Методические рекомендации по математической обработке и представлению результатов радиационного контроля

Авторы: доцент Каратаев В.Д.,

доцент Яковлева В.С.,

ст.преподаватель Шура Л.П.

Содержание

С.

Введение Нормативные ссылки Введение в теорию погрешностей и непределенностей 2.1 Общая часть 2.2 Закон распределения вероятностей Гаусса (Нормальное распределение). 3. Термины, обозначения и определения 3.1 Общие положения 3.2 Вычисление стандартной неопределенности по типу А - 3.3 Вычисление стандартной неопределенности по типу В - 3.4 Вычисление суммарной стандартной неопределенности 3.5. Выбор коэффициента охвата при вычислении расширенной неопределенности 4 Примеры обработки результатов измерений радиационных параметров 4.1 Пример оценки, учета и исключения погрешностей и неопределенностей при измерениях индивидуального эквивалента дозы внешнего облучения (при многократных измерениях). 4.2 Пример обработки и представления результатов измерения индивидальной дозы внешнего облучения при многократных измерениях 4.3 Пример обработки и представления результатов измерения индивидальной дозы внешнего облучения при однократном измерении 4.4 Пример обработки и представления результатов измерения мощности дозы гамма-излучения (многократные измерения) 4.5 Пример оценки, учета и исключения погрешностей и неопределенностей при измерении мощности индивидуального эквивалента дозы -излучения при однократном измерении 4.6 Пример обработки и представления результатов измерения плотности потока ионизирующего излучения (многократные измерения) 4.7 Пример оценки, учета и исключения погрешностей и неопределенностей при измерении плотности потока ионизирующего излучения в однократном измерении 4.8 Оценка, учет и исключение погрешностей и неопределенностей при определении удельной активности пробы, отобранной на объектах окружающей среды 5 Отбор проб 5.1 Погрешности, допускаемые при отборе проб. 5.2 Отбор проб почвы 5.3 Отбор проб грунта методом отбора части образца 5.4 Отбор проб атмосферного воздуха 5.5 Отбор проб аэрозолей 5.6. Отбор проб воды из открытых водоемов 5.6. Отбор проб донных отложений 5.7 Пищевые продукты 5.8 Отбор проб растительности 5.9 Отбор проб фруктов и овощей 5.10 Отбор проб молока и молочных продуктов 5.11 Отбор проб мяса, мясопродуктов и рыбы 5.12 Отбор проб прочих пищевых продуктов 6. Выполнение измерений для определения удельной активности пробы гамма- спектрометрическим методом 6.1 Расчет удельной активности радионуклидов в источнике гамма- спектрометрическим методом 6.2 Пример оценки, учета и исключения погрешностей и неопределенностей при определении удельной активности пробы в радиометрическом измерении 6.3 Пример оценки погрешности, вычисление неопределенностей в измерении удельной активности пробы. Заключение Список литературы Приложение А

4 7 9 9 14 19 21 24 25 26 27 27 28 28 29 35 37 43 45 52 54 60 61 63 65 66 68 69 73 75 76 78 79 79 80 80 82 86 88 92 93 95

Введение

Радиационная обстановка на любом радиационном объекте определяется совокупностью радиационных параметров, характеризующих уровень опасности их воздействия на персонал, население и окружающую среду при нормальной работе радиационного объекта и при радиационной аварии.

Контроль радиационной обстановки осуществляется персоналом служб радиационной безопасности АЭС с целью оценки уровней облучения персонала АЭС и населения, выявления изменений и прогноза состояния радиационной обстановки в целом или отдельных ее параметров (показателей), установления причин неблагоприятного воздействия радиационных факторов на окружающую среду и устранения или уменьшения их вредного воздействия [6,7]. Контроль радиационной обстановки должен проводиться в производственных помещениях радиационного объекта, на его территории, в санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения. Контроль радиационной обстановки на радиационных объектах зависит от категории объекта, от особенностей технологических производственных процессов, от потенциальной радиационной опасности объекта. Контроль радиационной обстановки должен осуществляться за всеми радиационными параметрами, характеризующими уровни облучения персонала, населения и загрязнение окружающей среды.

