7.7. Методы и средство контроля за делящимися и радиоактивными материалами

Радиоактивность, делящиеся и радиоактивные материалы

Любое вещество состоит из молекул, которые, в свою очередь, из более мелких частиц-атомов.

Модель атома включает положительно заряженное ядро, вокруг которого по орбитам движутся отрицательно заряженные частицы - электроны. Орбит несколько, они различаются расстоянием от ядра. На каждой орбите может находиться определенное число электронов. Каждой орбите соответствует определенная энергия «связи» электрона, удерживающая его на орбите. Чем дальше от ядра орбита, тем больше энер­гия связи. При получении атомом энергии извне электроны перемеща­ются на более высокие орбиты. Тогда говорят, что атом переходит в воз­бужденное состояние. Освободившееся место на орбите занимает элек­трон с более высокой орбиты, которому, чтобы занять это место, надо отдать часть своей энергии. В результате атом приходит в нормальное состояние. Такая модель называется планетарной (рис. 7.19).

Ядро состоит из протонов и нейтронов. У них есть и другое, об­щее название - нуклоны.

Основные физические параметры атомных ядер - величина заря­да и массовое число.

Заряд ядра определяется выражением Q = Z-e⁺ где Z - число протонов в ядре, е⁺ - заряд протона. Нейтрон нейтрален.

В атомной физике принято заряд ядра выражать в единичных за­рядах, которым обладает электрон (у протона заряд равен заряду элек­трона с противоположным знаком). Тогда Q = Z единиц. Это значение равно атомному номеру рассматриваемого элемента вещества в таб­лице Д.И. Менделеева.

Общее число нуклонов в ядре называют массовым числом и обозначают буквой А. Оно равно сумме А = N + Z, где N - количество нейтронов в ядре. Атом с характеристикой из заряда ядра и массового числа называют нуклидом и обозначают в виде символа элемента таб­лицы Менделеева с индексами из значений указанных характеристик. Например, нуклид плутония с зарядом в 94 единицы и массовым чис­лом 242 будет иметь обозначение:

Ядра атома при одном и том же числе протонов (атомном номере) могут иметь разное число нейтронов. Такие атомы (нуклиды) называют изотопами. Например,

Изотопы могут быть стабильными (устойчивыми) и радиоактивными (неустойчивыми). Некоторые элементы могут иметь изотопы обоих видов.

Явление радиоактивности нуклидов состоит в том, что их ядра способны самопроизвольно превращаться в ядра других элементов за счет испускания альфа-частиц (α-частиц), бета-частиц (β-частиц) и гамма-квантов (ϒ-квантов) или деления. Такие нуклиды называют радио­нуклидами. Они и составляют основу радиоактивных материалов.

Поток создаваемых частиц и квантов невидим для глаз человека, обладает высокой энергией и называется ионизирующим или радиоактивным излучением. К числу такого излучения относится и рентгено­вское, которое используется в досмотровых рентгеновских установках.

Источники радиоактивного излучения могут быть естественными и искусственными. Для целей досмотра в таможенном деле используются, в частности, естественные источники на основе радионуклидов: ⁶⁰Со и ¹³⁷Cs (источники с наиболее жестким излучением), а также ¹⁵⁵Еu,¹⁷⁰Tm, ⁵⁵Fe, ¹⁰⁹Cd, ²⁴¹Am, ²³⁸Pu, ¹³³Ba.

Выделяют четыре основных вида ионизирующих излучений: α-излучение, -излучение, фотонное излучение, нейтронное излучение.

При α-распаде ядро нуклида _ХХ испускает тяжелую частицу, представляющую собой ядро атома гелия ₂Не, и превращается в дочернее ядро Y с зарядом (Z-2) и массовым числом (А-4). При этом часть энер­гии переходит в кинетическую энергию частиц. Поток частиц, образую­щийся при α-распаде и называют α-излучением.

При β-распаде испускаются β-частицы (что увеличивает или уменьшает заряд ядра на единицу), а также нейтрино или антинейтрино. Поток α-частиц составляет β-излучение.

В фотонном излучении выделяют рентгеновское и гамма-излучение ϒ-излучение).

В зависимости от механизма образования бывает тормозное или характеристическое рентгеновское излучение (см. раздел 7.1).

Гамма-излучением называют коротковолновое электромагнитное излучение, которое испускается при переходе ядер из возбужденного состояния в основное или с меньшей энергией. Гамма-излучение не является самостоятельным видом радиоактивности,, а сопровождает α- и β-распады ядер. Гамма-лучи обладают очень малой длинной волны λ< 10-10 м. Гамма-кванты (фотоны) обладают высокой энергией и оказывают сильное воздействие на атомы других веществ, особенно на живые клетки.

