Комплекс методических, аппаратурных и программных средств для моделирования и определения активности "толстых" аэрозольных проб Ризин, Андрей Игоревич

Введение к работе

. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Проведение радиометрического контроля аэрозолей альфа- и бета-излучающих долгоживущих нуклидов (ДЖН), один из важнейших факторов обеспечения безопасных условий жизни и работы людей, соблюдения технологической дисциплины на производстве и охраны окружающей среды.

Значимость контроля объемной активности (ОА) аэрозолей ДЖН в воздухе особенно проявилась в случаях крупных аварий, таких как на предприятии по переработке гексафторида урана в штате Оклахома, на Чернобыльской АЭС и ряде других объектов атомной энергетики и промьшшенности. Анализ последствий этих аварий убедительно показывает, что радиоактивные аэрозоли искусственного происхождения, в особенности содержащие долгоживущие радионуклиды, вносят существенный, а в аварийных и поставарийных ситуациях нередко и определяющий вклад в загрязнение окружающей среды, радиационные нагрузки на организм человека.

Радиометрия аэрозолей ДЖН с низкой удельной активностью, часто регистрируемых на предприятиях атомной промышленности, например, смеси изотопов урана естественного или слабых степеней обогащения сталкивается с необходимостью определения активности аэрозольных проб, содержащих альфа-излучающие нуклиды и имеющих толщину, сравнимую с пробегом альфа-частиц в веществе пробы. Такие пробы, условно называемые "толстыми", характерны тем, что часть энергии альфа-излучения поглощается в их веществе. Разумеется значительно увеличивается вероятность полной потери энергии отдельными альфа-частицами. Эти частішу не будут зарегистрированы измерительным устройством, также как те которые при детектировании имеют энергию ниже порога регистрации прибора.Ошибка при неправильном учете выхода и эффективности регистрации альфа-частиц может достигать сотен процентов .

ЦЕЛЬ РАБОТЫ Целью настоящей работы являлась разработка прецизионных методов измерений ОА искусственных аэрозолей альфа-излучающих радионуклидов для случаев образования "толстых" проб на основе физического и математического моделирования этих проб, расширение на их базе возможностей технических средств, в том числе и серийно выпускаемых, обеспечивающее современный уровень точности измерений при низких материальных затратах в процессе внедрения и эксплуатации на местах, а также использование разработанных методов для достижения единства измерений на межнациональном уровне.

Научная новизна работы определяется следующим:

1.Сформулирован и обоснован новый комплексный подход к измерению "толстых" альфа-активных аэрозольных проб в режиме автоматизированного непрерывного и лабораторного контроля , предполагающий использование для каждого режима оптимального по соотношению затрат и получаемого эффекта набора технических средств (ТС) для решения специфических для каждого из видов контроля задач.

2.Предложены и обоснованы методы построения и использования новых ТС для передачи с требуемой точностью размера единицы ОА аэрозолей урансодержащих соединений рабочим средствам измерений (СИ), в процессе проведения метрологических исследований, их аттестации и поверки. Такими техническими средствами являются: генератор аэрозолей урансодержащих соединений: образцовый радиометр аэрозолей урана естественного.

2.Дано новое решение задачи - определения активности "толстых" аэрозольных проб и источников, содержащих альфа-излучающие радионук-лиды например, типа ""^Ри с однокомпонентним спектром распределения альфа-частиц по энергиям.

4.Впервые предложены и реализованы подходы к обеспечению единства измерений активности аэрозольных проб между ведущими в области метрологического обеспечения радиометрии аэрозолей организациями во Франции ' и России.

5.Предложенные в работе новые методы и ТС защищены четырьмя авторскими свидетельствами . .

Практическая ценность полученных результатов заключается в следующем:

1.Предложенный в работе аппаратурно - методический комплекс для измерения ОА искусственных альфа-излучающих аэрозолей при образовании "толстых" 'аэрозольных проб позволяет существенно расширить диапазон измерений СИ, повыдить уровень метрологического обеспечения штатной и разрабатываемой аппаратуры, кроме того, в отдельных случаях, значительно увеличить оперативность получения результатов при повышении

достоверности измерений.

