Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ методов и технических средств, применяемых в составе радиационной ветви интегрированной системы безопасности 12
1.1 Основные задачи радиационной ветви интегрированной системы безопасности 12
1.2 Сравнительные характеристики методов и технических средств радиационного контроля 16
1.2.1 Радиационные мониторы 16
1.2.2 Методы и приборы оперативного газо-аэрозольного контроля 23
1.2.3 Портативные приборы оперативного контроля 31
1.3 Особенности построения радиационной ветви интегрированной системы безопасности 39
Глава 2. Расчетно-экспериментальное обоснование методов противодействия радиационному терроризму 44
2.1 Математическая модель пешеходного радиационного монитора 44
2.2 Результаты экспериментальных исследований характеристи пешеходного радиационного монитора 52
2.3 Методика оперативного газо-аэрозольного контроля 55
2.3.1 Методика измерения содержания альфа-излучающих аэрозолей в воздухе 58
2.3.2 Результаты экспериментальных исследований характеристик радиометра альфа-излучающих аэрозолей 6
2.2.1 Методика измерения содержания бета-излучающих аэрозолей в воздухе С
2.2.4 Результаты экспериментальных исследований характеристик радиометра бета-активных аэрозолей 69
2.4 Методика досмотрового поиска радиоактивных веществ по фотонному и бета-излучению 73
2.4.1 Выбор детектора 73
2.4.2 Математическая модель процесса досмотра 79
2.4.3 Экспериментальная проверка модели досмотра 86
Глава 3. Разработка технических средств радиационной ветви интегрированной системы безопасности 91
3.1 Стационарная аппаратура непрерывного скрытого контроля 91
3.2 Приборы оперативного газо-аэрозольного контроля 94
3.3 Портативные приборы оперативного досмотра 100
3.4 Выводы 106
Глава 4. Результаты внедрения новых технических средст радиационной ветви 108
4.1 Радиационный монитор «Вымпел» 108
4.2 Радиометр альфа-активных аэрозолей «Альфа-3» 108
4.3 Радиометр бета-активных аэрозолей «РЭКС-1» 109
4.4 Портативные приборы ИРД-02, МС-04 109
Заключение 1 П
Литература 11
- Сравнительные характеристики методов и технических средств радиационного контроля
- Результаты экспериментальных исследований характеристи пешеходного радиационного монитора
- Приборы оперативного газо-аэрозольного контроля
- Радиометр бета-активных аэрозолей «РЭКС-1»
Введение к работе
Проблема обеспечения безопасности от вероятного применения радиоактивных _ веществ в террористических акциях, как одна из задач интегрированной системы безопасности объектов государственной важности — административных зданий, банков, аэропортов, вокзалов, морских портов и т.п. - приобрела в последнее время крайне высокую актуальность. Политическая нестабильность, экономический спад, непрерывные боевые действия на юге России, относительная доступность радиоактивных материалов привели к возникновению нового вида террора -радиационного [1].
Террористические акции с применением радиоактивных веществ перестали носить гипотетический характер. По существующим оценкам эти "нетрадиционные" средства могут нанести значительно более серьезный ущерб по сравнению с обычными видами диверсий и террора. Террористы рассматривают радиоактивные вещества как основное средство угроз и шантажа при выдвижении различных экономических и политических I требований. | Использование радиоактивных веществ в террористических акциях может оказать как локальное, так и глобальное воздействие с серьезными'
I социальными последствиями. Очевидно, что эффективная защита и
I I I I уменьшение последствий от террористических акций с применением радиоактивных веществ могут и должны быть обеспечены путем создания радиационной ветви (подсистемы) интегрированной системы безопасности
Проблема обнаружения и контроля за перемещением радиоактивных веществ возникла практически одновременно с появлением лабораторий и производств, работы которых были связаны с изучением и применением радиоактивности. В дальнейшем проблема получила развитие в двух основных направлениях: создание систем учета и контроля радиоактивных материалов и систем радиационного мониторинга на радиационное и ядерно-опасных предприятиях; создание войсковых средств радиационной разведки и радиационного контроля.
В системах физической защиты радиационное и ядерно-опасных предприятий появились технические средства обнаружения и контроля за несанкционированным перемещением радиоактивных и ядерных материалов. В настоящее время на многих радиационно-опасных предприятиях функционируют комплексные системы учета и контроля радиоактивных и делящихся материалов [3-5]. Под эгидой МАГАТЭ создана международная система гарантий безопасности, охватывающая сегодня более 1000 реакторных установок во всем мире [3].
Реальность угрозы применения радиоактивных материалов в террористических акциях дала толчок к решению проблемы обнаружения радиоактивных веществ в совершенно новом направлении. Речь идет о создании радиационной ветви интегрированной системы безопасности (ИСБ).