Нейтронное излучение - поток нейтронов, образовавшихся при делении тяжелых ядер или при некоторых типах ядерных реакций. Нейтроны обладают энергией от долей до десятков миллионов электрон-вольт.

Таким образом, все радиоактивные материалы являются источниками ионизирующих излучений в виде положительно заряженных α-частиц, отрицательно заряженных электронов и электрически нейтраль­ных частиц с высокой энергией α-нейтронов и β-квантов.

Вещества, содержащие радиоактивные изотопы называют радиоактивными веществами.

Под делящимися радиоактивными материалами (ДРМ) понимают такие радиоактивные вещества, которые могут поддерживать цепную реакцию деления атомных ядер и требуют соблюдения допол­нительных мер ядерной безопасности, исключающих возможность воз­никновения критической массы при их транспортировке.

Согласно правилам Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), из всех радиоактивных веществ к делящимся отнесены материалы, содержащие уран-233, уран-235, плутоний-238, плутоний-239, плутоний-241 или любые сочетания этих радионуклидов в количе­стве более 15 г при условии их содержания в материалах более 0,7 % по массе.

Иногда используют термин «ядерные материалы». Это более общее понятие, чем ДРМ. Под ядерными понимают все радиоактивные материалы (вещества), для которых возможна реакция деления ядер.

Энергия излучения и его воздействие оценивается дозой и мощностью дозы.

Существуют разные виды доз.

Поглощенная доза - отношение энергии dE, переданной ионизирующим излучением единице объема вещества, к массе dm веще­ства в этом объеме: D = dE / dm.

В Международной системе единиц СИ она измеряется в греях (Гр). Один грей соответствует дозе, при которой веществу массой 1 кг передается энергия в 1 джоуль. Используется также внесистемная единица - рад, 1 Гр=100 рад.

Степень воздействия ионизирующего излучения зависит не только от получаемой дозы, но и от времени, за которое эта доза была по­лучена.

Мощность поглощенной дозы определяется скоростью изменения дозы со временем и в системе СИ измеряется в Гр/с или рад/с (рад/ч). Иными словами, мощность этой дозы определяется как прира­щение дозы за единицу времени:

D*= dD / dt

Экспозиционная доза - энергия излучения, поглощенная в единице массы сухого атмосферного воздуха.

Экспозиционную дозу измеряют в единицах электрического заряда в расчете на единицу массы воздуха. Скорость изменения экспози­ционной дозы со временем называют мощностью экспозиционной дозы. Измеряют в амперах на килограмм (А/кг). Однако на практике для ко­личественной оценки этой дозы используется внесистемная единица -рентген, а для ее мощности - рентген в единицу времени - Р/с или Р/ч. Экспозиционная доза и ее мощность рекомендуют использовать для оценки полей радиации с энергией квантов не выше 3 МэВ.

Биологическую дозу, связанную с воздействием на человека ионизирующих излучений, принято характеризовать эквивалентной эффективной дозой: Н = D-kcp, где к_ср - коэффициент, зависящий от вида излучения. Она, кроме поглощенной дозы, учитывает воздействие на человека различных по составу и энергиям частиц и квантов излуче­ния. При ее измерении используется единица Зиверт (Зв). В качестве единицы биологической эквивалентной дозы используется также Бэр (100 Бэр= 1 Зиверт).

Мощность эквивалентной дозы измеряется в Зв/с или бэр/с.

Классификация задач и технических средств ТКДРМ

Радиоактивные вещества и изделия на их основе представляют особую опасность для человека. Поэтому со стороны государства осуществляется жесткий контроль за их производством, применением и перемещением. Специальным документом установлены предельные уровни содержания радионуклидов. Особый порядок установлен для таможенного оформления и контроля таких веществ и изделий.

В соответствии со ст. 403 «Функции таможенных органов» п. 6 нового Таможенного кодекса РФ таможенные органы «ведут борьбу с кон­трабандой и иными преступлениями, административными правонару­шениями в сфере таможенного дела, пресекают незаконный оборот через таможенную границу наркотических средств, оружия, культурных ценностей, радиоактивных веществ...».

В системе таможенных органов имеется специальная служба таможенного контроля за делящимися и радиоактивными материалами (ТКДРМ).

Служба таможенного контроля ДРМ, осуществляя надзор за заявленным и несанкционированным перемещением через таможенную границу радиоактивных материалов и товаров, их содержащих, реша­ет следующие задачи:

• Контроль за радиационной обстановкой в местах таможенного оформления и обнаружение источников повышенного радиацион­ного излучения.

