13. Выбор подходящей аппаратуры

13. Выбор подходящей аппаратуры

Идеальный прибор для радиационного мониторинга должен быть способен контролировать все виды ионизирующего излучения, быть портативным, легким в использовании и прямо показывающим мощность эквивалента амбиентной дозы или уровней загрязнения. На практике невозможно сконструировать прибор, удовлетворяющий всем этим требованиям и, следовательно, при проведении радиационных измерений, следует выбирать прибор, который наиболее подходит для  работы.

1.1 Выбор приборов для мониторинга

При выборе подходящего оборудования для мониторинга и проведения необходимых измерений следует рассмотреть по пунктам следующее:

1.             Вид обследования, который Вы хотите выполнить (например, измерение мощности дозы или загрязнения).

2.             Вид излучения, который Вы хотите регистрировать (например, альфа-, бета-, гамма-, рентгеновское или нейтронное излучение).

3.             Энергия излучения, которую Вы хотите зарегистрировать (например, кэВ или МэВ).

4.             Требуемая чувствительность регистрирующего прибора (например, мкЗв/ч, мЗв/ч или Зв/ч, максимальное количество имп./с или Бк/см2).

После рассмотрения этих пунктов, можно перейти к более детальному выбору прибора.

1.1.1        Вид обследования

Выбор прибора, используемый для проведения измерений, зависит от вида проводимого обследования. При проведении радиационных измерений мониторинг обычно включает мониторинг мощности дозы, поверхностного загрязнения и загрязнения воздуха. Однако, Вы можете захотеть измерить только один из этих параметров, и важно определиться с видом необходимого обследования, чтобы правильно выбрать аппаратуру.

Помните, что мощность дозы на рабочем месте обычно измеряется в единицах мкЗв/ч или мЗв/ч. Уровни поверхностного загрязнения измеряются в импульсах в секунду (имп./с) (которые можно перевести в Бк/см2), а уровни загрязнения воздуха обычно измеряются в Бк/м3.

1.1.2        Вид излучения

Как мы уже рассмотрели в Модуле 1.5 «Методы регистрации ионизирующего излучения», различные типы детекторов обладают различной чувствительностью к различным видам излучения. Следовательно, важно знать, какое излучение Вы ищите, когда проводите обследование.

При мониторинге мощности дозы помните, что альфа-излучение не проникает через мертвый верхний слой кожи, и поэтому мощность дозы внешнего альфа-излучения не контролируется. Дозиметры, измеряющие мощность дозы, сконструированы для контроля бета-, гамма-, рентгеновского и нейтронного излучений.

Дозиметры для измерения мощности дозы могут быть сконструированы так, чтобы реагировать на один или несколько видов излучения, но они могут иметь различную чувствительность к каждому виду излучения. Поэтому в смешанных радиационных полях необходимо идентифицировать имеющиеся виды излучения, для более точного определения мощности дозы. Счетчик Гейгера-Мюллера с тонким входным окном или ионизационная камера (смотрите Рисунок 8) измеряют мощность дозы фотонного и бета-излучений. Чтобы различить виды излучений, может использоваться тонкая металлическая пластина, чтобы ослабить бета-частицы.

Стандартный прибор для мониторинга мощности дозы, включающий ионизационную камеру

Некоторые нейтронные дозиметры в состоянии регистрировать гамма-излучение, и поэтому мощность дозы получится больше, чем она есть на самом деле от нейтронов. Чтобы учесть это, должны быть известен отклик дозиметра на гамма-излучение и мощность дозы гамма-излучения а этой зоне. Тогда из показания прибора для детектирования нейтронов следует вычесть это значение. Отклик на гамма-излучение может быть определен посредством обычной калибровки.

Радиометры загрязнения также могут реагировать на различные виды излучения. Чтобы помочь идентифицировать присутствующие радионуклиды и определить их содержание, необходимо определить вид и количество каждого типа излучения. Это можно достигнуть, используя электронную дискриминацию сигнала от пробы или используя фильтры, чтобы ослабить один или несколько видов излучения. Приборы, использующие дискриминацию, обычно более удобны для использования.

