КАФЕДРА № 1
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
ИЗМЕРЕНИЕ РАДИОАКТИВНОЙ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ
ПОВЕРХНОСТЕЙ
Г.
Цель работы: Измерение и определение уровня радиоактивной загрязненности поверхностей, знакомство с приборами, приобретение навыков работы с ними.
Введение
На предприятиях, где ведется работа с открытыми радиоактивными веществами возможно загрязнение ими различных поверхностей (пола, стен, рабочих помещений, оборудования, мебели, а так же одежды, обуви, рук и других открытых участков тела). Радиоактивные вещества могут оказаться и в воздухе, оседая из него на поверхности различных предметов и загрязняя их.
Загрязненные таким образом поверхности могут быть источниками внешнего и внутреннего облучения человека. При внешнем облучении радиоактивное излучение от загрязненных поверхностей воздействует на человека подобно действию радиоактивного излучения от закрытых источников. Внутреннее - обусловлено радиоактивными веществами, попавшими с загрязненных поверхностей через нос, рот, поры тела внутрь организма. Таким образом, загрязненность различных поверхностей радиоактивными веществами представляет опасность для здоровья человека при превышении уровней загрязненности поверхностей сверх допустимого уровня. Поэтому, необходимо контролировать уровень загрязненности различных поверхностей, на которые возможно осаждение радиоактивных веществ. Наибольшую опасность от загрязненных поверхностей представляет внутреннее облучение, с учетом которого установлены допустимые уровни радиоактивной загрязненности поверхностей. При этом основную опасность представляют a и b излучатели. Для определения загрязненности g-излучающими нуклидами, используется значение мощности эквивалентной дозы на исследуемой поверхности.
Альфа-частицы это ядра гелия. Для наиболее распространенных нуклидов энергия испускаемых частиц лежит в диапазоне 3 ¸ 7 МэВ. Пробег таких частиц в воздухе не превышает 6 см, а в твердом теле 70 мкм.
Бета-частицы - электроны (позитроны) возникающие при превращении нейтрона в протон (b¯ - распад) или протона в нейтрон (b+ - распад). Т. к. при распаде из ядра вылетает ещё одна частица – нейтрино, то энергия перераспределяется между ними, поэтому энергия вылетающих электронов лежит в интервале от нуля до энергии равной разности энергетических уровней дочернего и материнского ядер. Для наиболее распространенных нуклидов максимальная энергия испускаемых частиц лежит в диапазоне от десятков кэВ до 3 МэВ. Пробег таких частиц в воздухе достигает 10 м, а в твердом теле 1 см.
Гамма-кванты – кванты электромагнитного излучения с энергиями больше 30 кэВ – характеризуются большой проникающей способностью. В связи с этим практически невозможно определить, где рассоложен загрязнитель: на поверхности или внутри исследуемого объекта. Кроме того, практически любой изотопный источник гамма-квантов является источником бета-частиц и, обычно, если загрязненность по бета-частицам находится в пределах допустимой, то и по гамма-квантам она также укладывается в норму.
В приложении приведены допустимые уровни загрязнения различных поверхностей.
При проведении радиационного контроля рассматривается два вида загрязненности поверхностей: снимаемое, при котором часть радиоактивного вещества может перейти на другую поверхность, и неснимаемое загрязнение, которое при контакте не переходит с одной поверхности на другую. Снимаемая загрязненность является источником загрязнения воздуха, рук, одежды. Измерение радиоактивной загрязненности проводится с помощью приборов, которые относятся к классу радиометров.
Обычно радиометр выполняется в виде двух блоков (рис.1) выносного (I), в котором находится детектор, чувствительный к a-частицам или b-частицам, и основного (2), в котором размещены электронные узлы для усиления, формирования и регистрации импульсов, поступающих с выносного блока, а также различные органы управления работой радиометра.
 |
Рис.1 Блок-схема радиометра.
В радиометре используются газоразрядные или сцинтилляционные детекторы, обладающие высоким уровнем чувствительности, достаточным для регистрации малых потоков a-частиц и b-частиц, которые надо измерять в диапазоне ниже 0,1 допустимого уровня загрязненности. Кроме того, детекторы должны обладать свойством избирательности: детектор a-частиц не должен регистрировать b-частицы и, соответственно, детектор b-частиц не должен регистрировать a-частицы.