• Измерение значений параметров, характеризующих источники и поля излучений радиоактивных материалов с целью последующе­го протоколирования.

• Определение радионуклидного состава источников ионизирующих излучений.

• Обеспечение безопасности персонала.

Решение этих оперативных задач осуществляется с помощью специальных приборов, которые получили общее название «технические средства ТКДРМ».

Можно выделить несколько групп объектов таможенного контроля, требующих использования технических средств ТКДРМ.

1. Делящиеся радиоактивные материалы, а также иные радиоактивные материалы и изделия с ними, подпадающие под действие Норм радиационной безопасности и являющиеся объектами торговли.

К этому классу относятся товары, представляющие собой непосредственно ДРМ и иные ядерные материалы (в том числе обедненный уран, торий и др.). В частности, сюда подпадают источники радиоактивного излучения, используемые в приборах, применяемых в медици­не, геологии, навигации и др. За прошедшие годы промышленностью СССР и России было выпущено несколько сот типов таких источников. Эти товары особо опасны для человека и перемещаются в специаль­ной защитной упаковке.

2. Товары, имеющие повышенный уровень радиоактивности. Достаточно большой круг товаров, перемещаемых через границу,

может иметь повышенный радиационный фон, но не превосходящий Нормы радиационной безопасности. В таможенной практике нередки случаи, когда перемещаются песок, щебень, керамическая плитка, минеральные удобрения, сантехнические изделия, металлолом и другие товары, имеющие радиационный фон, превышающий естествен­ный в несколько раз.

Во многих изделиях промышленного производства, таких как дорожные знаки, светящиеся шкалы приборов и часов, индикаторы задымленное, радиофармацевтические препараты и т.д., применяются материалы, создающие излучение с повышенным уровнем радиа­ции, но в пределах Норм радиационной безопасности.

3. Радиоактивные отходы.

Согласно «Санитарным правилам обращения с радиоактивными отходами» (СПОРО-85) к радиоактивным отходам относятся растворы, изделия, материалы, биологические объекты, содержащие радио­активные вещества в количествах, превышающих значения, установ­ленные действующими нормами и правилами, не подлежащие даль­нейшему использованию на данном либо другом производстве и в экспериментальных исследованиях.

В России предельные уровни содержания радионуклидов устанавливаются «Нормами радиационной безопасности-99» (НРБ-99).

Отработавшие радионуклидные источники, а также имеющие повышенную радиоактивность товары, не удовлетворяющие требовани­ям Норм радиационной безопасности и по заключению Госсанэпиднад­зора России не подлежащие использованию на территории РФ, отно­сятся к радиоактивным отходам.

4. Физические лица, прошедшие лечение с использованием радиоактивных медицинских препаратов.

По Нормами радиационной безопасности (НРь-99) граничное значение по мощности дозы гамма-излучения, исходящего от человека за счет введения радиофармацевтического препарата, не должно превы­шать 3 мкЗв/ч на расстоянии 1 м.

Ввозимым и вывозимым товарам должен быть присвоен код ТН ВЭД. Наиболее опасные в радиационном отношении товары классифицируются по ТН ВЭД в товарных позициях 2612, 2844, 7806, 8401, 8609, 9022.

Основными видами излучений, по которым можно обнаруживать и определять вид ДРМ, являются:

• ϒ-излучение,

• нейтронное излучение,

• α-излучение,

• β-излучение.

α- и В-излучения обладают слабой проникающей способностью. Бета- излучение полностью поглощается 2-3 миллиметровым слоем металла, а альфа-излучение - даже тонким слоем обычной бумаги. Однако радионуклиды, излучающие α- и β-частицы, при попадании внутрь организма могут представлять большую опасность для человека.

Нейтронное и ϒ-излучения имеют высокую проникающую способность, что позволяет надежно регистрировать их даже при условии хорошей защиты. Поэтому почти все технические средства, используе­мые в таможенных органах для контроля за ДРМ, позволяют регистри­ровать эти виды излучения. Кроме того, энергетический спектр ϒ-излу­чения уникален для каждого радионуклида и может служить его свое­образным «паспортом». Вышеуказанные свойства ϒ-излучения позво­ляют использовать его в качестве информативного фактора при опре­делении перемещаемых радионуклидов без вскрытия упаковки.

Для решения задач ТКДРМ таможенная служба использует дозиметры, радиометры, спектрометры и комбинированные приборы. Область применения этих приборов показана в табл. 7.2.

