Лабораторная работа №2. ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИПА РАБОТЫ дозиметров. Измерение

Дозиметрических величин

Внешнее облучение человека (животных) – это облуче­ние от источников радиоактивного излучения, находящихся вне организма. Источниками внешнего облучения являются космические излучения и радиоактивные изотопы земной ко­ры, создающие естественный радиационный фон, а также ра­дионуклиды, попавшие в окружающую среду при испытательных термоядерных взрывах, радиационных ава­риях и другими путями. Все это в совокупности принято называть радиационным фоном. Мерой радиационного фона является мощность эквивалентной дозы гамма-излучения (ранее – мощность экспозиционной дозы).

Внешнее облучение может производиться всеми видами излучений, но наибольшую опасность представляет гамма-излучение, обладающее очень большой проникающей способ­ностью. Внешнее облучение альфа-частицами вследствие их малой проникающей способности практического значения не имеет, оно не способно проникнуть через одежду и обувь, а также через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками. Бета-излучение хотя и обладает большей прони­кающей способностью, чем альфа-излучение, но оно проходит в ткани организма на глубину не более 1–2 см, его интен­сивность сильно изменяется по высоте, и большая часть его поглощается одеждой и кожей.

Контролируется внешнее облучение с помощью дозимет­ров. Дозиметры – это приборы для измерения дозы или мощности дозы ионизирующих излучений. По принципу детектирования они подразделяются на химические, фоточувствительные, термолюминесцентные, электростатические, газоразрядные, сцинтилляционные, полупроводниковые, биохимические.

В химических дозиметрических системах происходит накопление продукта радиолиза или изменение цвета реагента под действием радиации. Примером может служить ферросульфатная система («дозиметр Фрике», реакция окисления Fe²⁺ →Fe³⁺) и некоторые другие реакции: восстановление Се⁴⁺→ Се³⁺, разложение N₂O в газо­вой фазе и др. Существуют и пластмассовые пленочные дози­метры, изменяющие цвет при облучении. Недостатком хими­ческих дозиметров, существенно ограничивающим их применение, является низкая чувствительность. Измеряемые дозы лежат обычно в диапазоне 10¹–10⁶ Гр.

Пленочные фотоэмульсионные дозиметры (например, ИФК-2,3; ИФКУ) представляют собой небольшую светозащищенную кассету с помещенной в нее пластиной фоточувствительного материала (например, рентгеновской пленки). По завершении времени экспо­зиции фотопленку вынимают и проявляют обычным способом. До­зу определяют по степени почернения пленки.

Действие термолюминесцентных дозиметров (например, ДПГ, ДПС, КДТ-02) основано на способности некоторых люминофоров (например, LiF или Li₂B₄O₇) накапливать энергию радиации и вы­свобождать ее позднее под действием нагревания. Миниатюрные таблетки люминофора помещают внутрь портативной кассеты, а для измерения накопленной энергии таблетки переносят в специ­альное (стационарное) измерительное устройство, где регистриру­ется интенсивность высвечивания (люминесценции) после нагревания. Чувствительность при измерении дозы достигает 5–10 мкЗв при достаточно высокой точности (ошибка около 1–2%).

Близкий по характеру принцип действия у стеклянных дози­метров, например изготовленных из фосфатного стекла, активиро­ванного серебром: они высвечивают накопленную поглощенную энергию после воздействия ультрафиолетовым светом.

Ионизационные электростатические дозиметры работают по принципу электрического конденсатора, заряжаемого в начальный момент времени. Ионизация воздуха в камере прибора приводит к постепенному стеканию заряда. Дозиметр такого типа (например, ДК-02) обычно имеет вид авторучки с окошком у торца. Визуаль­ный просмотр прибора в проходящем свете позволяет увидеть нить, которая перемещается по шкале доз. В других случаях дозиметр мо­жет быть «слепым», а накопленную дозу можно определить с по­мощью отдельного устройства в виде разности потенциалов на электродах камеры.

