11. Использование приборов радиационного мониторинга

11. Использование приборов радиационного мониторинга

1. Приборы, используемые для радиационного мониторинга

1.1              Типы детекторов

Детекторы ионизирующего излучение – это часть прибора, которая взаимодействует с падающим излучением и превращает энергию во что-то (обычно свет или электрический заряд), что может быть измерено. Изучая Модуль 1.5 «Методы регистрации ионизирующего излучения», Вы получили базовые знания о том, как работают следующие типы детекторов:

  • Газонаполненные детекторы (ионизационные камеры, пропорциональные счетчики, счетчики Гейгера-Мюллера);
  • Твердотельные детекторы; и
  • Сцинтилляционные детекторы.

1.2              Типы приборов

Приборы, измеряющие ионизирующее излучение, должны регистрировать и определять количественно облучение от источников излучения вне тела человека, а также регистрировать и определять количественно загрязнение, которое может попасть в организм и вызвать внутреннее облучение. Поэтому на рабочем месте используются два типа измерительных приборов:

  • Дозиметры, измеряющие мощность дозы (для внешней опасности); и
  • Измерители загрязнения (радиометры) (для внутренней опасности).

Как Вы помните из Модуля 1.5 «Методы регистрации ионизирующего излучения», другие приборы (называемые спектрометрами) могут использоваться для целей спектрометрии (т. е. для разделения по энергиям и, следовательно, для идентификации радионуклидов). Так как использование этих приборов дело достаточно сложное, то они не рассматриваются в этом модуле.

1.2.1        Дозиметры, измеряющие мощность дозы

Дозиметры, измеряющие мощность дозы, включают детектор, способный регистрировать проникающее излучение и некоторые из них бета-частицы. На Рисунке 1 показаны два типичных дозиметра, измеряющих мощность дозы.

Большинство дозиметров, измеряющих мощность дозы, измеряют мощность дозы гамма- и рентгеновского излучений, а те, которые имеют тонкое входное окно, так же могут измерять мощность дозы бета-излучения. Как Вы должны помнить из Модуля 2.2 «Защита от внешних радиационных опасностей», альфа-частицы не могут проникать через кожу и, следовательно, не представляют внешней радиационной опасности. Поэтому мониторинг мощности дозы для этих частиц не нужен. Контролировать нейтроны еще более сложно, потому что они не вызывают ионизацию непосредственно. Поэтому измерение мощности дозы от нейтронов обычно происходит специально сконструированными дозиметрами нейтронов (как обсуждается в Модуле 1.5 «Методы регистрации ионизирующего излучения»). Так как мониторинг нейтронного излучения менее распространен при обычных обследованиях, то использование таких специализированных приборов для детектирования нейтронов в этом модуле не обсуждается.

Наиболее общераспространенная единица в старых дозиметрах, измеряющих мощность дозы, это мбэр/ч и наиболее простой способ для запоминания перевода мбэр/ч в мкЗв/ч:

 

1 мбэр/ч = 10 мкЗв/ч

 

Например, если дозиметр показывает мощность дозы 0.75 мбэр/ч, это равно 7.5 мкЗв/ч (т. е. 0.75 x 10 мкЗв/ч).

Некоторые специализированные дозиметры, измеряющие мощность дозы, используемые для дозиметрии при мониторинге окружающей среды, могут давать информацию в единицах микрогрей в час (мкГр/ч). Несмотря на то, что в этом случае специалисты для пересчета показаний в  мкЗв/ч используют коэффициенты, которые зависят от энергии излучения и облучаемого материала, для большинства измерений мощности дозы от источников гамма- или рентгеновского излучений, связанных с безопасностью, обычно принимается, что Грей (Гр) и Зиверт (Зв) одно и то же.

Для большинства измерений мощности дозы от источников гамма- или рентгеновского излучений, связанных с безопасностью:

1 мГр = 1 мЗв

 

Краткий обзор единиц дан в Справочном материале R1. Они будут обсуждаться более подробно в Модуле 2.5 «Индивидуальная дозиметрия».