Место радиационной ветви в структуре ИСБ определяется следующим образом. Общая структура интегрированной системы безопасности объекта может быть представлена в виде трех защитных барьеров. Первый (внешний) барьер реализуется инженерными средствами охраны, различными механическими заграждениями. Второй состоит из технических средств обеспечения безопасности, в состав которых входят подсистемы охранной, пожарной сигнализации, телевизионного наблюдения; разграничения доступа; радиационной безопасности (радиационная ветвь); защиты информации и пр. Третий барьер реализуется различными организационными мерами, характеризуемыми способом построения и тактикой взаимодействия внутренней и внешней служб безопасности.
Для обнаружения радиоактивных материалов и контроля за их несанкционированным перемещением, в рамках обеспечения нераспространения ядерного оружия и системы учета и контроля ядерных материалов, существует широкий парк технических средств. Так на мировом рынке широко известны радиационные мониторы фирм Canberra и TSA, (США), Nuclear Enterprises Limited (Англия), Herfurth GmbH (Германия) и пр. В России на серийных заводах Минатома освоен целый ряд технических средств радиационного контроля, предназначенных для оснащения санитарных пропускников и контрольно-пропускных пунктов предприятий отрасли, включая комбинаты и АЭС. Самой современной разработкой, которая совместила в себе спектр задач контроля доступа, является система «Сектор-MP» выполненная специалистами предприятия ГП СНПО «Элерон» [7].
Радиационные мониторы предназначены для создания защитного барьера в зонах строгого режима на предприятиях, которые связаны с использованием специальных ядерных материалов. Данная аппаратура является, как правило, узко специализированной. Например, радиационные мониторы типа JPM-21A и "Янтарь" предназначены для обнаружение высокообогащенного урана и плутония. Установки типа РЗБ-05, РЗБ-04-04 разработаны для контроля внешнего гамма- и бета-загрязнения тела, рук, ног и обуви персонала в санитарных пропускниках зоны строгого режима. Установки РЗГ-С4-01 и РЗГ-05 обеспечивают контроль загрязнения личной одежды и автотранспорта при выходе и выезде с АЭС по гамма-излучающим нуклидам.
Технические средства промышленного назначения частично могли бы быть использованы в целях обеспечения защиты объекта от вероятных террористических акций с применением радиоактивных веществ. Однако, применяемые сегодня промышленные технические средства обнаружения радиоактивных материалов и контроля за их несанкционированным перемещением ориентированы в основном на высокообогащенный урай", плутоний и вероятное загрязнение гамма-, бета- и альфа-излучателями, как правило, известного радионуклидного состава. Технические средства разработаны для эксплуатации в условиях санитарных пропускников предприятий ядерного топливного цикла и ориентированы на систему обеспечения радиационной безопасности специально подготовленного персонала, контактирующего с радиоактивными материалами. Создание радиационной ветви интегрированной системы безопасности на базе этих технических средств представляется очень сложной задачей, требующей существенных функциональных и конструктивных доработок.
Аналогичная ситуация складывается при попытке использования войсковой аппаратуры радиационной разведки и радиационного контроля в целях борьбы с радиационным терроризмом. Войсковая аппаратура предназначена в основном для обнаружения и измерения больших уровней радиоактивного загрязнения или мощностей дозы, которые возникают в случаях применения ядерного оружия, е.вариях на ядерных энергетических установках или арсеналах. Войсковая аппаратура, как правило, не поддерживает принципов «открытых систем», что является основным требованием построения интегрированных систем безопасности. Кроме того, к войсковой аппаратуре предъявляются очень жесткие эксплуатационные требования и поэтому она очень дорога.
Простейшие датчики и приборы радиационного контроля, применяемые сегодня в интегрированных системах безопасности объектов, являются по сути сигнализаторами мощности дозы фотонного излучения [8-13]. Фактически это лишь первый шаг в признании серьезности угрозы ядерного терроризма, который на практике способен ограничить лишь случаи неумышленного проноса радиоактивных веществ (меченые купюры, людей после рентгеноірафии и пр.).
Следует отметить тот факт, что исследования по проблеме защиты объекта от вероятного использования радиоактивных веществ в террористических акциях не носили системного характера. Необходимо теоретическое обоснование методов и разработки технических средств обнаружения и контроля радиоактивных веществ с учетом специфики радиоактивного воздействия в условиях террористического акта, оказывающих существенное влияние ш эффективность интегрированной системы безопасности в целом.
Исходя из выше изложенного, научная проблема формулируется следующим образом: "Разработка методов и технических средств радиационной ветви интегрированной системы безопасности".
Настоящая- работа ставила своей целью разработку методов и новых технических средств радиационного контроля для обеспечения защиты объектов и персонала от террористических акций с применением радиоактивных веществ.
