3891

2

УДК 630.81

Снегирева С. Н. Радиологические аспекты в деревообработке [Электронный ресурс]: методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 35.04.02 – Технология лесозаготовительных и дере-

воперерабатывающих производств / С. Н. Снегирева; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2018 – 43 с.

3

Введение

Дозиметрический и радиометрический контроль проводят на предприятиях ядерно-топливного цикла, атомных электростанциях и при выполнении научно-исследовательских работ с использованием меченных атомов и ионизирующих излучений. Наибольший масштаб и значение приобретает дозиметрический и радиометрический контроль окружающей среды при выпадении радиоактивных продуктов ядерных делений, в частности, при авариях на радиационно-опасных объектах. В этой ситуации необходим экспрессдозиметрический контроль, на основании которого составляют карту радиационной ситуации на обследованной территории и выявляют загрязненные зоны, требующие особенно тщательного радиометрического контроля.

1.Общие сведения по дозиметрии, радиометрии и спектрометрии

Всоответствии с функциональным назначением аппаратура для проведения дозиметрии и радиометрии представлена двумя классами приборов: дозиметрами для измерения экспозиционной дозы (ЭД) или мощности экспозиционной дозы (МЭД) рентгеновского и γ-излучения; радиометрами – для определения радиоактивности и ее удельной активности в объектах контроля.

По конструктивным особенностям дозиметрические и радиометрические приборы подразделяются на: карманные (для индивидуального дозиметрического и радиометрического контроля); переносные (для группового дозиметрического и радиационно-технологического контроля, определения радиоактивности и ее удельных значений в объектах окружающей среды – поверхности почв, зданий и сооружений, транспорта, лесохозяйственных машин и т. п.).

Радиометрами обычно называют сравнительно простые приборы для измерения скорости счета, которые регистрируют все импульсы, большие и малые, независимо от их амплитуды (величины энергии). Основное назначение радиометра – определение счетной активности от любых источников излучения, но без задачи их идентифицирования (т. е . без учета энергии, которая специфична для разных изотопов).

4

Всостав радиометрического прибора, помимо детектора, входят блок высокого напряжения (для питания детектора), таймер (для задания времени счета), генератор импульсов (для поверки работоспособности прибора), а также, усилитель импульсов и пересчетное устройство (или микросхема). Индикатором служит цифровой дисплей ил стрелочный прибор.

Более сложные приборы способные не просто регистрировать радиоактивность, но и различать излучения по источнику, носят название спектрометров. Это многоканальные анализаторы, они сортируют образующиеся в детекторе импульсы по амплитуде, пропорциональной энергии частиц излучения. Спектрометры предназначены для идентификации источников по спектру энергии, но могут работать также и в измерительном (счетном) режиме – считать импульсы только в выбранном «окне» спектра, которое соответствует энергии определенного радионуклида. Такие измерения более надежны, так как результат их относится к излучению именно данного изотопа, даже если в образце присутствуют и какие-то другие радионуклиды.

Идентификация радионуклидов по γ-спектрам иногда сталкивается с проблемой наложения пиков, когда некоторые изотопы имеют близкие по энергии излучения. Качество разделения пиков зависит от «разрешающей способности детектора». Энергетическое разрешение полупроводниковых детекторов много выше, чем у сцинтилляционных, хотя работать на последних гораздо проще, особенно в полевых условиях. Полупроводниковые детекторы обычно требуют глубокого охлаждения жидким азотом.

Для количественных измерений интенсивности излучения (или активности источника) применяются электронные приборы – так называемые счетчики, которые регистрируют импульсы напряжения на детекторе. Импульсы возникают от взаимодействия частиц излучения с молекулами газа, жидкости или твердого тела детектора в результате ионизации или возбуждения молекул. Электроника преобразует и усиливает единичные сигналы, а регистрирующее устройство подсчитывает общее количество импульсов за определенное время. Основной характеристикой интенсивности излучения на таких приборах является среднее число импульсов в единицу времени.

Вцелом «счетчиком» является как сам измерительный прибор (радиометр), так и его детектор, т. е. чувствительный объем устройств. Применяются детекторы радиоактивности, или счетчики, в основном трех типов: газоразрядные, сцинтилляционные и полупроводниковые.

5

Газоразрядные ил гейгеровские счетчики представляют собой газона-

полненный сосуд (обычно цилиндрической формы) с электродами, на которые подается постоянное высокое напряжение. Под действием ионизирующий радиации в газовой фазе возникают свободные электроны, которые ускоряются в электрическом поле и выбивают из молекул газа новые, вторичные электроны. Все вместе они дают лавину большого числа электронов, приход которой на анод вызывает кратковременный спад напряжения, или импульс. Газоразрядные счетчики наиболее чувствительны к β-излучениям, эффективность в отношении γ-излучениям у них намного ниже.