Когда Вы выбираете соответствующий предполагаемому загрязнению датчик, полезно иметь в виду, что:

  • Сцинтилляционный датчик ZnS и пропорциональный счетчик могут использоваться с альфа- и бета- дискриминацией.
  • Датчики бета-излучения обычно также реагируют и на фотонное излучение, и даже относительно низкий фон гамма-излучения может повлечь переоценку загрязнения бета-излучателями.
  • Датчики альфа-излучения и люминофоры обычно не реагируют на фотонное излучение.
  • Счетчики Гейгера-Мюллера реагируют на альфа-, бета- и фотонного излучений и не способны их различать.

Вам следует взвесить преимущества и недостатки того типа измерений, которые Вы проводите. Например, если Вы хотите проконтролировать низкие уровни определенного радионуклида, который испускает альфа-, бета- и гамма-излучения (такой как естественный уран или торий в равновесии), так как альфа-частицы вероятнее всего поглотятся, то Вы можете контролировать бета-излучение. Однако, если мощность дозы гамма-излучения высокая, отклик на бета-излучение может быть сильно преувеличен, поэтому в такой ситуации Вам необходим специальный прибор для альфа-излучения и необходимо использовать поглотитель, чтобы разделить отклики от бета- и гамма-излучений.

1.1.3        Энергия излучения

Энергетическая характеристика приборов, измеряющих мощность дозы рентгеновского или гамма-излучения, важна, так как используемые приборы часто откалиброваны с использованием определенного источника, например, такого как цезий-137, который имеет энергию фотонов 0.66 МэВ. Если прибор используется для измерения излучения с различной энергией фотонов, то можно переоценить или недооценить мощность дозы. В общем, хотя энергетическая характеристика различных видов счетчиков Гейгера-Мюллера может различаться, большинство приборов являются скомпенсированными, чтобы они давали одинаковый отклик на рентгеновское и гамма-излучения в диапазоне 0.1 – 3 МэВ. Энергетическая компенсация (коррекция хода с жесткостью) счетчиков Гейгера-Мюллера обычно достигается путем окружения большей части детектора металлическим фильтром, чтобы селективно ослаблять низкоэнергетическое излучение.

Для радиометров загрязнения метод регистрации и конструкция прибора определяется видом и энергией излучения, которое может быть измерено. Поэтому полученный отклик на интересующий радионуклид должен быть проверен. Тритиевую воду и тритий (водород-3) очень сложно контролировать напрямую, поэтому обычно берутся мазки. Затем эти мазки измеряются в жидком органическом сцинтилляторе.

1.1.4        Чувствительность прибора

Выбор дозиметра, измеряющего мощность дозы, зависит от требуемой чувствительности. Например, простая ионизационная камера будет измерять в широком диапазоне энергий бета-, рентгеновского или гамма-излучений, но контроль очень низких мощностей дозы (десятые доли микрозиверт в час) требует больших размеров камер, которые не такие портативные.

Единицы мощность дозы обычно отображаются в мкЗв/ч или мЗв/ч, мкГр/ч или мГр/ч и диапазон мощностей дозы зависит от конкретных ситуаций (смотрите Таблицу 1).

Таблица 1

Диапазон различных видов мониторинга

 

Вид мониторинга Диапазон
Профессиональный 0.1 мкЗв/ч до нескольких мЗв/ч
Окружающей среды нЗв/ч до сотен мкЗв/ч
Аварийный мкЗв/ч до нескольких Зв/ч

 

Отметим, что для аварийного мониторинга требуемый диапазон от мкЗв/ч до нескольких Зв/ч. Поэтому для этого вида мониторинга требуется специальный прибор из несколько счетчиков Гейгера-Мюллера с различными диапазонами работы, расположенными на телескопической штанге (teletector), чтобы максимально увеличить расстояние между человеком и источником при проведении измерений.

Чувствительность радиометров загрязнения зависит от конструкции детектора. Диапазон измерения указывается обычно в импульсах в секунду (имп./с) или непосредственно в Бк/см2. Обычно диапазон радиометра загрязнения может быть от нуля до нескольких сотен или нескольких тысяч имп./с (или в эквиваленте в других единицах). Важно, что бы максимальный диапазон, который Вы выберете, позволял Вам контролировать уровни загрязнения, которые разумно ожидаются в контролируемой зоне. Для радиоизотопного оборудования может понадобиться максимальный диапазон до 5000 имп./с, в то время как для лабораторий более подходит диапазон в несколько сотен имп./с.