Биологическую дозиметрию используют для ретроспективной оценки дозы непредвиденного облучения по его биологическим по­следствиям, например, по частоте стабильных хромосомных аберра­ций в клетках крови, выявляемой цитогенетическим анализом спустя месяцы и годы после инцидента.

В зависимости от способа вывода информа­ции дозиметры бывают:

1) индицирующие мощность дозы (прямопоказывающие);

2) индицирующие дозу (накапливающие);

3) универсальные.

Прямопоказывающие дозиметры – это приборы, которые не­прерывно измеряют мощность дозы в текущее время, например, до­зиметр ИРД-02. Такие приборы удобно использовать в условиях меняющихся дозовых нагрузок, так как они позволяют осуществлять оперативный контроль.

Для накапливающих дозиметров необходимо определить проме­жуток времени, по истечении которого прибор показывает дозу, на­копленную за это время. Например, термолюминесцентный дози­метр ДПГ-02 оператор носит с собой, а через определенное время при помощи специального прибора КДТ-02М узнает о полученной дозе. Термолюминесцентный дозиметр не годится для оперативного контроля, однако некоторые приборы из этой группы позволяют его проводить (комплект дозиметров ДП-22В).

Универсальные приборы могут работать как прямопоказывающие, так и в качестве накапливающих приборов. Так, обычный режим работы профессионального дозиметра ДКС-04 – индицирование текущей мощности дозы в миллизиветрах в час (мР/ч), но в специальном режиме с его помощью можно узнать полученную дозу в миллизивертах (мР) за все время с момента включения.

В зависимости от области применения (диапазона мощности доз) дозиметры подразделяются на следующие виды:

1) бытовые;

2) профессиональные.

Бытовые дозиметры, например ИРД-02 и МС-04Б, выпускают­ся в основном для населения и используются для измерения малых (на уровне фона) доз.

Профессиональные дозиметры использует, как правило, персонал ядерных объектов. Такие дозиметры, например ДКС-04, не позволяют измерять значения уровня естественного радиационного фона.

В зависимости от назначения дозиметры подразделяются на инспекционные и индивидуальные. Инспекционные дозиметры предназначены для определения дозовых характеристик полей ионизирующего излучения и измеряют мощность амбиентной дозы.

Индивидуальные дозиметры должны находиться на теле человека и определять дозу, полученную конкретным человеком в поле ионизирующего излучения.

При выборе дози­метра необходимо руководствоваться не только целью решения конкретной задачи (диапазон измерений, измеряемая величина, точность и др.), но и информацией о том, прошел ли этот прибор государственные испытания и внесен ли он в Государственный реестр средств измерений.

Измерения мощности эквивалентной дозы гамма-излучения должны выполняться в соответствии с Методикой выполнения измерений мощности эквивалентной дозы (МЭД) гамма-излучения дозиметрами и дозиметрами-радиометрами при проведении радиационного контроля территорий, предприятий, рабочих мест, лесных и сельскохозяйственных угодий, зданий, сооружений, техники, транспорта, металлолома и т.д. (МВИ.МН 2513-2006).

При обследовании территорииизмерение МЭД проводят на высоте 1 м от поверхности. При проведении преддезактивационного обследования для участков с повышенным радиационным фоном дополнительно проводят измерения МЭД на высоте 2–3 см от поверхности. При обследовании зданий особое внимание следует обратить на крыши, водостоки, входы и выходы вентиляционных систем, щели, выбоины и т.д., где возможно скопление радиоактивных веществ. При радиационном обследовании земель лесного фонда дополнительно проводят измерения МЭД на высоте 3–4 см от поверхности в точках отбора проб.

При обследовании зданий и сооруженийизмеряют МЭД в каждом помещении (комнате) в пяти точках на высоте 1 м над уровнем пола (четыре измерения по углам помещения и одно в центре).