Дозиметры чаще всего используются для регистрации ϒ-излучений и нейтронного излучения с целью измерения эквивалентной дозы и/или мощности эквивалентной дозы (МЭД) излучения.

Радиометры предназначены для измерения характеристик активности источников ионизирующего излучения, например, активности ра­дионуклидов, характеристик полей излучений (например, плотности потока частиц). Кроме того, как и дозиметры, могут быть использованы в режиме поиска источников ионизирующего излучения.

Спектрометры применяются для определения энергетических спектров частиц или квантов излучения. Это позволяет использовать их для определения вида радиоактивного материала.

В комбинированном приборе заложены функции приборов двух или даже трёх типов.

Важнейшим и обязательным элементом всех приборов для радиационного контроля является детектор, который является датчиком, принимающим излучение. На его выходе формируется электрический сигнал, характеризующий принимаемое излучение.

По принципу работы выделяют детекторы: газонаполненные, сцинтилляционные, полупроводниковые, люминесцентные, химические, фото-эмульсионные.

Некоторые типы приборов радиационного контроля могут иметь модификации в зависимости от области применения. Например, стационарная система «Янтарь» имеет модификации специально для пешеходных, автомобильных и железнодорожных пунктов пропуска, а также для складов.

Назначение и принципы работы технических средств ТКДРМ

Как уже указывалось выше, среди приборов ТКДРМ выделяют дозиметры, радиометры, спектрометры и комбинированные приборы.

Любой прибор для регистрации и измерения характеристик ионизирующего излучения имеет детектор.

Детектор представляет собой устройство, преобразующее энергию ионизирующего излучения в форму, удобную для регистрации и последующего отображения на индикаторе.

В приборах, применяемых в службе ТКДРМ, как правило, применяются сцинтилляционные или полупроводниковые детекторы, а из га­зонаполненных - пропорциональные или гейгеровские счетчики.

Газонаполненные детекторы применяются во многих приборах. Такой детектор представляет собой колбу, заполненную газом. В ней находится анод и катод, к которым подводится напряжение. Обычно катод имеет форму полого цилиндра, вдоль оси которого расположен металлический стержень. Последний выполняет функцию анода. Полый цилиндр выполняет роль камеры-ловушки, в которую попадают частицы и кванты ионизирующего излучения. Под их воздействием часть нейтральных атомов и молекул газовой среды превращается в поло­жительно заряженные ионы и электроны. Между анодом и катодом воз­никает ток I, который регистрируется прибором А (рис. 7.20).

Среди газонаполненных детекторов особый класс составляют газоразрядные счетчики. В них для усиления тока, появляющегося от воздействия ионизирующего излучения, используется явление газово­го разряда. При определенной величине напряжения между анодом и катодом созданные ударом регистрируемой частицы электроны разгоняются и выбивают дополнительные электроны, что приводит к лави­нообразному росту тока. Детекторы, работающие на этом принципе, очень чувствительны, так как при попадании частицы в детектор воз­никает довольно большой по величине импульс тока.

Газоразрядные счетчики могут работать в пропорциональном режиме или в режиме самостоятельного разряда. В первом величина (амплитуда) импульса тока пропорциональна энергии частицы, выз­вавшей разряд. Поэтому работающие в таком режиме детекторы могут различать частицы ионизирующего излучения по энергии. При работе в этом режиме необходимо регистрировать силу тока (схема на рис. 7.20 соответствует счетчику, работающему в пропорциональном режи­ме). Во втором режиме при попадании в детектор частицы всегда фор­мируется импульс максимальной амплитуды. Однако при этом утрачи­вается способность различать частицы по энергии, можно только счи­тать их количество. В данном режиме работают широко известные счет­чики Гейгера-Мюллера.

Принципиально по-другому работают детекторы на основе сцинтилляционных счетчиков. Они регистрируют вспышки света, возникающие при попадании заряженных частиц на некоторые вещества (сцинтилляторы). В детекторе имеется чувствительный элемент, покры­тый сцинтиллятором. Ионизирующая частица или квант, попадая на вещество-сцинтиллятор, возбуждают его атомы. При возвращении ато­мов в нормальное состояние испускается квант света. Для регистра­ции вспышек используют специальные фотоэлектронные устройства -фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Сцинтилляционные детекторы позволяют различать частицы по величине энергии.

Все более широкое применение находят полупроводниковые детекторы. Чувствительным элементом в таком детекторе является полупроводниковый р-n или n-р переход. Под воздействием ионизирующего излучения меняется проводимость перехода, что приводит к изменению тока через переход. Величина тока зависит от энергии воздействующего излучения.

