисперсной фазой (пыль различных радиоактивных веществ, дым); аэрозоли с жидкой дисперсной фазой (пар, туман или аэрозоли конденсации). В зависимости от агрегатного состояния различают

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля12 Измерение радиоактивных аэрозолей Радиоактивные аэрозоли образуются: в процессах производства и обработки радио- активных материалов (дробление, механическая обработка, выпаривание, кипячение и т. п.); при взрывах атомных и водородных бомб; при взаимодействии космического излучения с атмосферной пылью.

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля13 Измерение радиоактивных аэрозолей Важнейшими источниками радиоактивных аэрозолей являются ядерный реактор и ядерное топливо АЭС. При нарушении целостности защитной оболочки ТВЭЛ продукты деления могут попасть в теплоноситель первого контура. В этом случае появится реальная опасность загрязнения воздуха нелетучими веществами (стронций, барий, лантан, цирконий, рутений, церий и др.). В результате активации продуктов коррозии оборудования первого контура АЭС, в теплоносителе могут находиться радионуклиды 51 Cr, 54 Mn, 58 Co, 59 Fe, 60 Co, 65 Zn, 98 Zr и др., короткоживущие радионуклиды 16 N, 18 F, 24 Na, 42 K и др., которые не представляют опасности при выходе в окружающую среду, и долгоживущий тритий в небольшом количестве вследствие активации дейтерия и ядерной реакции, происходящей на боре (борсодержащие материалы применяются для регулирования мощности реактора).

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля14 Измерение радиоактивных аэрозолей Свойства аэрозольных частиц зависят от их размера. По дисперсности аэрозоли можно разделить на три группы: крупнодисперсные (неустойчивые) частицы (d = 10 мкм и более) быстро оседают, поэтому находятся в воздухе недолго; среднедисперсные (относительно устойчивые) частицы (d = 1–10 мкм) медленно оседают в неподвижном воздухе, поэтому находятся во взвешенном состоянии различное время в зависимости от размера частиц и их концентрации; мелкодисперсные (устойчивые) частицы (d < 1 мкм) движутся подобно молекулам воздуха, т. е. подчиняются законам броуновского движения.

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля15 Измерение радиоактивных аэрозолей Т 1/2 -излучение -частицы ( -частицы) ДК А, Бк/м 3 Радионуклид 50,5 сут.–1,46 10, Sr Физические параметры радиоактивных аэрозолей Энергия, МэВ 28 лет–0,535 4, Sr 64,8 ч–2,26 3, Y 57,5 сут.–1,55 11, Y 30 лет0,660,55 5, Cs 13 сут.0,5291,05 16, Ba 138,5 сут.0,773 5,334, Po 1622 года0,19 4,799, Ra 2, лет 0,42 5,1533, Pu

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля16 Измерение радиоактивных аэрозолей При измерении объемной активности аэрозолей на уровне ДК А и ее долей необходимо концентрировать радионуклиды из большого объема воздуха. Концентрирование аэрозолей производится на поверхности мембранных фильтров. Широкое распространение для контроля аэрозолей и очистки от них воздуха получили тонковолокнистые фильтры ФП, на которых достигается практически одинаковое улавливание аэрозольных частиц любых размеров вплоть до свободных атомов с эффективностью почти 100 %, т. е. вероятность присоединения частиц к волокнам у фильтра ФП близка к единице.

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля17 Измерение радиоактивных аэрозолей Назначение Сопро- тивле- ние, Па Рабочая поверх- ность см 2 Материал Марка фильтра Характеристики некоторых аналитических фильтров АФА Максима- льная нагрузка, л/мин. Радиометрическое определение концентрации радиоактивных аэрозолей при повышенной температуре 40–6020 ФПА-15-2,0 АФА-РМА Радиоспектрометрическое определение радиоактивных аэрозолей 40–6040 ФПП-15-1,7 АФА- РСП Определение аэрозолей и паров молекулярного радиойода 30–753 ФП с добавлением измельчен- ного угля и AgNO 3 АФАСИ –

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля18 Измерение радиоактивных аэрозолей Измерив объем воздуха V (м 3 ), пропущенного через тот или иной фильтр, и определив радиометрическим методом абсолютную активность фильтра А (Бк), устанавливают концентрацию аэрозолей в воздухе Q (Бк/м 3 ) по формуле

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля19 Измерение радиоактивных аэрозолей Установка, предназначенная для определения концентрации радиоактивных аэрозолей, состоит из следующих основных узлов: фильтр; устройство для прокачивания воздуха; прибор для измерения скорости или объема прокачиваемого воздуха; детектор и счетная установка для определения активности.