Обследование оборудования, техники, транспортных средстввключает измерение МЭД в характерных точках (кабина водителя, салон автомобиля, рабочее место обслуживающего персонала и т.д.).

Обследование металлолома и твердых отходовпроизводят вблизи поверхности (на расстоянии не более 0,1 м) партии (фрагмента) металлолома (за вычетом величины природного фона).

Измерение МЭД на реперной площадкедозиметрических постов сети наблюдения проводят на расстоянии 1 м от поверхности земли.

Цель работы:приобрести навыки работы с дозиметрическими приборами.

Материалы и оборудование:дозиметр-радиометр МКС-АТ6130, дозиметры ДБГ-06Т и ДРГ-01Т, бытовые дозиметры-радиометры АНРИ-01-02 «Сосна», РКСБ-104, индивидуальные дозиметры.

Задание 2.1. Измерение мощности эквивалентной дозы

Дозиметром ДБГ-06Т

Носимый дозиметр мощ­ности эквивалентной дозы окружающей среды и мощности экспозиционной дозы фотонного излучения с цифровой инди­кацией показаний применяется для оперативного группового контроля мощности эквивалентной дозы окружающей среды и мощности экспозиционной дозы работниками служб радиационной безопасности, дефектоскопических лабораторий, санитарно-эпиде­миологи­ческих станций и т. д.

Технические характеристики.Дозиметр обеспечивает измерение мощности эквивалентной дозы окружающей среды и мощности экспозиционной дозы фотонного излучения в интервале энергий фотонов от 0,05 до 3,0 МэВ.

Дозиметр обеспечивает измерение мощности дозы в двух режимах работы: "Измерение" и "Поиск". В режиме "Измерение" дозиметр обеспечивает измерение мощности эквивалентной дозы окружающей среды в диапазоне от 0,10 до 99,99 мкЗв/ч или мощности экспозиционной дозы в диапазоне от 0,010 до 9,999 мР/ч, в режиме "Поиск" – от 1,0 до 999,9 мкЗв/ч или от 0,10 до 99,99 мР/ч соответственно.

Время измерения в режиме работы "Измерение" не превышает 40 с, в режиме работы "Поиск" – 4 с.

Время установления рабочего режима – не более 10 с.

В качестве источника питания в дозиметре используется гальванический элемент типа "Корунд" (возможно использование аккумуляторов).

Масса дозиметра без источника питания не превышает 0,6 кг.

Регистрация уровней мощности эквивалентной дозы и экс­позиционной дозы осуществляется двумя раздельными груп­пами газоразрядных счетчиков с различными корректирую­щими фильтрами. Каждая группа включает два газоразряд­ных счетчика СБМ-20.

Выполнение работы

1. Подготовьте дозиметр к работе:

– подсоедините, соблюдая полярность, элемент питания;

– включите дозиметр и проведите контроль работоспособности прибора. Для чего установите переключатель поддиапазонов в положение «мкЗв/ч» или «Р/ч», а пере­ключатель режимов работы – в положение «контр.». Осу­ществите сброс показаний нажатием кнопки Сброс. На цифровом табло при правильном функционировании счетных устройств дозиметра и пригодности источника питания долж­но устойчиво отображаться число 0515 (без учета запятых).

2.Выполните измерения в следующем порядке:

– установите переключатель режимов работы в положение «Поиск», переключатель поддиапазонов измерения – в положение «мкЗв/ч». Произведите сброс показа­ний нажатием кнопки Сброс, Определите направление излучения по максимальным показаниям на цифровом табло, ориентируя дозиметр в пространстве. Режим «Поиск»является индикаторным режимом и предназначен для быстрого обнаружения и локализации источников гамма-излучения;

– переведите переклю­чатель режима работы в положение «Измер.» для повышения точности измерения. В этом режиме на цифровом табло отображаются нули во всех разрядах и мигает запятая в младшем разряде. Отсчет показаний производится в конце цикла измерения в момент прекращения мигания запятой. Показания на цифровом табло сохраняются до момента на­жатия кнопки Сброс и запуска дозиметра на новый цикл измерения;

- произведите измерение мощности эквивалентной дозы гамма-излучения окружающей среды (гамма-фона) в конт­рольных точках, указанных преподавателем (дозиметр при этом необходимо располагать горизонтально, так, чтобы центр детектора был направлен вниз, на высоте 1 м от поверхности. Результаты за­пишите.