В настоящей работе используется сцинтилляционный детектор a-частиц с тонким (около 100 мкм) сцинтиллятором ZnS. При попадании в такой детектор a-частицы возникает световая вспышка амплитуда которой пропорциональна поглощенной энергии, далее энергия вспышки преобразуется с помощью фотоэлектронного умножителя в электрический импульс и регистрируется пересчетным прибором. Такой сцинтиллятор, практически, не регистрирует b-частицы.
Для регистрации b-частиц используется газоразрядный счетчик толщина стенки которого около 200 мкм. Через такую стенку a-частицы пройти не могут, т. е. детектор их не регистрирует.
Для измерения мощности эквивалентной дозы гамма-излучения используется дозиметр-радиометр ДРБП-03 с набором газоразрядных детекторов. Детектор гамма-излучения не регистрирует альфа и бета частицы.
Методика измерений
Величина загрязненности поверхности радиоактивными веществами Aопределяется по формуле:
; (част/см2×с) (1)
где К - эффективность регистрации ядерных частиц, определяемая при градуировке прибора; nS - суммарная скорость счета импульсов от загрязненной поверхности и фона в имп/с; nF - скорость счета импульсов от фона в имп/с; S – площадь загрязненной поверхности. Если площадь загрязненной поверхности больше площади окна детектора, то она принимается равной площади окна детектора, при условии, что детектор расположен непосредственно на измеряемой поверхности. Градуировка радиометра проводится с помощью набора радиоактивных источников с известным выходом ядерных частиц - так называемых образцовых источников, излучающих a- или b-частицы. При градуировке детектора эффективность регистрации находится по формуле:
; (2)
где А0 – выход α- или β-частиц контрольного источника в угол 2p (част/с); 
- суммарная скорость счета импульсов от контрольного источника и фона(имп/с).
Такой способ определения эффективности регистрации называется относительным. Основное его достоинство – простота: достаточно иметь один контрольный источник, чтобы проводить измерения. К недостаткам – следует отнести требования близости (в идеале идентичности) характеристик контрольного источника и исследуемого образца (площадь поверхности распределение активности по толщине слоя, нуклидный состав и т. д.).
Используемые приборы и оборудование
1. Блок детектирования П-349-2 (для регистрации a-частиц).
2. Блок детектирования БДБ2-01 (для регистрации b-частиц).
3. Двухканальный измеритель скорости счета (ИСС) УИМ2-2Д.
4. Образцовые источники a-излучения 239Pu и b-излучения 90Sr.
5. Дозиметр-радиометр ДРБП-03
Рабочее задание
1. Ознакомиться с методикой измерения радиоактивной загрязненности поверхностей.
2. Определить эффективность регистрации a-частиц блоком детектирования П-349-2 и провести измерение загрязненности пластины радионуклидом 239Pu.
3. Определить эффективность регистрации b-частиц блоком детектирования БДБД-01 и провести измерение радиоактивной загрязненности алюминиевой пластины 90Sr.
4. Определить мощность дозы гамма-излучения на исследуемой поверхности с помощью прибора ДРБП-03.
Порядок выполнения работы
1) Подготовить приборы для выполнения рабочего задания. Для этого:
а) на приборе БЛБНВЗ-05, подающего высокое напряжение на блок детектирования П-349-2, перевести тумблер "сеть" в верхнее положение.
ЗАПРЕЩАЕТСЯ вращать ручки регулировок напряжений во избежании выхода из строя детекторов
б) Включить прибор УИМ2-2Д. ИСС начинает автоматически измерять скорость счета по двум каналам: канал А – a-излучение; канал B – b-излучение.
2) Измерить скорость счета фона по каждому из каналов. Для этого нажать кнопку «ПУСК». Прибор начнет измерения: информация о скорости счета и её погрешности по каналам отображается на мониторе. Чем больше время измерения тем меньше погрешность. Когда значение погрешности по каналу «B» уменьшится до 20 процентов зафиксировать значение скоростей счета по обоим каналам и занести их в таблицы 1 и 2.
3) Измерение скорости счета от контрольных источников и образцов:
а) Разместить источник a-излучения в блоке детектирования П-349-2: для этого следует нижнюю часть стойки выдвинуть на себя. При этом открывается углубление в форме диска, на который располагается образцовый источник вверх плоскостью с нанесенным слоем радиоактивного вещества. Нижняя часть стойки возвращается в прежнее положение, при котором источник находится перед входным окном детектора a -излучения.