Дозиметрическими приборами (дозиметрами) называют устройства для измерения ионизирующих излучений, позволяющие получать информацию о дозе или ее мощности.

Дозиметры применяются для проведения радиационных обследований различных объектов, дозиметрического контроля условий рабо­ты персонала, поиска источников излучения, измерения дозы при их воздействии на различные живые и неживые объекты и т.п.

В таможенном деле дозиметры являются основными приборами, при помощи которых в ходе первоначального и дополнительного радиационного контроля решаются оперативные задачи ТКДРМ по оценке степени радиационной безопасности и измерению параметров, харак­теризующих взаимодействие ионизирующего излучения со средой (ве­ществом) и передачу энергии излучения.

Составляя самую многочисленную группу средств измерений ионизирующих излучений, дозиметры, как правило, условно делятся на три большие группы;

• измерители дозы, позволяющие измерять поглощенную дозу в облучаемых объектах, в частности индивидуальную дозу, получаемую сотрудниками таможенных органов (приборы индивидуального дозиметрического контроля (ИДК));

• измерители мощности дозы и ее изменения со временем, позволяющие оценивать радиационную обстановку в местах проведения ТКДРМ;

• комбинированные приборы, объединяющие функции измерения дозы и ее мощности.

На момент написания настоящего пособия в таможенных органах для целей дозиметрического контроля применялись приборы: РМ-1203, РМ-1401, ДБГ-01Н, ДБГ-04А, EL 119, AT 1.121. В частности, наиболее широко использовались два типа микропроцессорных дозиметров и их модификаций: РМ-1203 (рис. 7.21) и РМ-1401 (рис. 7.22).

Дозиметр РМ- 1203 предназначен для измерения эквивалентной дозы и мощности эквивалентной дозы ϒ-излучения с отображением информации в аналоговом и цифровом виде на жидкокристаллическом индикаторе и возможностью одновременной подачи звуковых сигналов. Кроме того, прибор сигнализирует о превышении запрограммированных пользователем порогов по мощности дозы и по накопленной дозе. В ка­честве детектора в нем используется счетчик Гейгера-Мюллера.

В модели РМ-1203М дополнительно введен специальный режим запуска начала измерения мощности дозы. Это позволяет использовать прибор не только для постоянного контроля радиационной обста­новки, но и для выполнения различных видов радиационного обследо­вания, когда необходимо провести и зафиксировать контрольные из­мерения мощности дозы (например, при отборе проб для измерения удельной активности, при измерении мощности дозы на рабочих мес­тах, при обследовании территорий и т.д.). Имеется функция сохранения в энергонезависимой памяти истории мощности дозы, величины накопленной дозы и серийного номера, передачи этих значений в компьютер через адаптер инфракрасного канала (ИК) связи с помощью программного обеспечения, которое поставляется совместно с дози­метром. Это дает возможность использовать прибор в качестве компо­нента компьютерной системы учета дозовых нагрузок персонала и ве­дения соответствующих баз данных.

Дозиметр РМ-1401 предназначен для выявления источников ионизирующего излучения, радиоактивных веществ и делящихся материалов по их ϒ-излучению.

Дозиметр измеряет мощность эквивалентной дозы ϒ-излучения и проградуирован в единицах мкЗв/ч. Прибор по способу регистрации выполнен скорее как радиометр, а не как дозиметр, поскольку происходит регистрация не энергии ϒ-квантов, а их количества. Кроме того, РМ-1401 является энергетически некомпенсированным дозиметром, чувствитель­ность которого значительно больше в области малых энергий, что по­зволяет наиболее эффективно обнаруживать ядерные материалы.

Конструктивно прибор выполнен в виде блока, в корпусе которого помещены детекторный узел, процессор, схема управления, звуко­вой сигнализатор и панель отображения информации на основе жидкокристаллического индикатора, а также выносного вибрационного сигнализатора в виде наручных часов.

Детекторный узел состоит из сцинтиллятора на основе Csl(TI) -йодистого цезия с добавкой таллия, фотодиода и усилителяпреобразователя.

Вибрационный сигнализатор вынесен из корпуса, подключается при необходимости к дозиметру с помощью кабеля и предназначен для подачи сигналов, ощущаемых оператором в виде механических коле­баний сигнализатора. Он выполнен в виде ручных часов (см. рис. 7.22) и срабатывает при достижении установленного порога излучения. Это позволяет вести поиск источников излучения скрытно или при больших уровнях звукового шума. При подключении вибрационного сигнализатора звуковой сигнализатор отключается.