Основными задачами контроля радиационной обстановки являются:

1. Контроль соответствия измеренных значений радиационных параметров установленным (заданным) значениям этих параметров (проектным, нормативным, контрольным, предшествующим уровням значений радиационных параметров).

2. Документальная фиксация показаний автоматизированной системы радиационного контроля (АСРК), автоматизированной системы контроля радиационной обстановки (АСКРО), измеренных автоматизированной аппаратурой или персоналом значений контролируемых радиационных параметров в нормальной и аварийной радиационной обстановке.

3. Контроль динамики изменений радиационных параметров и, прежде всего, в случае ухудшения радиационной обстановки.

4. Оперативная сигнализация в случае превышения контролируемыми радиационными параметрами установленных пороговых значений или возникновения аварийной радиационной обстановки.

5. Идентификация причин ухудшения радиационной обстановки с выявлением конкретного оборудования, технологического процесса или других причин, вызвавших это ухудшение.

6. Выбор мероприятий по улучшению радиационной обстановки и контроль за их эффективностью.

7. Обоснование и задание временного режима работы персонала и оборудования.

8. Контроль соответствия режима работы оборудования безопасным условиям.

9. Групповой контроль индивидуальных доз.

10. Регистрация и предоставление информации для оценки дозовой нагрузки на население в нормальной радиационной обстановке и в аварийной.

Объектами контроля окружающей среды, обеспечивающими радиационную безопасность персонала и населения, являются:

• атмосферный воздух на территории АЭС, в санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения;

• почва территории АЭС, в санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения;

• вода открытых водоемов;

• питьевая вода;

• продовольственное сырье и пищевые продукты.

Основными контролируемыми параметрами, характеризующими радиационную безопасность населения и радиоактивное загрязнение объектов окружающей среды на наблюдаемых территориях, являются:

• содержание радиоактивных веществ в атмосферном воздухе и радиоактивных выпадений из атмосферы на подстилающие территории;

• плотность радиоактивного загрязнения почв и содержание радионуклидов в почве населенных пунктов и их окрестностей;

• суммарная альфа- и бета-активность природных и техногенных радионуклидов в воде открытых водоемов и питьевой воде;

• содержание цезия-137 и стронция-90 в продовольственном сырье и пищевых продуктах.

Численные значения контролируемых параметров являются основой для проведения расчетов доз внешнего и внутреннего облучения населения. Проведение мониторинга осуществляется путем сбора, хранения, выполнения измерений, обработки и анализа численных значений показателей радиационной обстановки на контролируемой территории.

1. Нормативные ссылки

В настоящих методических рекомендациях использованы ссылки на следующие нормативные документы:

1.1 ГОСТ 27451-87 "Средства измерений ионизирующих излучений. Общие технические условия".

1.2 ГОСТ 8.508-73. ГСИ "Метрологические характеристики средств измерений и точностные характеристики средств автоматизации ГСП".

1.3 ГОСТ 29074-91 "Аппаратура контроля радиационной обстановки. Общие требования".

1.4 ГОСТ 8.437-81 "Системы информационно-измерительные. Метрологическое обеспечение. Основные положения".

1.5 ГОСТ 27451-87 "Средства измерений ионизирующих излучений. Общие технические условия".

1.6 ГОСТ 17.1.5.05-85 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков.

1.7 ГОСТ 17.0.0.02-79 Метрологическое обеспечение контроля загрязненности атмосферы, поверхностных вод и почвы.

1.8 ГОСТ 17.2.1.03-84 ОХРАНА ПРИРОДЫ. АТМОСФЕРА. Термины и определения контроля загрязнения.