Сцинтилляционные счетчики в качестве детектора используют твердые кристаллы специальных веществ-люминофоров, которые способны к сцинтилляциям при пролете через них ядерных частиц, т. е. к образованию слабых вспышек света. Это связано с возбуждением энергии в кристалле, которая затем теряется («высвечивается») в виде фотонов УФ-или видимого света. Центрами свечения служат узлы кристаллической решетки сцинтиллятора, содержащие «активирующие» примеси, например, атомы TI в кристаллах иодистого калия. Вплотную к кристаллу, в оптическом контакте с ним располагается фотоэлектронный умножитель (ФЭЛ), которым и подсчитывается общее число вспышек в сцинтилляторе.

На практике наиболее часто применяются сцинтилляционные счетчики с кристаллами NaI(TI) или CsI(TI), которые отличаются особенно высокой эффективностью в отношении γ-излучения. Применяются пластмассовые детекторы, чувствительные к β-излучению, и детекторы с ZnS для регистрации α-излучения.

В полупроводниковых детекторах импульсы напряжения возникают из-за резкого (но очень кратковременного) увеличения электрической проводимости в кристаллической решетке полупроводникового материала. В качестве последнего используются диэлектрики – монокристаллы германия, кремния, теллурида, кадмия и др. Полупроводниковые детекторы выгодно отличаются от других счетчиков миниатюрными размерами.

1.1 Приборы и оборудование

Для выполнения лабораторных работ по измерению интенсивности излучений и определения удельной активности гама и бета излучающим радионуклидам необходимы: радио-дозиметрические приборы, мерная вилка,

6

высотомер, рулетка, струг для зачистки коры, пробоотборник образцов почв, полиэтиленовые пакеты, крафт-мешки, сопроводительные этикетки на пробы, устройство для измельчения ветвей, коры и древесины, ножницы и ручные резаки, противни для сушки измельченных трав, муфельная печь, фарфоровые тигли, пестики, термостат, сосуд Мариннели, измерительные кюветы, чашки Петри.

2.Методика выполнения лабораторных работ

2.1Индивидуальный дозиметр ДКГ-РМ1203М

Индивидуальный дозиметр микропроцессорный ДКГ-РМ1203М предназначен для непрерывного измерения мощности эквивалента дозы (МЭД), эквивалента дозы гамма-излучения (ЭД).

Применяется службами контроля радиационной безопасности населения, аккредитованными испытательными лабораториями.

Технические характеристики: детектор - Счетчик Гейгера-Мюллера, диапазон измерения мощности дозы - 0,1 мкЗв/ч ÷ 2 мкЗв/ч (микроЗивертах в час), диапазон индикации мощности дозы - 0,01 мкЗв/ч ÷ 2,4 мкЗв/ч,

Прибор выполнен в виде моноблока в пластмассовом корпусе. Детектор излучения на основе счетчика Гейгера-Мюллера, преобразует кванты гамма-излучения в электрические импульсы, которые обрабатываются микропроцессором. Микропроцессор также управляет работой дисплея, блока питания и модуля электронных часов (рис. 1).

Для защиты детектора от фонового бета-излучения используется защитный экран. Суммарная поверхностная плотность стенок, окружающих детектор, при использовании защитного экрана, составляет 1 г/см2, что обеспечивает защиту детектора от фонового бетаизлучения.

Время установления показаний изменяется автоматически в обратной зависимости от уровня МЭД.

Прибор позволяет устанавливать пороги по МЭД и ЭД. Контроль превышения установленных порогов производится визуально по показаниям на дисплее либо по звуковому сигналу. Измерения МЭД и ЭД производятся непрерывно и независимо от того, какая величина индицируется в данный момент на дисплее.

7

Рис. 1 Геометрический центр детектора

На передней панели прибора (рис. 1) расположены следующие кнопки управления:

1 - кнопка УСТ (установка), служит для входа/выхода в режим справок: времени включения звукового сигнала будильника; числа и месяца, года, минут и секунд; для входа/выхода в режим изменения установок; а также для входа/выхода в режим записи в память событий, режим начала измерения МЭД и режим обмена с персональным компьютером.

2 - кнопка РЕЖ (режим), служит для выбора индицируемой величины (МЭД, ЭД, текущее время), включения/выключения режима звукового сопровождения регистрируемого гамма-излучения, для изменения установок, а также для запуска измерений в режиме МЭД и записи в память значения МЭД.

Кнопки УСТ и РЕЖ используются в двух режимах: режиме кратковременного нажатия (примерно до 1 с) и режиме длительного нажатия (примерно 3 с и более).

На дисплее имеются следующие элементы индикации:

3– цифровое табло;

4– разделительный знак ":";

5– разделительный знак ".";

6- круговой элемент;

7– круговая аналоговая шкала значений ЭД;

8– линейный элемент;

9– линейная аналоговая шкала значений МЭД;

10– знак работы прибора в режиме дозиметра;

Порядок работы. Прибор постоянно осуществляет непрерывное круглосуточное измерение МЭД, ЭД, отсчет времени накопления ЭД и индикацию текущего времени на электронных часах. Значения МЭД и ЭД индицируются в цифровом виде, а также в аналоговом на соответствующих графических шкалах, которые появляются на дисплее, если величины МЭД и ЭД превышают 0,1 величины установленных порогов. Когда значения МЭД и ЭД превышают установленные пороги, то соответствующие шкалы индицируются полностью. По степени заполнения этих шкал можно судить о близости текущих значений МЭД и ЭД к их пороговым значениям.