Наиболее важные параметры дозиметра приведены в табл. 7.3.

Дозиметр имеет три основных режима работы: тестирование, калибровка по уровню фона, поиск. Кроме того, в дозиметре имеются два дополнительных режима: установка количества среднеквадратичных отклонений (коэффициента n) и контроль напряжения элементов питания.

Переход от одного режима к другому осуществляется последовательно и автоматически.

Режим тестирования начинается сразу после включения питания и предназначен для проверки правильности функционирования основных его узлов, в частности жидкокристаллического индикатора, звуковой сигнализации и процессора. В случае успешного окончания тестирования, продолжающегося примерно 7 с, дозиметр переходит в режим калиб­ровки по уровню фона. Перед этим в течение 5 с на индикаторе показы­вается значение установленного перед предыдущим выключением ко­эффициента n, который равен числу среднеквадратичных отклонений.

Еще одним из относительно новых приборов такого типа, используемых в таможенных органах, являются дозиметры РМ-1621 (рис. 7.23) и РМ-1621А. Это дозиметры, измеряющие индивидуальную эквивалентную дозу и мощность индивидуальной эквивалентной дозы гамма- и рентгеновского излучений в широком диапазоне энергий. Некоторые параметры дозиметров указаны в табл.7.4.

Энергонезависимая память и ИК-канал связи позволяют формировать и передавать историю накопления дозы и изменения мощности дозы из памяти дозиметра в компьютер через ИК-адаптер связи. Это дает возможность использовать дозиметры в качестве компонента компьютерной системы учета дозовых нагрузок персонала и вести соответствующие компьютер­ные базы данных. Превышение запрограммированных пользователем порогов по мощности дозы и по накоп­ленной дозе отображается на жидкокристаллическом дисп­лее-индикаторе прибора с одновременной подачей зву­ковых сигналов. Дозиметр ав­томатически считает время накопления дозы. Приборы выполнены в герметичном ударопрочном корпусе, что позволяет проводить его дезактивацию. Дозиметры предназначены для ношения в нагрудном к армане спецодежды или на поясном ремне.

Решением ГТК России на вооружение таможенных органов принят также прибор дозиметрического контроля ДКС-1119 (EL-1119), ко­торый выбран в качестве «переносного средства радиационного конт­роля, предназначенного для контроля радиационной обстановки на ра­бочих местах инспекторов-операторов досмотровой рентгеновской тех­ники и на местах размещения досмотровых предметов» (рис. 7.24). Ими в количестве 1-3 шт. оснащаются региональные таможенные управле­ния и таможни, непосредственно подчинённые ГТК России.

Этот многофункциональный широкодиапазонный дозиметр обеспечивает:

• измерение мощности экспозиционной дозы, мощности поглощенной дозы в воздухе, мощности эквивалентной дозы и экспозиционной дозы, поглощенной дозы в воздухе, эквивалентной дозы рентгеновско­го и гамма- излучения;

• сигнализацию о превышении установленного уровня мощности дозы;

• сохранение в памяти результатов измерений.

Дозиметр обеспечивает возможность ручного установления пороговых уровней в пределах диапазонов измерения, а также их автома­тическую установку при включении прибора. Дозиметр обеспечивает работу в режиме «записной книжки» (запись в энергонезависимую па­мять до 100 результатов измерений мощности дозы с последующим хранением их при отключенном питании в течение не менее 48 ч, счи­тыванием на табло и стиранием).

Прибор имеет детектор сцинтилляционного типа, а также стандартный интерфейс типа RS-232C для связи с компьютером. Вес - 3 кг.

В сегодняшней стратегии таможенного контроля за ДРМ особое значение отведено системам радиационного контроля типа «Янтарь». Эти системы установлены практически повсеместно в местах массового перемещения через таможенную границу пассажиров, товаров и транспортных средств, а также на складах временного хранения. Сис­темы «Янтарь» представляют собой высокопроизводительные дозимет­ры, основная функция которых - обнаружение источников ионизирую­щего излучения на основе ядерных материалов (рис. 7.25 и 7.26).

Выпускается несколько модификаций системы, различающихся назначением (виды объектов контроля), комплектацией и некоторыми эксплуатационными характеристиками. Например, на рис. 7.25 показан двухстоечный вариант для автомобильных переходов. Зона конт­роля находится между стойками.