2.Созданные в работе генератор радиоактивных аэрозолей естественного урана и образцовый радиометр аэрозолей урана позволяют с требуемой достоверностью и точностью обеспечить проведение необходимого объема метрологических исследований и испытаний рабочих средств измерений на модельных радиоактивных аэрозолях практически без привлечения аппаратуры Государственного специального эталона радиоактивных аэрозолей.

3.Разработка к внедрение в практику радиометрических измерений алгоритма непрерывного автоматизированного контроля ОА аэрозолей-сод ержацих радионуклиды урана, включая "толстые" источники, позволяет значительно расширить возможности оперативного контроля в производственных помещениях предприятий ядерного цикла включая слежение за динамикой развития аварийных ситуаций.

4.Неразрушающие прецизионные методы измерения проб наряду с отработанной методикой изготовления специальных аэрозольных источников и соответствующими техническими средствами создают предпосылки к расширению нуклидного состава аэрозолей, входящих в Государственный эталон.

Результатом проведенной работы явилось следующее: 1. Предложенные в диссертации новые прецизионные методы измерения и технические средства метрологического обеспечения, в том числе генератор модельных аэрозолей урана естественного, были использованы е составе лабораторного метрологического комплекса в НИЦ СНИИП и обеспечили проведение градуировки и первичной метрологической аттестации рабочих средств измерений 2-х типов.

1. Предложенный в диссертации метод и разработанное программное обеспечение позволяют измерять "толстые" аэрозольные пробы, состоящие из радионуклидов с однокопонентным альфа-спектром без введения различных поправочных коэффициентов, что значительно снижает трудоемкость измерений , повышает оперативность и позволяет автоматизировать процесс измерения "толстых" проб.

2. Проведены российско - французские взаимоизмерения "темновых" проб . Изготовленные на модельных аэрозолях в лабораториях Франции и России пробы ²³⁹ри , ^9CSr - ⁹⁰Y , U_ecT при взаимном измерении

- б -

показали высокий уровень сходимости полученных результатов ( в пределах погрешности измерений ). При этом в России пользовались недеструктивными инструментальными, относительными методами, французы -абсолютными с разрушением проб.

4.Реализация приведенных в работе рекомендаций и положений проведена при создании следующих технических средств:

метрологического комплекса в лаборатории радиационного контроля воздуха предприятия "СНИИП-СИГМА";

ведомственной установки "НУГАС" на баге Всесоюзного НИИ Химической Технологии (ВНИИХТ);

образцовой установки объемной активности естественного урана (ВНИИФТРИ)

объектно-ориентированного комплекта приборов для АЭХК;

систем радиометрического контроля на ряде объектов в СНГ ( г. Киев , Харьков , Львов ),

Основные положения диссертации и ее результаты были доложены и обсуждались:

- в процессе обучения персонала на объектах, где внедрялись
разработанные методы и технические средстза;

- на научно-технических семинарах Союзного НИИ приборостроения
в период С 1984г. по 1990г.;

на 10 Менделеевком съезде в Обнинске, 1993г;

- на Европейской конференции по аэрозолям в Карлсруе,
Германия 1992г;

- на Российско-французских встречах по подготовке и обсуждению
результатов сличения "темновых" проб , 1993,1994гг

Основные результаты диссертационной работы изложены в 17 публикациях, в том числе в трудах международной конференции.

Автор защищает следующее:

1. Метод определения активности "толстых" альфа-излучающих аэрозольных источников состоящих из радионуклидов с однокомпонентним альфа-спектром.

2. Метод определения активности аэрозольных урансодержащих проб по бета-излучению дочерних продуктов распада.

3. Технические средства воспроизведения.и измерения ОА модельных аэрозолей .урана.

4. Алгоритм автоматизированного контроля ОА урансодержащих аэрозолей, Еключающийвозможность оперативного контроля в аварийной ситуации.