Режим передачи информации в персональный компьютер. Для работы прибора в этом режиме необходимо использовать адаптер ИК канала связи и пользовательскую программу (ПП) РМ1203М.ЕХЕ, поставляемую на инсталляционной дискете совместно с адаптером.

Для подключения адаптера ИК канала связи соединить кабель адаптера с любым из последовательных портов персонального компьютера. Для установки ПП вставить в дисковод инсталляционную дискету. Запустить программу SETUP.ЕХЕ. Следуя указаниям программы, установить РМ1203М.ЕХЕ на Ваш компьютер. Запустить программу РМ1203М.ЕХЕ. На экране появится окно приложения РМ1203М. Назначить коммуникационный порт, канала связи, нажать "ОК".

2.2 Полевой дозиметр ДКГ-01 «Сталкер» с устройством определения геодезических координат

Полевой дозиметр ДКГ-01 «Сталкер» (рис. 2) предназначен для измерения мощности эквивалентной дозы фотонного излучения в полевых и в стационарных условиях с одновременной регистрацией геодезических коор-

9

динат местонахождения прибора и цифровой индикацией показаний с сохранением результатов измерений в запоминающем устройстве.

Применяется территориальными и ведомственными службами радиационного контроля (лесное и сельское хозяйство); спецслужбами (МВД, ФСБ, МЧС).

Рис. 2 Полевой дозиметр ДКГ-01 «Сталкер» с устройством определения геодезических координат

Технические характеристики: тип счетчика – Гейгера-Мюллера, диапазон определяемой мощности дозы от 0,1 до 1000 мкЗв/ч, объем памяти - 3333 результатов измерений.

Устройство дозиметра. Дозиметр состоит из электронного пульта и сменных выносных блоков детектирования.

Корпус выносного блока детектирования ВБ-01 представляет собой металлический цилиндр, внутри которого находятся два включенных параллельно газоразрядных счетчика типа СБМ-20, схема преобразователя напряжения для питания счетчиков и преобразователь импульсов. Выносной блок соединен с электронным пультом кабелем длиной 1м.

Корпус выносного блока ВБ-02 представляет собой металлическую коробку, внутри которой находятся десять включенных параллельно газоразрядных счетчика типа СБМ 30, схема преобразователя напряжения для питания счетчиков и преобразователь импульсов. Выносной блок соединен с электронным пультом кабелем длиной 2м.

10

Клавиатура (5 кнопок управления) и дисплей размером (70 х 40) мм находятся на рабочей (верхней) поверхности электронного пульта. Имеется возможность подсветки дисплея .

Принцип работы дозиметра основан на регистрации квантов фотонного излучения, попадающих в рабочий объем газоразрядных счетчиков СБМ20. Электрические импульсы от счетчиков поступают на преобразователь, где эти импульсы преобразуются в импульсы напряжения, которые поступают затем в БРУИ. Здесь импульсы регистрируются и обрабатываются, причем результаты измерений мощности дозы выводятся на дисплей. БРУИ обеспечивает также режим запоминания полученной информации в 3333 измерениях. Помимо вышеперечисленных действий БРУИ, благодаря встроенной программе, обеспечивает управление прибором по заданному алгоритму путем выполнения команд, подаваемых оператором через клавиатуру.

БРУИ обеспечивает также задание временного интервала измерения, причем этот временной интервал может быть установлен в диапазоне от 3 до

60 с.

Порядок работы. После включения на экране появляется заставка, а спустя 3-5с -начальное меню, содержащее 7 пунктов: продолжение, начать заново, транслировать , просмотреть, навиг. система, передать данные, установки.

Активный пункт меню помечен инверсией текста. Для выбора нужного пункта следует установить курсор в соответствующем месте с помощью клавишей ↑ (вверх) и ↓ (вниз) и нажать клавишу «ввод».

Описание пунктов меню:

продолжение - дозиметр начнет одновременные измерения мощности дозы и координат, причем в ОЗУ предыдущие записи будут сохранены;

начать заново - дозиметр начнет аналогичные измерения, но в ОЗУ предыдущие записи будут уничтожены. Для предотвращения случайной потери данных на экран выводится запрос на дополнительное подтверждение. Для выбора следует, нажимая клавиши ↑ и ↓, установить курсор на нужном ответе и нажать "ввод";

транслировать - дозиметр начнет аналогичные измерения, но не будет накапливать данные в ОЗУ, а сразу будет передавать их на внешний компьютер. Этот режим используется при работе дозиметра в составе передвижных лабораторий;