В таблицах 7.5 и 7.6 приведены сведения производителя, характеризующие семейство приборов «Янтарь» (в табл. 7.6 через A*N обозначено число А датчиков в каждой из N стоек). Вероятность ложного срабатывания всех этих систем 1/1000. Варианты системы, предназ­наченные для установки на таможенных переходах, могут иметь суще­ственно лучшие показатели по чувствительности.

Включенная система «Янтарь» периодически измеряет фон нейтронного и ϒ-излучения. Частота измерений устанавливается при настройке системы. Кроме этого устанавливается некоторый порог превышения фона. Стойки снабжены двумя специальными датчиками, реагирующими на присутствие объекта в зоне контроля. При попадании объекта в зону контроля эти датчики срабатывают и система из режима измерения фона переходит в режим контроля.

Для измерений используются сцинтилляционные детекторы. В ходе контроля результаты измерений сопоставляются с порого­вым и фоновым значениями. При превышении результатом измерения суммы фонового и порогового значения выдается сигнал тревоги. Управление и контроль работы системы может выполняться с помощью пульта, удаленного на расстояние до 2000 м.

Достоверность контроля зависит от скорости перемещения объекта через зону контроля.

Радиометрические средства должны обеспечивать определение:

• характеристик источника излучения (прежде всего активности радионуклидов в источнике излучения⁸),

плотности потока ионизирующих частиц или квантов.

Решение первой задачи в интересах таможенного контроля позволяет оценить количественною характеристики перевозимых через границу делящихся материалов и радиоактивных веществ, если уста­новлен их радионуклидный состав. Решение второй задачи позволяет организовать обнаружение радиоактивных объектов.

На основе измерений плотности потока ионизирующих частиц (квантов) и изменения активности во времени можно определить постоянную распада и установить вид радионуклида (если период полу­распада невелик). Если известны вид радионуклида и его активность на заданный момент времени (например, паспортная активность), то по данным радиометрических измерений можно установить возраст источника или время, прошедшее с момента его изготовления.

Характерными особенностями радиометрических измерений являются:

• статистический характер объекта измерения и процесса регистрации излучений;

• влияние на результаты измерений внешнего радиоактивного фона.

Из-за этих особенностей результаты отдельных измерений могут существенно различаться. Причины неоднозначности измерений носят вполне объективный характер. Дело в том, что активность носит вероятностный характер в силу природы радиоактивного распада. Кроме того, поток частиц и квантов, составляющих естественный радиа­ционный фон и влияющий на измерительный прибор, также носит ве­роятностный характер и подвержен непредсказуемым флуктуациям. Уровень фонового излучения зависит от состава почвы и окружающих строений, загрязненности воздуха радионуклидами, потока квантов космического происхождения и т.п. Поэтому радиометры обычно дела­ют многократные измерения, а результат формируется путем соответ­ствующей статистической обработки.

В таможенных органах «чистые» радиометры в оперативной работе не используются. Обычно в этом качестве применяют комбиниро­ванные приборы.

Основной задачей спектрометрических измерений является определение спектров ионизирующих частиц (квантов).

Спектр представляет собой совокупность возможных значений измеряемой физической величины. Задача спектрометрии фактически сводится к нахождению распределения частиц и/или квантов излучения по одному или нескольким параметрам, например по энергии, за­ряду, массе и др. Соответственно спектрометры подразделяются на несколько типов:

• энергетические (для измерения распределения по энергии),

• масс-спектрометры (для измерения распределения по массе),

• зарядовые (для измерения распределения по заряду),

• угловые (для измерения пространственно- временных характеристик распределения) и др.

Для решения задач радиометрии и спектрометрии в таможенных органах используют приборы, которые измеряют энергетическое распределение: СКС-50, ГАММА-IC/NB, РСУ-01 «Сигнал», МКС-А02. По сути это комбинированные приборы.

По энергетическим характеристикам можно определить радионуклидный состав источников радиоактивного излучения. При таможен­ном контроле это позволяет установить вид делящихся материалов или других радиоактивных веществ, перевозимых через таможенную границу. По данным спектрометрических измерений можно оценить активность радионуклида и связанные с ней характеристики источника иони­зирующего излучения, т.е., как и при радиометрических измерениях, можно количественно оценить обнаруженные радиоактивные вещества, соотношения между отдельными компонентами смеси. Наконец, спектрометрические измерения незаменимы при решении задач безопасности, так как позволяют определять распределение радионуклидов на территории, в отдельных органах и тканях человека.

Примером прибора для радиометрических и спектрометрических измерений является РСУ-01 «Сигнал», с помощью которого можно измерить мощность эквивалентной дозы (дозиметр), плотность потока частиц (радиометр), спектр ϒ-квантов (спектрометр). Аналогичные задачи можно решать и с помощью более современного прибора МКС-А02 (рис. 7.27).