В ходе работы были решены следующие основные задачи: определены принципы построения и основные измерительные задачи радиационной ветви ИБС; обосновано построение радиационного монитора, предназначенного для обнаружения радиоактивных веществ по фотонному излучению; исследованы возможности обнаружения радиоактивных аэрозолей в воздухе помещений аспирадионным методом; разработаны две методики и радиометры для оперативного мониторинга искусственных радиоактивных аэрозолей на фоне естественных аэрозолей в атмосфере помещений по их альфа- и бета-излучению, позволяющие провести селекцию аэрозолей по виду излучения; разработаны методики поиска и обнаружения радиоактивных веществ по фотонному и бета-излучению, предназначенные для обеспечения досмотра людей и ручной клади и комплексного оперативного мониторинга объекта; методики положены в основу вновь разработанных портативных приборов.
Работа выполнялась в НИЦ «СНИИП» в период с 1987 по 1999 годы. Основные положения, выносимые на защиту:
1. Анализ существующих методов и технических средств обнаружения и контроля радиоактивных веществ, на основе которого сформулированы принципы построения радиационной ветви систем безопасности;
2. Математическая модель двухканального радиационного монитора, позволившая провести расчетные исследования, в результате которых удалось при минимальном объеме оборудования обеспечить необходимую чувствительность монитора, исключить технологические паузы в работе, на порядок уменьшить вероятность ложных тревог, связанных с колебаниями радиационного фона и исключить влияние воздействий на аппаратуру;
Методика измерения эквивалентной равновесной активности радона в воздухе помещений по альф а-активности отобранной на фильтр пробы;
Методика измерения эквивалентной равновесной активности радона в воздухе помещений по бета-активности отобранной на фильтр пробы;
Способ обнаружения искусственных радиоактивных аэрозолей в воздухе помещений с качественной селекцией по виду излучения;
Способ поиска радиоактивных веществ по фотонному и бета-излучению, позволивший существенно, в отдельных случаях до 100 раз, снизить минимально детектируемую активность при досмотре;
Радиационная ветвь интегрированной системы безопасности, введенная в промышленную эксплуатацию на трех объектах.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.
В первой главе диссертационной работы приведен анализ методов и технических средств, применяемых для обнаружения и контроля радиоактивных веществ с точки зрения обеспечения безопасности объекта и персонала от вероятных террористических акций. Сформулированы основные задачи радиационной ветви интегрированной системы безопасности, определены особенности функционирования и принципы построения радиационной ветви. В заключении главы поставлены задачи исследования.
Вторая глава посвящена расчетно-экспериментальному обоснованию предлагаемых методов и технических средств обнаружения радиоактивных веществ. В главе приведено описание результатов экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных условиях, расчетных исследований, методического обеспечения и технических средств.
Третья глава содержит материалы по разработке компонентов радиационной ветви интегрированной системы безопасности.
В четвертой главе приведены материалы по применению па различных объектах как отдельных технических средств обеспечения радиационной безопасности, так и радиационной ветви как подсистемы интегрированной системы безопасности в целом.
В заключении приведена общая характеристика работы и основные выводы по результатам диссертационной работы.
Автор благодарит за оказанную помощь в подготовке экспериментальной базы, проведении испытаний и обработке результатов Бабича В.Г., Сальникова В.Н. Автор выражает искреннюю признательность Артеменковой Л.В. и Никитину В.И. за помощь оказанную при подготовке диссертаци*ц..а так же всем сотрудникам 1900 отделения, принявших участие в обсуждении результатов работы.
Сравнительные характеристики методов и технических средств радиационного контроля
Для обнаружения радиоактивных веществ на проходных, как правило, устанавливается стационарная аппаратура, функционирующая непрерывно в автоматическом режиме. Этот класс аппаратуры получил название радиационные мониторы (РМ). Широкое распространение получили РМ, предназначенные для обнаружения специальных ядерных материалов - U , U235 JJ238, Ри239. Основным назначением РМ является пресечение несанкционированного перемещения специальных ядерных материалов в рамках международных конвенций по блокированию распространения оружия массового поражения и поддержанию эффективного режима ядерного нераспространения. За рубежом РМ устанавливаются на проходных зон строгого режима предприятий, на которых имеются специальные ядерные материалы. В России РМ эксплуатируются как на предприятиях, связанных со специальными ядерными материалами, так и на всех таможенных терминалах и пограничных постах [23]. Примеру России последнее время стали следовать европейские страны.
Накоплен большой опыт создания и эксплуатации таких РМ, этот опыт обобщен и положен в основу национальных стандартов [24-27]. Стандарт США устанавливает 4 категории пешеходных мониторов по их чувствительности KU И Pu . Дополнительным требованием российского таможенно« комитета является чувствительность по U , обнаружение которого представляет отдельную сложную задачу. Технический комитет № 45 МЭК начал разработку международного стандарта по радиационным мониторам. В Таблице 1.3 приведены технические характеристики РМ отечественных фирм [28-32].