Отметим, что детекторы в дозиметрах, измеряющих мощность дозы, фактически измеряют эффект воздействия ионизирующего излучения на материал детектора. Однако, в радиационной защите нас больше интересует влияние излучения на человека. В действительности, если Вы помните Модуль 2.1 «Принципы радиационной защиты», дозовые пределы приведены в терминах эффективной дозы в год (величина, описанная в Модуле 2.5, используется для описания доз, полученных человеком). Итак, для того, чтобы оценить эффективную дозу от отдельного источника, нам необходимо знать эффекты в тканях и органах тела. Конечно, их очень сложно оценить и невозможно измерить. Чтобы это преодолеть, дозиметры, измеряющие мощность дозы, определяют операционную величину, называемую мощностью эквивалента амбиентной дозы. Взаимосвязь между эффективной дозой и эквивалентом амбиентной дозы достаточно сложная и основана на многих предположениях, поэтому мы не будем вдаваться в детали в этом модуле. Однако, достаточно сказать, что измерение эквивалента амбиентной дозы дает разумное (приемлемое) приближение эффективной дозы.

 

Дозиметры, измеряющие мощность дозы, измеряют операционную величину мощность эквивалента амбиентной дозы. Для большинства применений эти измерения дают хорошее приближение мощности эффективной дозы на тело человека.

Итак, когда мы измеряем мощность эквивалента амбиентной дозы с помощью дозиметра, мы на самом деле получаем хорошую аппроксимацию мощности эффективной дозы на тело человека. Однако, для корректности следует еще раз отметить, что термин «доза», используемый в этом модуле, обозначает эквивалент амбиентной дозы (где эквивалент амбиентной дозы – это операционная величина, измеряемая приборами для зонного мониторинга).

Единственный способ определить общую дозу с помощью дозиметра, измеряющего мощность дозы, – это умножение времени облучения на измеренную мощность дозы (как обсуждалось в Модуле 2.2 «Защита от внешних радиационных опасностей»). Некоторые дозиметры, измеряющие мощность дозы, могут суммировать (или интегрировать) дозу, полученную за данное время и получать значение накопленной дозы в мкЗв. Такие приборы называются интегрирующими или электронными дозиметрами, и они особенно полезны при мониторинге индивидуальных доз (индивидуальном дозиметрическом контроле), а не при зонном мониторинге. Интегрирующие дозиметры легкие и портативные, так как они обычно в качестве детектора используют маленький счетчик Гейгера-Мюллера или кремниевый PIN-фотодиодный детектор.

Интегрирующий дозиметр рекомендуется использовать при мониторинге внешней опасности от рентгеновских генераторов. Потому, что мощность дозы в этом случае может быстро изменяться со временем и дозиметры, измеряющие мощность дозы, не могут обеспечить правильный ответ о накопленной дозе в таких полях излучения.

1.2.2        Измерение радиоактивного загрязнения (радиометры)

На рабочем мете применяются два вида радиометров:

  • Радиометры загрязненности поверхности (для измерения уровня загрязнения поверхностей); и
  • Радиометры загрязненности воздуха (для измерения загрязнения в воздухе).

Какой бы вид прибора Вы бы ни использовали, важно помнить, что ни один радиометр не может измерять все виды присутствующего загрязнения и на поверхности и в воздухе, при этом ни одни прибор не обладает 100% эффективностью). Каждый прибор будет иметь различную эффективность (в диапазоне от 0% до приблизительно 30%) для различных радионуклидов, и важно знать, что некоторые приборы не будут определять некоторые радионуклиды.

!

Ни один прибор для мониторинга загрязнений не имеет 100% эффективности, а некоторые радиометры не будут регистрировать некоторые радионуклиды.

1.2.2.1              Радиометры загрязненности поверхности

Радиометры загрязненности поверхности должны быть в состоянии регистрировать присутствие низких уровней радиоактивных веществ на поверхностях. Это чрезвычайно важно, если радионуклиды – альфа-излучатели, так как даже низкие концентрации могут поступать в организм, вызвая значительную дозу внутреннего облучения.

A =  Сцинтилляционный датчик ZnS

B =  Счетчик Гейгера-Мюллера с тонким входным окном

C =  Радиометр

Радиометры загрязненности поверхности обычно состоят из монитора, соединенного с детектором (или датчиком), который способен измерять различные виды излучений.

