CC BY
42
УДК 614.8: 351.86+51
Н.П. Валуев, О.В. Лысова, И.А. Пушкин
АППАРАТУРА ДЛЯ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОГО КОНТРОЛЯ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ
Представлены характеристики средств высокопроизводительного контроля радиационной обстановки на основе высокочувствительных дозиметрических систем с порогом обнаружения менее 5 нЗв/ч. Показано, что наиболее эффективно использовать указанные приборы для обнаружения и пресечения несанкционированного перемещения радиоактивных материалов в различных транспортных средствах, для обследования загрязненных территорий и радиационно опасных объектов с помощью мобильных систем, для контроля водоёмов, портовых хозяйств и плавательных средств, для мониторинга радиационного фона в заданных местах наблюдений.
Ключевые слова: источники радиации, дозиметрия, мобильная система, водоёмы, порты, суда.
N. Valuev, O. Lysova, I. Pushkin EFFECTIVE TOOLS FOR RADIATION SITUATION CONTROL
The article offers characteristics of effective control radiation situation on the base of high-sensitivity dosimetry systems with a threshold of detection less than 5 nZv/h. These special tools are used for detection and interception of unapproved transporting of radioactive materials in various vehicles; survey of contaminated territories and radiation-dangerous objects using mobile systems; reservoirs, dock storages and floating crafts control; monitoring radiation background in specified observing sites.
Keywords: radiation sources, dosimetria, mobile system, water objects, ports, ships.
В настоящее время всё большую остроту приобретает проблема обеспечения радиоэкологической безопасности окружающей среды, территории крупных городов, проживающего в них населения. В результате функционирования ядерно-энергетического, оборонного и других промышленных комплексов, происшедших радиационных аварий накоплены огромные объёмы радиоактивных отходов, часть из которых, включая сырье с повышенным содержанием радионуклидов, несанкционированно вовлекается в переработку и использование. Особую обеспокоенность вызывают сырьевые материалы, в том числе металлические материалы, которые могут изготавливаться из металлолома, собираемого на различных территориях, в том числе в зоне отчуждения ЧАЭС. Существует реальная опасность использования ядерных и радиоактивных материалов в террористических целях.
Одним из путей обеспечения радиоэкологической безопасности является проведение эффективного радиационного мониторинга транспортных коммуникаций, радиационно опасных объектов, городских территорий, объектов строительства, складских хозяйств, домостроительных комбинатов, предприятий по переработке промышленных и бытовых отходов, материалов и изделий, используемых в строительстве. Решение этой проблемы возможно за счёт использования высокопроизводительных автоматизированных систем дозиметрического контроля с порогом обнаружения менее 5 нЗв/ч [1 - 2].
Используемые в настоящее время средства радиационного мониторинга не в полной мере обеспечивают решение проблемы оперативного автоматизированного мониторинга радиационной обстановки, не обладая необходимыми производительностью и чувствительностью. В связи с этим представляется актуальным определение возможностей проведения оперативного высокопроизводи-
Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2010'2
тельного мониторинга с помощью высокочувствительных систем радиационного контроля, порог обнаружения которых не превышает 4 нЗв/ч.
В рамках данной работы проведены исследования возможности использования систем дозиметрического контроля на основе высокочувствительных сцинтилляционных детекторов для решения задач обследования различных территорий с помощью мобильных средств и поточного контроля транспорта с помощью стационарной системы. Стационарная система радиационного контроля представляет собой в стандартном варианте два неподвижно установленных детектора излучения, компьютер с интерфейсными картами, блок световой и звуковой сигнализации, комплект кабелей. Детекторы располагают с обеих сторон пути, по которому следуют транспортные средства с контролируемым материалом. Детекторы при помощи кабелей подключаются к компьютеру, установленному в помещении на некотором удалении (до 500 м) от зоны контроля.
В режиме обследования территорий система содержит устанавливаемые на автомобильном шасси два пластиковых гамма-детектора прямоугольной формы, размеры чувствительной поверхности которого составляют 200 х 500 мм, а объём 5л. Используется съёмная конструкция, позволяющая быстро (за 2 - 3 мин) установить детекторы в автомобиль и произвести их демонтаж. В каждом детекторе используются по два фотоэлектронных умножителя, включенных в схему совпадений. Параметры детекторов отражены в табл. 1.
Наличие двух гамма-детекторов повышает надёжность контроля, а также увеличивает функциональные возможности контроля за счёт различных вариантов размещения детекторов, в том числе с противоположных сторон транспортного средства.
Таблица 1
Технические характеристики гамма-детекторов
Чувствительность к излучению нуклидов, имп.-см2/квант
Cs-137 360
Am-241 300
Co-60 310
Рабочий температурный диапазон, °С - 40 - + 50
Габариты, мм 760x250x120
В системе используется модифицированная программа Power Graph, обеспечивающая выполнение следующих функций:
запись и архивирование результатов измерения мощности дозы излучения в процессе обследования территорий в графическом и цифровом виде с фиксацией даты, времени, текущего значения мощности дозы излучения при использовании одновременно до 4 детекторов с возможностью варьирования времени усреднения регистрируемых данных в диапазоне от 0,05 до 500 с;
формирование сигналов тревоги при превышении пороговых значений мощности дозы по абсолютной величине, по приращению над фоном, по скорости нарастания сигнала;
управление внешними устройствами, например, блоком звуковой и световой сигнализации;
использование произвольной скорости записи;
аппаратная и программная синхронизация сбора данных;
установка текстовых меток на ленте записи;
ввод и хранение текстовой информации;
22 -
Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2010'2
выбор формата значений шкалы времени; независимое позиционирование и масштабирование графиков; выделение любого участка данных для анализа; прореживание и усреднение данных во времени;
обширная библиотека функций цифровой обработки, регистрируемой информации; определение значений мощности дозы излучения по графикам с помощью скользящих мар-
керов;
гистограмма распределения зарегистрированных величин мощности дозы; библиотека статистических функций анализа данных; печать графиков и текстов; импорт и экспорт файлов.