Обзор технических характеристик зарубежных производителей приведенв работе [7]. РМ отечественных и зарубежных фирм имеют очень близкие технические характеристики [33-36], Пластмассовый сцинтиллятор является наиболее часто применяемым в качестве детектора. Практически во всех моделях РМ есть датчик присутствия, некоторые модели имеют датчик движения. Датчики присутствия используются инфракрасные, радиолокационные, ультразвуковые и фотоэлектронные. Модель JPM-21A фирмы CANBERRA стала в свое время основным прототипом для отечественных разработок. Этот монитор может регистрировать только фотонное излучение. JPM-21A представляет собой интеллектуальную систему детектирования фотонного излучения, которая была разработана фирмой совместно с Национальной лабораторией в Лос-Аламосе [35,38].
С каждой стороны монитора JPM-21A располагается стойка с двумя пластмассовыми сцинтилляционными детекторами размером 38.1x152.4x787 мм. Стойки с детекторами размещаются на расстоянии 74 см, высота стоексм. Они помещены в защитные кожухи и имеют коллиматоры из свинцовых листов. Для повышения чувствительности используются специальные малошумящие ФЭУ. Для обеспечения максимальной чувствительности системы и снижения вероятности ложного срабатывания были применены спектрометрические электронные устройства обработки сигналов высокого класса.
Алгоритм функционирования монитора следующий. Пока монитор свободен (определяется состоянием датчика присутствия), контроллер выполняет измерения фона. Каждое значение фона сравнивается с установленными пределами значения сверху и снизу на статистическое отклонение. Измерение фона производится непрерывно, пока не будет прервано датчиком присутствия. Когда монитор переходит в состояние измерений в присутствии объекта, начинается набор данных в очень коротки:; интервалах времени, В соответствии с алгоритмом последовательной проверю отношения вероятности, каждый из этих временных интервалов сравниваете как со средним значением фона, так и с суммой среднего значения переходного состояния. Данный алгоритм работы контроллера допускає эксплуатацию монитора, как в одностороннем, так и двустороннем режиме движения объектов через монитор.
Аппаратура предварительного формирования и анализа сигнал (контроллер, усилитель, одноканальный анализатор, источник высоко напряжения) размещена в кожухах детекторов. Для ограничения доступа электронике кожух снабжен замком. Программируемый контроля автоматизирует работу JPM-21 А. При старте монитора контролі: обеспечивает автодиагностику системы в целом. Контроллер мои распечатать отчет через порт RS-232. Через терминал, подключаемый к по} RS-232, имеется доступ к рабочим параметрам системы и процедур диагностики. Могут быть установлены: - режим работы - с остановкой или проходной;- скорость движения через монитор;- количество и длительность измерений и количество данных, набранных до момента перехода монитора в занятое состояние, которые будут использоваться при мониторинге;- верхний и нижний пределы значений фона.
Монитор JPM-21А по категории II (режим сквозного прохода со скоростью 1,3 м/с, с раскачиванием материала во время движения) обеспечивает регистрацию 10,0 г. высокообогащенного урана, 0,3 г плутония с низкой степенью выгорания (6 % Ри , 93 % Ри" , 1 % примесей) и 0,05 г. плутония реакторного качества(76 % Ри239, 23 % Ри240, 1% примесей).
По категории III (режим с остановкой внутри) монитор JPM-21A обеспечивает регистрацию 3,0 г высокообогащенного урана, 0,08 г плутония с низкой степенью выгорания (6% Ри" , 93% Ри , 1% примесей) и 0,01 г плутония реакторного качества(76% Ри 1, 23% Pu , 1% примесей). Вероятность ложного срабатывания 1/2100.
Примерно по такому же алгоритму функционирует большинство отечественных и зарубежных РМ. Методически РМ настроены таким образом, чтобы обеспечить максимальную чувствительность к специальным ядерным материалам. Оптимизация параметров РМ ведется по соотношению сигнал-фон, и это в частности приводит к ограничению диапазона энергий регистрируемых фотонов. Например, РМ-5000 позволяет устанавливать энергетические окна путем варьирования нижним энергетическим уровнем дискриминации (в диапазоне энергий от 20 кэВ до 825 кэВ) и верхним уровнемдискриминации (в диапазоне от 20 кэВ до 1660 кэВ).
В работе [39] приведены характеристики фотонного излучения изотопов урана. Основной аналитической линией в спектре фотонного излучения U" э является энергия 185,7 кэВ, и эффект самопоглощения этой линии плотными материалами, содержащими ядра с большим Z (сечение фотоэффекта прямо пропорционально Z ), может полностью исказить информацию о количестве U . Например, длина релаксации фотонов этой энергии в двуокиси урана плотностью 10 г/см составляет всего 0,7 мм. Сопутствующее фотонное излучение, повышающее активность урана, обусловлено дочерними продуктами распада изотопов урана такими как Th2jl, Th234, Pa234m, Ра234. Эти нуклиды дают существенный зклад в активность даже при условии нарушения радиоактивного равновесия изотопов урана и дочерними продуктами их распада. Фотонное излучение Th2jl, Th234, Pa234m, Ра234 лежит в диапазоне от 0,022 до 1,87 МэВ.