Универсальный радиометр-спектрометр МКС-А02 предназначен для обнаружения и локализации радиоактивных источников, измерения количественных характеристик α-β-, ϒ- и нейтронного излучений, идентификации ϒ-излучающих радионуклидов, хранения измеренных ϒ-спектров для их возможной обработки на компьютере (виды регист­рируемых излучений для различных модификаций прибора приведены в табл. 7.7). Он имеет встроенный сцинтилляционный детектор ϒ-излучения на основе Nal (TI), два нейтронных детектора, внешний детектор α- и β-излучения «БДС-АБ1».

Сцинтилляционный детектор выполнен на основе кристалла Nal (TI) диаметром 34 мм и длиной 47 мм. Нейтронные детекторы выполнены в виде трубок с газом Не₃ под давлением 8 атмосфер, помещен­ных в замедлитель из полиэтилена. Детекторы работают в пропорцио­нальном режиме.

По амплитуде импульсов сцинтилляционного детектора можно различить альфа- и бета-частицы и затем вычислить значения плотности потока частиц.

Предусмотрена работа прибора в двух основных режимах: «оперативном» и «экспертном».

В «оперативном» режиме управление прибором производится при помощи трех кнопок, вызывающих основные функции прибора: «Поиск», «Дозиметр» и «Анализ».

В «экспертном» режиме управление прибором производится при помощи клавиатуры. При этом имеется доступ к дополнительным функциям прибора, возможность проведения настройки и калибровки.

Радиометр-спектрометр выполняет четыре основные функции: поискового прибора, дозиметра, радиометра и спектрометра.

В качестве поискового прибора он фиксирует превышение суммарной скорости счета по гамма- и нейтронному каналам над соответствующими фоновыми значениями. Превышение показывается на жид­кокристаллическом дисплее, подтверждается светодиодным индикатором и звуковым сигналом.

При работе прибора в качестве дозиметра анализируется счет от нейтронного канала и информация, содержащаяся в гамма-спектре. При помощи микропроцессора и встроенного программного обеспечения производится расчет мощности эквивалентной дозы (МЭД) гамма-и нейтронного излучения.

При работе прибора в радиометрическом режиме производится измерение плотности потока альфа- и бета-излучений. Результаты измерений выдаются на индикатор прибора.

В качестве спектрометра прибор позволяет накапливать гамма-спектры, выводить их на дисплей и проводить идентификацию изотопов. В памяти прибора может храниться до 30-ти спектров, каждому из которых присваивается идентификационный номер. Через последовательный канал RS-232 возможен обмен данными с компьютером и уп­равление режимами работы прибора.

Для работы в полевых условиях по заказу ГТК России создана передвижная лаборатория для контроля за делящимися и радиоактив­ными материалами - подвижный пост таможенного радиационного кон­троля ППРК «Топаз» (рис. 7.28).

Область применения:

• оперативное обнаружение делящихся и радиоактивных материалов, в том числе изотопов урана и плутония, как на стоянке, так и при движении на скорости до 15 км/ч;

идентификация обнаруженных источников ионизирующего излучения по спектрам их гамма-излучения;

• определение активности гамма-излучающих радионуклидов неизвестного состава, находящихся в транспортных упаковочных контейнерах;

• определение степени обогащения урана;

• оценка опасности для человека обнаруженных источников ионизирующего излучения и радиоактивных веществ по мощности эквивалентной дозы их рентгеновского, гамма-излучения и нейтронного излучения плотности потока бета-, и альфа-частиц с загрязненных поверхностей, плотности потока нейтронного излучения;

• проведение оперативного ремонта средств измерений;

• проведение периодической поверки приборов радиационного контроля;

• перевозка обнаруженных источников гамма- и нейтронного из­ лучения в специально оборудованном контейнере.

В состав подвижного поста входят:

• автомобиль «Газель 2705»;

• комплект приборов для радиационного контроля в составе: унифицированная таможенная система дистанционного обнаружения ДРМ - «Янтарь-М-А»; дозиметры различных видов излучения, гамма-спектрометры, радиометр-спектрометр;

• комплект средств для рабочего места поверителя дозиметрических и радиометрических приборов (рабочий стол, образцовая повероч­ная установка, контрольный гамма-источник, источник нейтронов);

• рабочее место ремонтника электронного оборудования;

• сейф с защитными капсулами;

• электрогенератор, сосуд Дюара, огнетушитель, аптечка;

• комплекты защитной одежды.