1.9 ГОСТ 17.1.5.01-80 ОХРАНА ПРИРОДЫ. ГИДРОСФЕРА. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность.

1.10 Рмг 43-2001 Государственная система обеспечения единства измерений. Применение “Руководства по выражению неопределенности измерений”.

1.11 МУ 2.6.1.016-2000 Определение индивидуальных эффективных и эквивалентных доз и организация контроля профессионального облучения в контролируемых условиях обращения с источниками излучения. Общие требования.

1.12 МУ 2.6.1.25-2000 Дозиметрический контроль внешнего профессионального облучения. Общие требования.

1.13 МУ 2.6.1.026-2000 Дозиметрический контроль профессионального внутреннего облучения. Общие требования.

1.14 МУК 2.6.1.1194-03 "Радиационный контроль. Стронций-90 и цезий-137. Пищевые продукты. Отбор проб. Анализ и гигиеническая оценка".

1.15 МУ 2.6.1.1981-05 Методические указания. Ионизирующее излучение, радиационная безопасность. Радиационный контроль и гигиеническая оценка источников питьевого водоснабжения и питьевой воды по показателям радиационной безопасности. Оптимизация защитных мероприятий источников питьевого водоснабжения с повышенным содержанием радионуклидов.

1.16 Р 50.2.038-2004 Рекомендации по метрологии. Измерения прямые однократные. Оценивание погрешностей и неопределенности результата измерений.

1.17 ГОСТ 28168- 89 Отбор пробы почвы.

1.18 ГОСТ 17.4.3.0001-83 Охрана природы. Общие требования к отбору проб.

1.19 ГОСТ 17.4.4.02- 84 Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа.

1.20 ГОСТ 17.1.5.04- 81 Охрана природы. Гидросфера. Приборы и устройства для отбора, первичной обработки и хранения проб природной среды.

1.21 ГОСТ Р 51592- 2000 Общие требования к отбору проб воды.

2. Введение в теорию погрешностей и непределенностей.

2.1 Общая часть

При проведении практически любых измерений физических величин с помощью измерительных инструментов, приборов, устройств, получают результаты, которые приобретают определенную ценность и достоверность только в том случае, если указаны погрешности и вычислены неопределенности полученных результатов, отвечающие заданной доверительной вероятности.

Погрешностями измерений называют разность между измеренными и истинными значениями исследуемой величины.

Понятие погрешности применяют к средству измерения, а понятие неопределенности – к результату измерения, полученному обработкой исходных данных.

Понятие погрешности измерений как разности между результатом измерений и истинным (действительным) значением измеряемой величины используется для описания точности измерений.

Неопределенность измерений понимают как неполное знание значения измеряемой величины и для количественного выражения этой неполноты вводят распределение вероятностей возможных (обоснованно приписанных) значений измеряемой величины. Таким образом, неопределенность количественно характеризует точность результата измерений. Последовательность действий при оценивании характеристик погрешности и вычислении неопределенности измерений включает в себя: анализ уравнения измерений; выявление всех источников погрешности (неопределенности) измерений и их количественное оценивание; введение поправок на систематические погрешности (эффекты), которые можно исключить.

Различают три типа погрешностей:

• случайные;

• систематические;

• промахи.

Случайные погрешности вызываются действием большого числа факторов, при чем, действие этих факторов на каждое измерение различно и не может быть заранее учтено (сотрясение фундамента, изменение климатических параметров, движение воздуха, нестабильность сетевого питания приборов и пр.). Если производят многократное измерение одной и той же величины, то очень часто результаты отдельных замеров располагаются симметрично около измеряемого значения. Погрешности обоих знаков, в большинстве случаев, встречаются в практике одинаково часто.