Примерно такая же картина складывается при рассмотрении состава фотонного излучения изотопов плутония и его дочерних продуктов распада. Спектральный состав фотонного излучения плутония определяется излучением, сопровождающим альфа-распад, излучением продуктов распада Ри - Am" и U , спонтанным делением, примесями продуктов деления.
Спектр фотонного излучения плутония (Ри" + Ри +Ри ) лежит в диапазоне энергий от 0,05 до 0,47 МэВ. Наиболее надежные аналитические линии Ри239 имеют энергии 0.375, 0.393, 0.414, 0.423 и 0.452 МэВ [39]. Выбор границ энергетического окна детекторов большинства упомянутых выше РМ обусловлен именно этими соображениями. Ограничение диапазона энергий регистрируемых фотонов ведет к снижению чувствительности РМ к другим радионуклидам со спектром не попадающим в диапазон или частично перекрывающимся.
Результаты экспериментальных исследований характеристи пешеходного радиационного монитора
Результаты расчетных исследований были положены в основу радиационного монитора Вымпел". Монитор прошел испытания в октябре 1997 г. на полигоне РФЯЦ ВНИИТФ, г. Снежинск, в соответствии с требованиями программы [71] утвержденной ГТК РФ Лг 01-14/496 от 08.07.97г. Целью испытаний было определение минимально детектируемых масс делящихся ядерных материалов.
В состав монитора "Вымпел" были включены три сцинтилляционных блока детектирования на основе кристаллов Nal(Tl) размером 063x63 мм, контроллер на базе однокристальной ЭВМ серии К1816, устройство светозвуковой сигнализации, портативный компьютер ("Notebook").
Блоки детектирования были настроены для регистрации фотонного излучения в широком диапазоне энергий, начиная от 50 кэВ без ограничения сверху. Контроллер обеспечивал сбор и первичную обработку информации от трех блоков детектирования, а так же управление устройством светозвуковой сигнализации..
В качестве контрольных источников испытателями РФЯЦ ВНИИТФ были предложены следующие образцы делящихся материалов:плутоний-239 - герметичные контейнеры из нержавеющей стали с эквивалентной толщиной по никелю 0,2 мм, диаметром около 5 мм, высотой 3-5 мм, масса двуокиси плутония от 0,6 до 1,25 г;уран-235 - металлические цилиндры диаметром 22 мм и высотой от 2 до 5 мм, диски покрыты слоем никеля толщиной 0,05 мм;уран-238 - содержание урана-235 не более 0,5% примесей, диски диаметром 28 мм и высотой от 30 до 50 мм.
Для создания требуемой массы контрольного источника образцынеобходимого нуклида собираются в кассету , упаковываются полиэтиленом и помещаются в контейнер из алюминия 0160x83x5 мм. Эти контейнеры помещаются в тарные деревянные ящики размером 300x360x170 мм. В соответствии с требованиями программы [71 ] монитор "Вымпел" испытывался в следующих режимах:
Стационарный - источник размещался в точке минимальной чувствительности монитора, и в течение 230 секунд с периодичностью обновления информации около 3 с снимались показания (скорость счета, имп/с) и вычислялось среднее значение (проверка непрерывности срабатывания сигнализации);
Динамический - источник перемещался по траектории минимальной чувствительности со скоростью 5 км/ч ,Ниже в таблице 2.3 приведены результаты испытаний монитора "Вымпел". В стационарном режиме определялась минимально обнаруживаемая масса материала, затем испытания проводились в динамическом режиме.
Результаты испытаний опытного образца радиационного монитора "Вымпел" были положительны. Сравнение с протоколами испытаний мониторов аналогичного назначения подтверждает, что по основным характеристикам монитор "Вымпел" имеет примерно такие же возможности, как и монитор VM-250 фирмы TSA США, уступая ему по массе детектируемого U235 (61 г и 45 г, при скорости проноса 5 км/ч) [72].
Мониторинг окружающей среды в структуре радиационной ветви интегрированной системы безопасности включает задачу оперативного газоаэрозольного контроля атмосферы помещений.
Контроль газо-аэрозольного состояния атмосферы предполагает знание фоновых значений. Естественный радиационный фон составляют благородные газы радон, торон, актинон и их дочерние продукты распада [48]. Основной вклад в фон обусловлен радоном и его дочерними продуктами распада [73]. Задача контроля радиоактивных аэрозолей в воздухе требует сложной, а потому дорогостоящей, аппаратуры. Как правило, такая аппаратура включает устройства отбора и подготовки пробы, устройства контроля объема прокачиваемого воздуха, специфичные устройства и блоки детектирования и пр. Отдельной задачей является идентификация радионуклидов, обнаруженных в пробах.
Задача обеспечения безопасности объекта от вероятного применения радиоактивных аэрозолей в террористических целях может быть поставлена как задача обнаружения статистически значимых отклонений значения эквивалентной равновесной активности радона (3P0ARtl) от фоновых значений [74]. Причем, предлагаемая ниже методика совместных измерений, проводимых различными способами, позволяет делать качественные выводы о характере изменений в исследуемой атмосфере.