Регистрация излучения с помощью радиометра происходит от присутствующего поверхностного загрязнения на площади под датчиком. Это общее загрязнение на этой площади и состоит из фиксированного и нефиксированного загрязнений. Хотя присутствие любого загрязнения нежелательно, более важно знать величину нефиксированного загрязнения, так как этот радиоактивный материал может попасть в организм человека и вызвать внутреннее облучение.

Фиксированное загрязнение – это радиологическая проблема, если оно становится нефиксированным или мощность дозы от него значительна. Раздел 5 этого модуля расскажет от том, как определять уровни фиксированного и нефиксированного поверхностного загрязнения.

Большинство радиометров загрязненности поверхности представляет результат в импульсах в секунду (имп./с) или импульсах в минуту (имп./мин). Однако, более важно знать, каков уровень поверхностного загрязнения в терминах активности на единицу площади (т.е. в единицах беккерели на квадратный сантиметр (Бк/см2) или беккерели на квадратный метр (Бк/м2)), так как это позволит Вам сравнивать измеренные Вами уровни загрязнения с предельными уровнями, установленными в национальных или международных нормативных документах. И так, если Вы измеряете в имп./с или имп./мин, Вам будет необходимо перевести эти величины в Бк/см2 или Бк/м2 (смотрите Раздел 5 этого модуля).

Отметим, что некоторые радиометры загрязненности поверхности показывают данные напрямую в беккерелях на квадратный сантиметр (Бк/см2). Однако, когда используется этот вид прибора, Вы должны удостовериться, что он подходит для измеряемого радионуклида (т.е. что он был откалиброван по этому радионуклиду – смотрите Раздел 1.3 этого модуля), иначе величина загрязнения, показанная радиометром, может быть неверной.

При использовании радиометра загрязненности поверхности, который показывает в Бк/см2 Вы должны удостовериться, что прибор был откалиброван по измеряемому радионуклиду.

 

1.2.2.2              Радиометры загрязненности воздуха

Радиометры загрязненности воздуха должены быть в состоянии регистрировать и определять количественно радиоактивное загрязнение воздуха, так как это загрязнение может причинять ущерб человеку. Загрязнение воздуха может быть связано и с внутренней, и с внешней радиационной опасностью, так как загрязнение из воздуха может поступать в организм не только ингаляционным путем (внутренняя опасность), но и при нахождении в облаке радиоактивных газов и аэрозолей можно получить значительную дозу внешнего облучения (внешняя опасность).

Мониторинг загрязненности воздуха более сложен, чем мониторинг поверхностного загрязнения, так как загрязненность воздуха может существовать в трех формах:

  • твердые частицы (т.е. состоит из таких частиц, как пыль или дым);
  • газы (т.е. состоит из газообразных радионуклидов); или
  • пары (т.е. состоят из мелких капелек жидких радионуклидов).

Для каждого вида загрязнения воздуха процесс мониторинга слегка различается. Однако, в общем, мониторинг загрязненности воздуха включает две стадии. Первая, воздух или фильтруется или собирается с использованием устройства, называемого воздухозаборник. Затем измеряется скорость счета фильтра или пробы воздуха с использованием детектора ионизирующего излучения. Хотя некоторое оборудование для отбора проб воздуха включает и воздухозаборник, и детектор ионизирующего излучения (например, радиометр загрязненности воздуха в режиме реального времени), более часто отбирают пробу воздуха за установленный период времени и затем измеряют скорость счета от фильтра или пробы воздуха. Эта скорость счета затем может быть переведена в единицы Бк/м3 для сравнения с национальными или международными нормативными документами. Раздел 6 этого модуля подробно излагает методы мониторинга каждого типа загрязнения воздуха, а также показывает, как можно перевести единицы. Рисунок 6 показывает единицы, используемые для измерения загрязненности воздуха.

Отметим, что радиометры загрязненности воздуха в режиме реального времени измеряют концентрации в воздухе в Бк/см3 или Бк/м3. Отметим, что они должны быть откалиброваны по измеряемому радионуклиду, иначе данные будут неверными. Радиометры загрязненности воздуха в режиме реального времени могут быть особенно полезными в зонах, где уровни загрязненности воздуха могут представлять проблему, так как они могут быть установлены на сигнал тревоги, если результат измерения превосходит заданные контрольные значения.