При работе с дозиметром следует иметь в виду, что показа­ния прибора, выраженные в единицах мощности эквивалент­ной дозы и мощности экспозиционной дозы, как правило, практически совпадают и могут отличаться лишь при нали­чии спектра фотонного излучения с большим вкладом низко­энергетической компоненты.

В условиях работ, при которых возможно радиоактивное загрязнение поверхности дозиметра, а также при неблаго­приятных погодных условиях (осадки, пыль) необходимо ис­пользовать защитный полиэтиленовый чехол.

В случае попадания радиоактивной влаги или пыли на корпус дозиметра производится дезактивация прибора тканью, смоченной этиловым спиртом.

Задание 2.2. Измерение мощности дозы дозиметром ДРГ-01Т

Широкодиапазонный носи­мый цифровой дозиметр мощности экспозиционной дозы фо­тонного излучения, применяется для оперативного группово­го контроля мощности экспозиционной дозы работниками служб радиационной безопасности, санитарно-эпидеми­ологи­ческих станций и т. д.

В настоящее время показатель мощности экспозиционной дозы не используется в качестве дозиметрической величины. Поэтому прибор допускается использовать для измерения мощ­ности эквивалентной дозы, однако его показания следует пересчитывать из миллирентгенов в час в микрозиверты в час.

Технические характеристики. Измерение мощности экспо­зиционной дозы в интервале энергий фотонов от 0,05 до 3,0 МэВ производится в двух режимах работы: «Поиск»и«Изме­рение».

Диапазон измерения в режиме «Поиск» от 0,10 мР/ч до 99,99 Р/ч, в режиме «Измерение» – от 0,010 мР/ч до 9,999 Р/ч.

Время измерения в режиме «Измерение» не превышает 20 с, в режиме «Поиск» – 2 с.

Детекторами излучения в дозиметре служат четыре газо­разрядных счетчика СБМ-20 и два счетчика СИ-34Г, источни­ком питания — гальванический элемент типа «Крона».

Выполнение работы

1. Подготовьте дозиметр к работе:

- подсоедините, соблюдая полярность, элемент питания;

- включите дозиметр и проведите контроль работоспособности прибора. Для этого установите переключатель поддиапазонов в одно из положений – «мР/ч» или «Р/ч», а пере­ключатель режимов работы – в положение «Контр.». Осу­ществите сброс показаний нажатием кнопки Сброс. На цифровом табло при правильном функционировании счетных устройств дозиметра и пригодности источника питания долж­но устойчиво отображаться число 0513.

2.Выполните измерения в следующем порядке:

- установите переключатель режимов работы в положение «Поиск», переключатель поддиапазонов измерения – в положение «мР/ч».. Произведите сброс показа­ний нажатием кнопки «Сброс». Определите направление излучения по максимальным показаниям на цифровом табло, ориентируя дозиметр в пространстве;

- для повышения точности измерения переклю­чатель режима работы переведите в положение «Измерение». В этом режиме на цифровом табло отображаются нули во всех разрядах и мигает запятая в младшем разряде. Отсчет показаний производится в конце цикла измерения в момент прекращения мигания запятой. Показания на цифровом табло сохраняются до момента на­жатия кнопки Сброс и запуска дозиметра на новый цикл измерения;

- произведите измерение мощности дозы гамма-излучения в конт­рольных точках, указанных преподавателем. Результаты за­пишите.

Задание 2.3. Измерение дозиметрических величин