Суть предлагаемой методики заключается в следующем. Эквивалентная равновесная активность радона измеряется регулярно (раз в сутки) в помещениях объекта _ двумя способами. Первый способ предполагает отбор пробы на фильтр с последующим измерением альфа-активности пробы, второй - бета- и гамма-активности. Результаты измерений анализируются —в соответствии с критерием, приведенным в работе [75]:здесь V - квантор условия («если»); = - квантор следствия («то»); Ф" - функция обратная интегралу вероятностей; Р - заданная вероятность вывода или надежность; х],х2- результаты измерений 3P0ARn разными способами; сг ,с\-дисперсии ошибок для каждого способа измерения. Критерий (2.20) позволяет установить статистически значимое отклонение двух результатов с надежностью Р. Нормальному состоянию атмосферы, в смысле обнаружения радиоактивных аэрозолей, соответствует случай, когда выполняется следующее выражение:здесь условия равенства проверяются по критерию (2.20), знак л-соответствует логической операции «И»; д,- среднее значение вычисляемое по нескольким последним измерениям (текущее среднее).
В случае, когда соотношение (2.21) не выполняется, проверяются следующие соотношения:отклонению-результата измерения по каналу і.
Далее, если принять, что способ 1 соответствует измерениям альфа-активности фильтра, а способ 2 - бета- и гамма-активности, то состояние «тревога_1» соответствует обнаружению альфа-активных аэрозолей в воздухе, а состояние «тревога_2» - обнаружению бета- и/или гамма-активных аэрозолей.
Если отклонение от нормы обнаружено способом измерений альфа-активности фильтра, то дальнейший анализ состояния атмосферы помещений объекта ведется методами альфа-радиометрии и/или спектрометрии. В случае обнаружения отклонения от нормы способом 2 отбираются пробы воздуха для детального анализа бета- и гамма-активности фильтров.
В случае равноточных измерений способами 1 и 2 зависимость отношения x2lxi =а (порога обнаружения) от относительной ошибки измерений У и надежности вывода Р имеет вид:здесь р = {5 ф-\Р12)-\}.На рис.2.5 приведены результаты расчетов зависимости a(P,S), выполненных в Excel 7.0.Так, при точности измерений 40%, что характерно для радиометров аэрозолей, и надежности вывода Р=0.9, результаты измерений должны отличаться почти в 3 раза.При личности измерений 30%, что характерно для радиометров аэрозолей, и надежности вывода Р=0.9, результаты измерений должны отличаться в 2,5 раза.
Приборы оперативного газо-аэрозольного контроля
Методики контроля радиоактивных аэрозолей в воздухе помещений, разработанные автором, были использованы при разработке радиометров «Альфа-3» и. «РЭКС-1». В радиометре «Альфа-3» применен полупроводниковый детектор для измерения альфа-активности пробы, отобранной на фильтр [92,93]. В радиометре «РЭКС-1» использован торцевой счетчик СИ-8Б, для измерения бета-активности пробы, также отобранной на фильтр.
Радиометр «Альфа-3» является новой разработкой, пополнившей семейство приборов для измерения радона и его дочерних продуктов распада, разработанных в НИЦ «СНИИП». При разработке радиометра были использованы результаты проведенных автором расчетных исследований и экспериментов. При разработке были приняты во внимание специфические требования, предъявляемые к современным антитеррористическим средствам. Узлы радиометра размещены в обычном кейсе, таким образом назначение прибора неочевидно даже для специалистов.
Радиометр «Альфа-3» обеспечивает измерение ЭРОАкл в диапазоне от 5 до 10000 Бк/м3; пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения ±30 % с доверительной вероятностью 0,95. Радиометр обеспечивает измерение объемной активности долгоживущих альфа-активных аэрозолей, начиная с предельно допустимых уровней.
Время измерения не превышает 20 мин. Собственный фон измерительного тракта не более 0,005 с .Чувствительность измерительного тракта при регистрации активности образцовых твердых источников типа 1П9 - 0,28 ±0,02 (с Бк"). Производительность воздуходувки при отборе пробы воздуха на фильтр составляет (2,5 ±0,2) 10"4 м3/с. Время установления рабочего режима не более
Питание радиометра осуществляется от аккумуляторных батарей или от внешнего источника автономного питания напряжением (12,5 ± 1,0) В. Максимальный ток, потребляемый от источника питания, не превышает 0,8 А. Без подзарядки ресурса батареи хватает на не менее 100 измерений. Габаритные размеры не более 105x480x360 мм. Масса снаряженного радиометра не более 7,5 кг.
В радиометре предусмотрен ручной режим, который позволяет реализовать любую известную аспирационную методику, предполагающую отбор пробы на фильтр типа АФА-РСП-3 с последующим измерением альфа-активности.