Систематические погрешности вызываются действием таких факторов, которые смещают центр тяжести распределения замеров в ту, или иную сторону. Систематические погрешности повторяются при всех измерениях. В качестве примера можно указать следующие факторы: дрейф нуля прибора в усилителе постоянного тока (УПТ); неточная градуировка; дефект в методике измерений (например, измерением спектра излучения от толстого источника, нужна поправка на самопоглощение). В течение измерений они постоянны, или меняются по определенному закону. Для исключения систематических погрешностей часто приходится делать дополнительные измерения или опыты, использовать поправки, определяемые путем расчетов. Возможные систематические погрешности обычно рассматривают при составлении описания приборов, методик измерений с помощью приборов.

Промахи – вызываются грубыми ошибками экспериментатора (не то записал, не туда посмотрел), или неисправностями приборов, их ложными показаниями.

Анализ случайных погрешностей, а также вычисление неопределенностей производят с использованием статистических закономерностей, основанных на теории вероятности.

Результат каждого отдельного замера рассматривают величиной случайной, поскольку при повторении замера будет получен новый результат, который будет несколько отличаться от предыдущего.

Случайная величина (случайное событие), это величина, которая в результате опыта может принять то или иное значение, при чём, неизвестно заранее, какое именно.

Численная мера объективной возможности получения случайной величины называется вероятностью.

Случайные величины могут быть дискретными (например, число отсчётов детектора за определённый промежуток времени) и непрерывными (например, длительности временных интервалов между соседними фактами регистрации частиц детектором, энергия бета частиц при - распаде радиоактивных ядер).

Непрерывные случайные величины принимают любые значения в области их определения, а дискретные – лишь определённые точные значения, отличающиеся друг от друга на конечную величину.

Закон распределения дискретной случайной величины – математическое выражение, определяющее вероятность появления различных значений , причём, . (2.1)

Уравнение 2.1 называется нормировкой распределения вероятностей.

Здесь суммирование ведётся при всех возможных значениях индекса

, (2.2)

при всех значениях переменной .

Для непрерывных случайных величин закон распределения задаётся функцией , имеющей смысл плотности вероятности. Вероятность того, что непрерывная случайная величина лежит в пределах от до , равна

. (2.3)

Уравнение нормировки для непрерывной случайной величины:

. (2.4)

Закон распределения случайной величины может быть задан и функцией распределения , которая определяет полную вероятность появления всех возможных значений .

Для непрерывных случайных величин:

. (2.5)

Для дискретных случайных величин:

. (2.6)

Среднее значение случайной величины (математическое ожидание):

для непрерывных случайных величин:

= ; (2.7)

для дискретных случайных величин:

. (2.8)

Легко убедиться, что среднее значение всех уклонений случайной величины от равно 0:

= = (2.9)

Поэтому, чтобы охарактеризовать степень разброса (или рассеяния) случайной величины около среднего значения, используют понятие - дисперсия. Дисперсией называют среднее значение квадрата отклонений случайной величины от её среднего значения.

Для непрерывных случайных величин:

. (2.10)

Для дискретных случайных величин:

. (2.11)

Можно показать, что в обоих случаях дисперсия представляет собой разность между средним квадратом и квадратом среднего случайной величины .

Например, для дискретных случайных величин, распределенных по закону : (2.12)

Величина

(2.13)

называется стандартным (средним квадратическим) отклонением.

Исследуемая величина может быть найдена не прямым измерением в опыте, а через систему других измеренных случайных величин . Тогда должна существовать функциональная связь и плотность вероятности такая, что … . (2.14)

Различают два типа случайных величин , зависимые и независимые.

Пример зависимых случайных величин. Если производят измерение электрического сопротивления на участке цепи методом амперметра и вольтметра, то эта связь – закон Ома для участка цепи:

(2.15)

Для независимых случайных величин, каждая случайная величина имеет собственную плотность вероятности и плотность вероятности их совместного появления определяется произведением плотностей вероятностей появления отдельных случайных событий:

. (2.16)

Законы распределения вероятностей случайных величин применяют при математической обработке результатов измерений.