1.6.6 Методы измерения интегральной величины скрытой энергии.

Большие вариации ВСЭ в рудничной атмосфере во времени и в пределах профмаршрутов отдельных лиц вызывают необходи­мость выполнения огромного объема инспекционных измерений и приводят к существенным затратам на радиационный контроль. Однако и при этом имеют место незарегистрированные интервалы времени с высокими уровнями ВСЭ, значительно повышающие общую экспозицию части шахтеров. Поэтому в последнее время во многих странах ведется активная разработка индивидуальных но­симых устройств для интегральных измерений ВСЭ непосред­ственно в зоне дыхания отдельных горняков или на их основных рабочих местах.

Наибольшая трудность при создании таких устройств связана с малым периодом полураспада ДПР и вытекающей отсюда необ­ходимостью накапливать информацию в течение всего периода отбора пробы воздуха и затем в течение 3 ч после окончания пробоотбора. Интегральные радиометры величины скрытой энер­гии бывают активного-типа (с прокачкой воздуха через фильтр) и пассивного типа (с осаждением ДПР на чувствительную поверх­ность под действием электрического поля). Радиометры пассив­ного типа не нашли пока практического применения в связи с неопределенностью скорости осаждения ДПР на детектор из-за вариаций параметров рудничной атмосферы.

В интегральных радиометрах активного типа используют термо­люминесцентные, фотопленочные, полупроводниковые и треко­вые детекторы.

Термолюшнесцентные детекторы (ТЛД) используют, способность термолюминесцентных кристаллов поглощать энергию альфа-частиц и при нагреве отдавать ее в виде квантов света. Различные крис­таллы имеют свои индивидуальные характеристики и относительную световую реакцию на поглощенную энергию. Например, ТЛД из .фтористого лития (наполнитель — тефлон) позволяет при скорости отбора пробы воздуха на фильтр 0,5 дм 3/мин измерять за 7 часовую экспозицию, соответствующую среднему значению ВСЭ 150 Бк/м³. Если в качестве ТЛД использовать СаS0₄(Мп), пропи­танный тефлоном, то чувствительность системы в отношении альфа-излучения ДПР возрастет в 40-50 раз. Существенным недостат­ком этого ТЛД является довольно быстрая потеря информации (фединг), составляющая 50% за 24 ч при 25^◦С, тогда как у ТЛД из фтористого лития фединг не превышает 5 % в год.

Энергия бета- и гамма-излучений также поглощается ТЛД, но она состав­ляет лишь небольшую часть общей энергии и, кроме того, может быть учтена установкой в приборе второго детектора, защищен­ного от альфа-излучения.

В России разработан и испытан индивидуальный рудничный пробоотборник ВБ-36 с ТЛД из СаS04(Dу), позволяющий измерить за рабочую неделю интегральный уровень ВСЭ в диапазоне 10³-10⁶Бк/м³с основной погрешностью не более 20%. Воздухо­дувка протягивает воздух через фильтр непрерывно в течение всей смены со скоростью 0,5 дм³/мин. После окончания смены детектор оставляют в сборе не менее чем на 3 ч до полного рас­пада ДПР на фильтре. Считывание показаний ТЛД производят раз в неделю с использованием серийной аппаратуры "Пахра". Датчик (фильтр и ТЛД), имеющий массу около 5 г, укрепляется на каске шахтера и соединен с воздуходувкой гибкой пластмассовой трубкой диаметром до 10 мм.

Воздуходувка, имеющая массу до 100 г, размещается под крышкой батареи стандартного головного шахтерского светильника СГТ-3 и потребляет ток не более 0,1 А. Дополнительные достоинства прибора заключаются в возможности одновременно определять индивидуальные пылевые нагрузки, а также экспозиции по

долгоживущим радионукшида. Преимуществами ТЛД-дозиметров являются компактность и механиичская прочность, возможность повторного использования детекторов, инертность к агрессивньм средам, невысокая стоимостъ, легкое и быстрое считы­вание данных. Единственный (но весьма существенный) недостаток состоит в большем разбросе индивидуальных коэффициентов, характеризующих отношение светового выхода к поглощенной энергии альфа-частиц.

Фотоппеночные дозиметры на базе .эмульсионных фотопленок по конструкции аналогичны системам с ТЛД. Пленка чувствительна к любому свету, поэтому ее окружают светозащитой, достаточн тонкой, чтобы пропускать альфа-частицы, испускаемые ДПР, осажденными на фильтре. Пройдя сквозь защиту, альфа-частицы

.падают на ZnS(Аq) и вызывают вспышки света, которые экспонируют фотопленку. Затем пленку проявляют и производят считывание информации по числу треков или путем измерения оптической прозрачности на фотометре. Устройство предварительно калибруется для установления зависимости между плотностью альфа-треков на пленке и экспозицией ДПР.