Так как даже небольшие количества загрязнения альфа-излучателями могут представлять значительную радиационную опасность, то подходящие альфа-радиометры должны быть способны определять низкие уровни загрязнения альфа-излучателями.

1.1.5        Выбор оборудования для мониторинга

Как только условия, перечисленные выше в 2.1.1 – 2.1.4 определены, выбор типа прибора сужен.

Некоторые приборы, наиболее часто используемые в радиационной защите

Таблица 2 показывает пригодность детекторов данных и других видов приборов для контроля мощности дозы и поверхностного загрязнения.

Таблица 2

Пригодность детекторов различных типов для контроля мощности дозы и поверхностного загрязнения

Радиометры

Дозиметры

Тип детектора b x, g

10 — 50 кэВ

x, g

> 50 кэВ

a b

x, g
Ионная камера с тонким входным окном 4 4 4 6 6 6
Счетчик Гейгера-Мюллера с коррекцией хода с жесткостью 6 6 4 6 6 6
Счетчик Гейгера-Мюллера с тонким входным окном O O O O 4+ 4
Воздухонаполненный пропорциональный счетчик 6 4 4 6 6 6
Пропорциональный счетчик, наполненный органическим или благородным газом O 6 6 6 4+ O
Сцинтиллятор ZnS O 6 6 4 4+ 6
Сцинтиллятор NaI 6 4 4 6 6 4
Жидкий органический сцинтиллятор* 6 6 6 4 4 6

 

1.2              Конструктивные особенности

Когда выбор типа прибора для мониторинга проведен, далее необходимо принять во внимание конструктивные особенности приборов. Это следующее:

1.             Легкость в использовании прибора (например, портативность, дизайн, удобство считывания показаний).

2.             Устойчивость детектора к условиям, в который проводятся измерения (например, влияние температуры и влажности и других погодных условий, его прочность  и т.д.).

3.             Расположение детектора в приборе (т. е. расположен ли детектор в корпусе прибора или это выносной датчик).

4.             Физический размер детектора для эффективных измерений мощности дозы в узких пучках.

5.             Время отклика при импульсном облучении или в высоких радиационных полях.

6. Зависимость чувствительности прибора от угла падения излучения.

7.             Устойчивость к наложению сигналов в радиационных полях высокой интенсивности (для счетчиков Гейгера-Мюллера).

8.             Наличие звуковой сигнализации, чтобы помочь определять изменение уровней.

9.             Подсветка шкалы для работы ночью.

1.2.1        Легкость в использовании

Дозиметрические приборы должны быть портативными, иметь эргономический дизайн дисплеев/выключателей/кнопок и быть легко обеззараживающимися. Нужно, чтобы можно было легко менять и проверять батареи и считывать информацию с дисплея.

Детекторы нейтронов обычно включают значительное количество водородосодержащих веществ (таких как полиэтилен), чтобы замедлить нейтроны, это влияет на вес прибора и его габариты. В существующем поколении дозиметров нейтронов их вес является недостатком, с которым приходиться смириться.

1.2.2        Рабочая среда

Также важными факторами выбора являются параметры среды, для которых предназначается прибор. Влияние на его работу влажности, температуры, радиочастотных сигналов должно рассматриваться, как факторы, влияющие на функционирование прибора.

Особое внимание нужно уделять работе в опасных средах. Если существует вероятность наличия взрывчатых газов, как на химическом ли нефтегазовом производстве, то следует использовать приборы во взрывобезопасном исполнении.

1.2.3        Расположение детектора

В некоторых ситуациях, возможно, Вам понадобится применять приборы для измерения загрязнения или мощности дозы в зонах, где нормальный доступ затруднен. Поэтому в такой ситуации удобней, если датчик находится на кабеле или телескопической штанге, чем, если бы он был в корпусе прибора. Это может понадобиться при обследовании транспорта, поиске потерянных источников, при мониторинге мощности дозы в и вокруг оборудования и т. п.