б) Разместить источник b-излучения на блоке детектирования БДБ2-01 в пределах окружности нанесенной на поверхности блока радиоактивным слоем вниз. Необходимость размещения источника в пределах окружности объясняется неравномерностью чувствительности детектора по поверхности, что может привести к дополнительной погрешности.
Нажать кнопку «ПУСК». Зафиксировать значения скоростей счета и погрешности по каналам, когда значение погрешности по каждому из них уменьшится до 5%. Провести измерения со всеми предложенными образцами*. Результаты занести в таблицы 1 и 2.
4) Провести 5 измерение фоновой мощности эквивалентной дозы Hф прибором ДРБП-03, а затем 5 измерений мощности эквивалентной дозы на исследуемой поверхности HS..
| Таблица 1. | |||||
| nф, имп/с | |||||
| № источника | Образец | ||||
 (в 2p)
| |||||
| nS, имп/с | |||||
| nS-nф, имп/с | |||||
| Эффективн. счета К | |||||
| Средняя величина К |
Таблица 2.
| nф, имп/с | |||||
| № источника | Образец (4) | ||||
 (в 2p)
| |||||
| nS, имп/с | |||||
| nS-nф, имп/с | |||||
| Эффективн. счета К | |||||
| Средняя величина К |
По окончании измерений показать результаты преподавателю.
Рассчитать эффективность регистрацииa- и b-частиц от всех образцовых источников по формуле (3) и найти среднюю величину эффективности. Найти уровень загрязненности поверхности част/(см2×мин). При расчетах принять площадь поверхности загрязненных пластин равной 10 см2.
Рассчитать мощность эквивалентной дозы гамма-излучения на поверхности Hп по разности средних значений HS и Hф.
Сравнить полученные значения уровней загрязненности с предельно допустимыми, приведенными в приложении.
Приложение
Таблица 3
Допустимые уровни радиоактивного загрязнения рабочих поверхностей, кожи, спецодежды и средств индивидуальной защиты, част/(см2 ´ мин)
| Объект загрязнения | Альфа-активные нуклиды* | Бета-активные нуклиды | |
| отдельные** | прочие | ||
| Неповрежденная кожа, спецбелье, полотенца, внутренняя поверхность лицевых частей средств индивидуальной защиты | 200*** | ||
| Основная спецодежда, внутренняя поверхность дополнительных средств индивидуальной защиты, наружная поверхность спецобуви | |||
| Поверхности помещений постоянного пребывания персонала и находящегося в них оборудования | |||
| Поверхности помещений периодического пребывания персонала и находящегося в них оборудования | |||
| Наружная поверхность дополнительных средств индивидуальной защиты, снимаемой в саншлюзах |
Примечания:* Для поверхности рабочих помещений и оборудования, загрязненных альфа-активными радионуклидами, нормируется снимаемое (нефиксированное) загрязнение; для остальных поверхностей - суммарное (снимаемое и неснимаемое) загрязнение.
** К отдельным относятся альфа-активные нуклиды, среднегодовая допустимая объемная активность которых в воздухе рабочих помещений ДОА < 0,3 Бк/м3.
*** Установлены следующие значения допустимых уровней загрязнения кожи, спецбелья и внутренней поверхности лицевых частей средств индивидуальной защиты для отдельных радионуклидов:
- для Sr-90 + Y-90 - 40 част/(см2´ мин);
Таблица 4
Допустимые уровни радиоактивного загрязнения поверхности транспортных средств, част/(см2´ мин)
| Объект загрязнения | Вид загрязнения | |||
| Снимаемое (нефиксированное) | Неснимаемое (фиксированное) | |||
| альфа-активные радионуклиды | бета-активные радионуклиды | альфа-активные радионуклиды | бета-активные радионуклиды | |
| Наружная поверхность охранной тары контейнера | Не допускается | Не допускается | Не регламентируется | |
| Наружная поверхность вагона-контейнера | Не допускается | Не допускается | Не регламентируется | |
| Внутренняя поверхность охранной тары контейнера | 1,0 | Не регламентируется | ||
| Наружная поверхность транспортного контейнера | 1,0 | Не регламентируется |
* При измерении контрольных источников желательно сгруппировать их парами: 1 и 1130; 2 и 1131; 3 и 1132; 5 и 1133, что приведёт к меньшим временным затратам.