Трековые детекторы по конструкции также аналогичны системам с ТЛД. Французская фирма "Соgеmа" выпускает пробоотборник активного типа с трековым детектором и автономным питанием., Пробоотборник имеет массу около 0,5 кг и укрепляется на поясе шахтера. Воздуходувка позволяет отбирать пробу воздуха со скоростью 0,1 дм³/мин непрерывно в течение 10 ч, причем в нор­мальных условиях эксплуатации расход остается постоянным в течение всей рабочей смены. Считывание показаний с детек­тора (нитроцеллюлозной пленки фирмы Кодак) после его хими­ческой обработки осуществляется с помощью лазерного источни­ка света и системы светодиодов. Существенным, достоинством прибора является возможность оценки индивидуальных экспо­зиций по пыли и долгоживущим радионуклидам.

Полупроводниковые детекторы также могут быть использованы для измерения интегральной ВСЭ. Альфа-излучение фильтра, через который непрерывно протягивается воздух, регистрируется ППД и либо выводится на цифровой индикатор (отечественный прибор РААЗ-01 "Лещина-Г", предназначенный для определения средне-сменной ВСЭ на основных рабочих местах), либо запоминается миниатюрным вычислительным устройством и считывается в ла­бораторных условиях.

Градуировка и поверка аэрозольных радиометров.

Измерение содержания радиоактивных аэрозолей в рудничной атмосфере является сложной, научно-технической задачей и тре­бует особо внимательного отношения к вопросам градуировки и поверки приборов. Отклонение фактического значения градуи-ровочного коэффициента от паспортного чаще всего бывает свя­зано с изменением параметров регистрации излучения фильтра и с изменением параметров пробоотбора (коэффициентов проскока и самопоглощения). В лабораторных условиях практически не­возможно воспроизвести дисперсный состав рудничных аэрозолей, который варьируется в очень широких пределах, поэтому наиболее надежным способом градуировки остается пока, проведение параллельных измерений .величины скрытой энергии штатными и контрольными приборами в различных горнотехнических ус­ловиях. В качестве контрольных, приборов лучше всего использо­вать те, которые наименее чувствительны к изменению спектраль­ного состава излучения фильтра, и, следовательно, к сдвигу равно­весия между дочерними продуктами радона.

Наилучшие результаты дает использование метода полного альфа-счета или метода Кузнеца. В частности, метод Кузнеца дает возможность определить коэффициенты проскока и самопоглощёния непосредственно в рудничных условиях. Тарировку расходомера осуществляют в лаборатории с помощью прецизион­ного барабанного счетчика ГСБ-400. Эффективность регистрации альфа-излучения фильтра при небольших значениях коэффициента самопоглощения (до 0,2) мало зависит от него и определяется с помощью неэманирующего радиевого эталона из набора ОСАИ. (Коэффициент эмалирования эталона можно оценить, поместив его в герметичный сосуд и определив через некоторое время объем­ную активность радона в сосуде.)

Если диаметр эталона и рабочей поверхности используемого в измерениях фильтра совпадают, определить эффективность регистрации несложно. Поскольку на практике диаметр фильтра обычно существенно больше диаметра эталона, необходимо экспе­риментально определить поправку, характеризующую влияние геметрии измерений. Для этого закрывают эталон тонким (но непроницаемым для альфа-частиц) экраном с отверстием диаметром 2-3 мм и, перемещая эталон перпендикулярно оси детектора, снимают зависимость регистрируемой активности от положения эта­на. Затем разбивают площадь фильтра на 8-10 концентрических колец и рассчитывают средневзвешенную по площади колец эффективность регистрации альфа-излучения от фильтра и от эталона, отношение этих эффективностей и определяет поправку. Если напряжение питания электронных устройств контрольго прибора хорошо стабилизировано, а для отбора пробы по­льзуется воздуходувка ротационного типа (исключающая пульсацию давления и стряхивание аэрозолей с фильтра), то совокупность перечисленных, выше приемов позволяет измерить ВСЭ контрольным прибором с погрешностью не более 20% и, таким образом, дает возможность градуировать и поверять штатные приборы. Последние перед проведением совместных наблюдений также встряхивают и поверяют в лабораторных условиях по методике,изложенной в соответствующих инструкциях (в особенности это необходимо при использований спектрометров альфа-излучения и приборов с раздельной регистрацией альфа-и бета-излучений). Описанная схема поверки соответствует действующему стандарту, который предусматривает. дополнительно аттестацию контрольного прибора на государственном эталоне дочерних продуктов радона во ВНИИ физикотехнических и радиотехнических измеерений.

Аналогичным образом поверяются и приборы для измерения интегральной ВСЭ. Для этого их размещают в горных выработках с достаточно стабильной радиационной обстановкой и в те­чение всего периода экспонирования интегрального прибора периодически (например, раз в 30 мин) измеряют ВСЭ контроль­ным прибором.