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля20 Измерение радиоактивных аэрозолей Объемную активность Q радиоактивных аэрозолей в воздухе по активности, осажденной на фильтре, можно рассчитать по формуле где N, N эт – число импульсов в секунду за вычетом фона при измерении активности фильтра и при измерении эталон- ного источника известной активности соответственно; А эт – активность эталонного источника, Бк; N эт /A эт = f – эффективность счета установки; – эффективность фильтра; – поправка на самопоглощение детектируемого излучения в объеме фильтра; V – объем прокачанного воздуха, м 3.

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля21 Измерение нейтронного излучения Для регистрации нейтронов можно использовать различные виды вторичных излучений, возникающих в результате ядерных реакций или рассеяния нейтронов на ядрах с передачей им энергии. Тепловые нейтроны регистрируют с использованием реакций 10 В(n, ) 7 Li, 6 Li(n, ) 3 H, 3 He(n, p) 3 H. Детектор тепловых нейтронов можно превратить в детектор быстрых нейтронов, окружив его слоем замедлителя нейтронов, то есть веществом с большим содержанием водорода (например, парафин или полиэтилен).

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля22 Измерение нейтронного излучения Для регистрации быстрых нейтронов широко используют сцинтилляционные счетчики со специальными сцинтилляторами. Быстрые нейтроны при упругом рассеянии на ядрах водорода передают им большую часть своей энергии, которая тратится на ионизацию водородсодержащей среды. Поэтому органические сцинтилляторы, содержащие большое количество атомов водорода (например, стильбен), обладают высокой эффективностью регистрации быстрых нейтронов.

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля23 Измерение нейтронного излучения Для регистрации быстрых нейтронов, применяют сцинтилляторы, содержащие водород и бор. Быстрый нейтрон после нескольких упругих столкновений с ядрами водорода теряет свою энергию и становится тепловым. В результате счетчик регистрирует протоны отдачи, возникающие вследствие взаимодействия быстрых нейтронов с ядрами водорода, а также -частицы и ядра лития, возникающие в ядерной реакции 10 B(n, ) 7 Li в результате взаимодействия тепловых нейтронов с бором.

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля24 Сцинтилляционный счетчик нейтронов с шаровым замедлителем состоит из ФЭУ 4 с экраном 5, предусилителя 6, световода 3, сцинтиллятора 6 LiI(Eu) 2 со сменными полиэтиленовыми шаровыми замедлителями 1. Измерение нейтронного излучения

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля25 Измерение нейтронного излучения Для измерения плотности потока нейтронов в активной зоне реактора применяются детекторы нейтронов прямой зарядки (ДПЗ). Эти детекторы основаны на первичных эффектах: захвате нейтронов и -распаде (захват нейтронов сопровождается мгновенным испусканием -излучения и эмиссией из возбужденных ядер высокоэнергетических электронов); выходе электронов отдачи и фотоэлектронов при поглощении внешнего -излучения.

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля26 Эмиттер 2 выполняется из материалов (родий, ванадий), в которых под действием нейтронного облучения образуются заряженные частицы. С эмиттера частицы переходят на коллектор 3 (нержавеющая сталь), создавая разность потенциалов, которая определяет ток, измеряемый прибором 8, пропорциональный измеряемой плотности потока нейтронов. Объем между эмиттером и коллектором заполняется изолятором 1 из окиси алюминия. Измерение нейтронного излучения Детектор нейтронов прямой зарядки

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля27 Счетчик излучения человека Главными способами контроля внутреннего облучения персонала являются: методы биофизического контроля (радиометрия проб крови и выделений из организма); прямые измерения содержания или поступления радиоактивных веществ в организм, осуществляемые при помощи счетчиков или спектрометров излучения человека (СИЧ).

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля28 Счетчик излучения человека Классификация внутренних загрязнений Радиоактивные загрязнения НерастворимыеРастворимые Вода телаСпецифичный органКости

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля29 Счетчик излучения человека с жидким сцинтиллятором Счетчик излучения человека

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля30 Основные типы геометрии измерения активности, инкорпорированной в теле человека Счетчик излучения человека

Основы дозиметрии. Лекция 10. Приборы радиационного контроля31 Счетчик излучения человека Счетчик излучения человека с теневой защитой