1.2.4        Физический размер детектора

Чтобы получить точное измерение мощности дозы, должен облучаться весь полезный объем детектора. Если этого не происходит, то результаты будут недооценены. Если контролируется узкий пучок излучения, должен использоваться детектор с малым поперечным сечением. В этом случае детектор обычно находится на кабеле, а не в корпусе прибора, что позволяет точно расположить детектор в узком пучке.

1.2.5        Время отклика

Если радиационное поле изменяется или существует только в течение короткого периода времени, Вы должны использовать прибор с быстрым откликом, чтобы успеть зарегистрировать излучение. Недостатком быстрого отклика является то, что показания могут значительно флуктуировать  и трудно получить точные показания.

При коротких импульсных облучениях время отклика прибора может быть недостаточным для измерения мощности дозы. В этом случае использование интегрирующего дозиметра может быть альтернативным методом. Из зарегистрированной общей дозы могут быть рассчитаны доза на одно облучение и соответствующая мощность дозы путем деления общей накопленной дозы на количество импульсов и их длительность.

Скорость отклика прибора должно возрастать с увеличением мощности дозы. Ведь Вы не хотите долго ждать отклика прибора, когда находитесь в интенсивном поле излучения.

1.2.6        Зависимость отклика от угла падения излучения

Имея дело с радиометрами загрязнения легко увидеть, что они более чувствительны к излучению, падающему перпендикулярно к окну детектора. Для дозиметров предназначенных для измерения мощности дозы производители пытаются обеспечить, чтобы детектор был  чувствителен к излучению, поступающему с любого направления. Однако на практике этого достичь очень трудно и поэтому для каждого прибора говорят о зависимости отклика от угла падения излучения. Обычно прибор наиболее чувствителен к излучению, поступающему на фронтальную поверхность детектора.

1.2.7        Устойчивость к наложению сигнала

Как Вы можете помнить из Модуля 1.5 «Методы регистрации ионизирующего излучения», счетчики Гейгера-Мюллера в полях с высокой мощностью дозы могут не реагировать на облучение, что связано с явлением наложения сигналов. Поэтому Вам следует убедиться, что прибор, который Вы используете, защищен от наложения сигналов, чтобы гарантировать, что прибор продолжает определять высокие значения.

1.2.8        Динамик

Динамики на дозиметрах, и радиометрах полезны, чтобы быстро определять территории с высокой мощностью дозы или загрязнением. Они также полезны, когда Вы используете датчик на кабеле и, контролируя положение датчика, не имея возможности следить за показаниями прибора на его дисплее.

1.2.9        Подсветка шкалы

Могут быть случаи, когда измерения необходимо проводить на открытом воздухе ночью или при плохой видимости. В таких ситуациях очень поможет подсветка шкалы. Однако, Вам следует быть осторожными, так как частое пользование подсветкой может значительно уменьшить ресурс батарей прибора и, возможно, потребуются запасные батареи.

1.3              Другие соображения

При закупке оборудования для мониторинга следует рассмотреть следующие два аспекта:

1.       Стоимость прибора (например, начальная цена покупки и стоимость содержания и технического обслуживания).

2.       Наличие батарей и запасных частей.

1.3.1        Стоимость прибора

При выборе подходящего прибора следует рассматривать начальную покупную цену и стоимость постоянного содержания и калибровки. Уязвимость дозиметра может быть оценена по затратам на ремонт, заключающийся в замене например детектора. В приборах для измерения мощности дозы обычно детектор и дисплей размещаются в одном корпусе, а  иногда они помещены в цельнолитой корпус, который делает ремонт очень трудным.

1.3.2        Наличие батарей и запасных частей

В современных приборах используются батареи, которые имеются в наличии, как правило, только у поставщика и очень дороги. Вы должны убедиться, что у вас батареи общедоступного типа. Также Вам следует проверить время, которое понадобится на ремонт прибора изготовителем или поставщиком. Если запасные части доступны, для Вас целесообразно иметь некоторые из них на случай, если прибору понадобиться ремонт.