Производительность воздуходувки MP-12 контролируется поплавковым ротаметром. Производительность воздуходувки регулируется в ручную регулятором расхода. Воздуходувка MP-12 потребляет 450мА при питании 12В.Фильтр АФА-РСП-3 для отбора пробы устанавливается в специальную воронку. После отбора пробы фильтр освобождается от сдвоенного охранного кольца и устанавливается в кассету как показано на рис.3.4
По направляющим ребрам кассета с фильтром устанавливается в блок детектора. Цикл измерений схематично изображен на рис.3.5. На момент Ті по таймеру воздуходувка автоматически отключается. В интервале Т]...Т2 фильтр устанавливается в кассету, а кассета в блок детектора. Измерение альфа-активности фильтра начинается в момент Т2 и заканчивается в момент Т3.производительность воздуходувки при метрологической аттестации контролируется образцовым газовым счетчиком ГСБ-400. Кроме того, процедура поверки радиометра «Альфа-3» включает контроль цикла измерения, уровня собственного фона, показаний от контрольного источника Ри239, чувствительности к внешнему излучению образцовых источников Ш9.
Радиометр «РЭКС-1» принципиально отличается от «Альфа-3» устройством детектирования.
Устройство детектирования радиометра «РЭКС-1» разработано автором на базе газоразрядного торцевого счетчика типа СИ-8Б. Чувствительный объем счетчика закрыт тонкой воздухонепроницаемой слюдяной пленкой и находится под некоторым разряжением. Чувствительное окно счетчика закрыто полиэтиленовой пленкой, которая предназначена для поглощения альфа-излучения.
Для повышения эффективности радиометра «РЭКС-Ъ , в отличии от «Альфа-3», используются фильтры АФА-РСП-10, площадь которых соответствует площади чувствительного окна СИ-8Б. Кроме того, в состав радиометра «РЭКС-1» введен съемный ротаметр поплавкового типа. В качестве проооотборного устройства применен малогабаритный пылесос, питающийся о-]1 аккумуляторной батареи.
Технические характеристики радиометра «РЭКС-1» следующие:- диапазон измерения 3P0ARll от 20 до 20000 BK/MJ;- основная относительная погрешность измерения ±40%;- производительность воздуходувки 10 титров в минуту;- автономное питание обеспечивает отбор и измерение активности 30 проб без подзарядки;- масса не более 6 кг.
Отбор пробы воздуха на фильтр типа АФА-РСП, закрепленный в фильтродержателе 7, производится через воронку I. Скорость расхода воздуха контролируется поплавковым манометром 2. Отбор пробы обеспечивает воздуходувка 3, работа которой управляется ключом 4. После отбора пробы фильтр переставляется в устройство детектирования, состоящее из детектора 5 и усилителя 6. Нормализованные импульсы после дискриминатора 8 (или формирователя в случае «РЭКС-1») поступают на вход устройства обработки-и управления 9. Радиометр питается от автономной аккумуляторной батареи 11, причем стабилизация питающих напряжений осуществляется узлом 10.
Расчетные и экспериментальные исследования, проведенные автором в части разработки методов оперативного радиационного досмотра, легли в основу портативных универсальных приборов МС-04 («Эксперт»), ИРД-02 и ИРД-02М [55]. Автор является главным конструктором прибора МС-04 и ИРД-02М. Оба прибора предназначены для измерения мощности дозы фотонного излучениями плотности потока бета-излучения.
В МС-04 применен торцевой газоразрядный счетчик СБТ-11А. Поток фотонного и бета-излучения преобразуется счетчиком в последовательность электрических сигналов. Эти сигналы формируются по длительности и амплитуде, а затем подаются на схему регистрации и индикации. Прибор циклически выполняет процесс измерения, который проходит в два этапа. На первом этапе проводится суммирование зарегистрированных импульсов, а на втором - индикация результатов измерения. На первом этапе на цифровом дисплее отображается число зарегистрированных на текущий момент от начала измерения импульсов. По завершении первого этапа подается звуковой сигнал и на дисплее появляется точка. На втором этапе - индикация
Радиометр бета-активных аэрозолей «РЭКС-1»
Радиометр «РЭКС-1» после успешных лабораторных испытаний и испытаний на базе НПО «ВНИИФТРИ» выпускался малыми партиями как нестандартное средство измерения с первичной государственной аттестацией. Количество радиометров «РЭКС-1», выпущенных в НИЦ «СНИИП» в общей сложности составило 45 штук. Потребителями радиометра стали лаборатории радиоэкологического контроля, лаборатории СЭС, МосНПО «Радон», службы безопасности и пр.
Радиометр «РЭКС-1» используется как универсальный аналитический прибор для комплексного радиоэкологического контроля состояния жилых и производственных помещений.
Прибор универсальный МС-04 прошел полный цикл разработки, испытаний и включен в Государственный Реестр средств измерений. В силу простоты в эксплуатации и низкой стоимости, стал фактически бестселлером в классе подобных приборов. МС-04 был выпущен партиями более 25 тысяч штук только на опытном производстве НИЦ «СНИИП». Разработка МС-04 была отмечена «Золотой медалью» ВДНХ, как лучшая НИОКР, выполненная коллективом молодых специалистов под руководством автора. Одна из модификаций МС-04 (ДБГ-07Б) стала первым бытовым дозиметром, рекомендованным Министерством Здравоохранения для испопьзования населением. Прибор также успешно эксплуатируется подразделениями МЧС России, МВД и другими государственными структурами России.