Существующие стационарные высокочувствительные системы радиационного мониторинга (Вюгоп, ЕЬегНпе, ExpJoranium, Янтарь-2Л и др.), способные обнаруживать радиационные источники, мощность дозы излучения которых на поверхности детектора не превышает 5 - 6 нЗв/ч, обладают значительными габаритами (до 2 м) и массой (до 500 кг). Размеры детекторов стационарной системы, используемой в настоящей работе, не превышают 1 м, а масса - 40 кг. Это позволяет создать мобильную модификацию, которую можно быстро доставить в заданный пункт, например, на стройплощадку, развернуть её в зоне контроля и осуществлять поточный контроль транспортных средств с грунтом, строительными материалами и изделиями.
Применение высокочувствительных систем при обследовании территорий с помощью мобильных средств позволяет:
повысить в несколько раз чувствительность обнаружения локальных радиационных аномалий; повысить скорость проведения съёмки;
повысить временное разрешение до 0,1 с и обеспечить возможность выявления локальных аномалий на фоне сигналов от расположенных вдоль маршрута каменных строений;
обеспечить возможность обнаружения источников, находящихся как в попутном, так и во встречном транспорте;
обеспечить непрерывность записи МЭД при движении автомобиля (частота квантования сигнала может превышать 100 Гц), что позволит фиксировать различные детали в распределении МЭД по всему маршруту.
При проведении мобильной съёмки оптимально использовать два высокочувствительных детектора, располагаемых с противоположных сторон автомобиля.
Мониторинг с использованием плавательных средств
В связи с существенно более низким уровнем фона на воде и его высокой стабильностью представляется перспективным применение высокочувствительных систем для проведения радиоэкологического мониторинга по водным маршрутам. В данном случае вполне достижима возможность контроля МЭД при величине стандартного отклонения 0,3 - 0,5 нЗв/ч. Детекторы системы могут располагаться выше и ниже ватерлинии. В первом случае можно осуществлять контроль попутных и встречных плавательных средств, а также располагаемых по берегам портовых, складских хозяйств и промышленных объектов. Во втором случае возможен контроль радиоактивности воды, например, в зонах различных стоков.
При контроле надводных объектов возможно обнаружение радиационных источников активностью 20 мкКи по Ra-226 на расстоянии 10 м, около 70 мкКи - на расстоянии 20 м, около 0,3 мКи -
- 23
Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2010'2
на расстоянии 40 - 45 м. Возможен также контроль уровня радиоактивности различного сырья и материалов в сухогрузах.
При обследовании водных маршрутов возможен контроль радиоактивности воды. Система способна обнаруживать наличие радионуклидов при их содержании 5 - 7 Бк/л по Ra-226. Это даст возможность своевременно выявить радиоактивное заражение воды в процессе движения плавательного средства с детектирующей системой без отбора и длительного анализа водных проб.
Воздушная съёмка
Масса детектора системы не превышает 13 кг при габаритах 220х750х140 мм. Возможно создание мобильной однодетекторной модификации массой до 20 кг. Такая модификация может быть установлена на беспилотных летательных аппаратах. Система способна обнаруживать источник Cs-137 активностью 3 мКи при высоте полета 50 м и скорости около 100 км/ч.
Контроль перемещения грузов, сырья, материалов, строительных изделий, промышленных и бытовых отходов
Одним из эффективных применений высокочувствительных систем является автоматизированный поточный контроль транспортных средств с различными грузами, в том числе с грунтом, вывозимым со стройплощадок. Эти же системы могут использоваться для контроля строительных материалов и изделий, ввозимых на стройплощадку. Время контроля одного транспорта не превышает 10 - 15 с. При пороге обнаружения 4 нЗв/ч система способна выявить в транспорте источники активностью 2 - 3 мкКи по Иа-226. Кроме того, возможно своевременно обнаруживать перемещение материалов, содержание радионуклидов в которых превышает действующие нормы. Минимальный порог обнаружения в данном случае будет соответствовать удельной активности по Иа-226 около 100 Бк/кг. Возможна установка более высоких порогов, соответствующих, например, величине 370 Бк/кг.
Использование высокочувствительных систем обеспечивает проведение массового высокопроизводительного контроля перемещаемых грузов. По сравнению с обследованием транспортных средств с помощью переносных дозиметров-радиометров время контроля уменьшается в десятки -сотни раз с существенным снижением трудозатрат.
Контроль радиационной обстановки
Стандартное отклонение показаний высокочувствительных систем при времени усреднения 0,5 - 4 с составляет 0,5 - 1,5 нЗв/ч. В связи с этим возможно использование систем в качестве быстродействующих датчиков радиационного фона, способных своевременно реагировать на быстрые изменения уровня фона, например, при выбросах радиоактивности или перемещении через зону контроля радиоактивных объектов. Порог срабатывания таких датчиков не превышает 10 % от уровня фона при времени измерения 1 - 2 с.
Литература
1. Валуев Н.П., Пушкин И.А. Высокочувствительные системы динамического радиоэкологического контроля // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. Научный журнал. Новогорск: АГЗ МЧС России. № 4. 2009 - С. 60 - 65.
2. Валуев Н.П., Мойш Ю.В., Никоненков Н.В., Углов В.А. Устройство для радиационного контроля движущихся объектов. Патент РФ № 2007146253, 2010 г.
Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2010'2