Технические характерне гики и эксплуатационные качества ИРД-02 позволили прибору уверенно занять свою нишу в классе профессиональных приборов. ИРД-02 прошел государственные испытания и включен в Государственный Реестр средств измерений. Прибор выпускается серийно предприятием АОЗТ «СНИИП-АВЕРС». Выпущено более 5000 приборов для широкого круга потребителей, в числе которых подразделения гражданской обороны, МЧС России, МВД, ФСО и пр.
В 1996 г. ЦБ России была поставлена задача отбраковки и изъятия изналичного оборота меченых радиоактивными препаратами купюр. Такая методика была разработана для радиометра-дозиметра ИРД-02 и утверждена Минздравом, Минатомом и Госстандартом России. Прибором стали оснащаться службы безопасности банков или специальные службы банков, задачей которых стало изъятие радиоактивных купюр. На сегодняшний день приборамиИРД-02 оснащены все отделения ЦБ России, Сбербанка РФ, «Альфа-банка» иI многих других.Разработанная в дальнейшем модификация прибора ИРД-02М (внешний вид приведен на рис.4.1) была специально ориентирована для обеспечения поиска радиоактивных материалов. Блок детектирования вынесен на телескопическую штангу. Такая модификация прибора пользуется широким спросом у фирм, специализирующихся на экспорте вторичного сырья, в частности металлического лома.
Пересенение грузов на российской границе контролируется радиационными мониторами «Янтарь» (фирма «Аспект», г. Дубна) и при обнаружении радиоактивных источников фирма-экспортер несет серьезные убытки до 25000$ с полномерной фуры. Использование прибора ИРД-02М позволяет провести оперативный радиационный контроль. Чувствительность прибора гораздо выше монитора «Янтарь», что обеспечивает контроль отправляемого груза и позволяет избежать убытков. - Примерно такая же задача решается прибором при сортировке металлического лома, которая выполняется до его переплавки.
Целью диссертационной работы была разработка методов и новых технических средств, предназначенных для обеспечения защиты объектов и персонала от террористических акций с применением радиоактивных веществ.
Для решения поставленной задачи были:- проанализированы -существующие методы и технические средства обнаружения радиоактивных веществ с точки зрения обеспечения защиты объекта и персонала от вероятного применения радиоактивных веществ в диверсионных и террористических целях;- определен состав измерительных задач и технических средств радиационной ветви интегрированной системы безопасности;- промоделированы параметры радиационного монитора фотонного излучения; исследована зависимость чувствительности монитора от количества блоков детектирования и их пространственного размещения; рассчитаны оптимальные параметры монитора для различных режимов функционирования; исследованы различные варианты построения монитора фотонного излучения;- разработана и исследована математическая модель процесса накопления и распада естественных аэрозолей на аналитическом фильтре; промоделирован отклик полупроводникового детектора на альф а-активность пробы воздуха; решена задача оптимизации измерений эквивалентной равновесной объемной активности радона в воздухе помещений по альфа-активности отобранной на фильтр пробы;- разработана и исследована математическая модель отклика газоразрядного торцевого счетчика на бета-активность пробы воздуха, отобранной на аналитический фильтр; проведены эксперименты по определению толщины защитного экрана и эффективности регистрации счетчиком бета-излучения RaC и RaB; решена задача оптимизации измерений эквивалентной равновесной объемной активности радона в воздухе помещений по бета-активностй отобранной на фильтр пробы;- исследованы возможности качественной селекции аэрозолей по виду излучения;- разработана и исследована математическая модель процесса досмотрового поиска радиоактивных веществ портативными приборами по смешанному фотонному и бета-излучению.
На основании проведенной работы можно сформулировать следующие выводы:1. Для создания барьера системы безопасности на КПП и транспортных терминалах объекта предпочтительно устанавливать радиационные мониторы с детекторами на базе кристалла NaJ(Tl), которые регистрируют фотоны в широком диапазоне энергий (от 0,03 до 3 МэВ); для обнаружения источника, излучающего фотоны с энергией в указанном диапазоне, активностью Ю Бк, в состав пешеходного монитора достаточно одного детектора;2. В радиационную ветвь системы безопасности необходимо включать аэрозольные приборы, измеряющие 3POARn по разными методикам, что позволяет обнаруживать присутствие искусственных аэрозолей на фоне естественных и качественно разделять по виду излучения;3. Для обеспечения поиска и обнаружения малых количеств радиоактивных веществ при досмотре людей и ручной клади, а так же для оперативного мониторинга помещений в состав радиационной ветви системы безопасности следует включать универсальные приборы, регистрирующие одновременно
