Методы обнаружения ионизирующих излучений
Обнаружение ионизирующих излучений основывается на их способности ионизировать и возбуждать атомы и молекулы среды, в которой они распространяются. Такие процессы изменяют физико-химические свойства облучаемой среды, которые могут быть обнаружены и измерены.
К таким изменениям среды относятся:
изменение электропроводности веществ (газов, жидкостей, твердых материалов);
люминесценция (свечение) некоторых веществ;
изменение цвета, окраски, прозрачности, сопротивления электрическому току некоторых химических растворов и др.
Взяв за основу эти явления, для регистрации и измерения ионизирующих излучений используют фотографический, химический, сцинтилляционный и ионизационный методы.
Фотографический метод основан на измерении степени почернения фотоэмульсии под воздействием радиоактивных излучений. Гамма-лучи, воздействуя на молекулы бромистого серебра, содержащегося в фотоэмульсии, выбивают из них электроны связи. При этом образуются мельчайшие кристаллики серебра, которые и вызывают почернение фотопленки при ее проявлении.
Сравнивая почернение пленки с эталоном, можно определить полученную пленкой дозу облучения, так как интенсивность почернения пропорциональна дозе облучения.
Химический метод основан на определении изменений цвета некоторых химических веществ под воздействием радиоактивных излучений. Так, например, хлороформ при облучении распадается с образованием соляной кислоты, которая, накопившись в определенном количестве, воздействует на индикатор, добавленный к хлороформу. Интенсивность окрашивания индикатора зависит от количества соляной кислоты, образовавшейся под воздействием радиоактивного излучения, а количество образовавшейся соляной кислоты пропорционально дозе радиоактивного облучения. Сравнивая окраску раствора с имеющимися эталонами, можно определить дозу радиоактивных излучений, воздействовавших на раствор. На этом методе основан принцип работы химического дозиметра ДП-70 МП.
Сцинтилляционный метод основан на том, что под воздействием радиоактивных излучений некоторые вещества (сернистый цинк, йодистый натрий, вольфрамат кальция и др.) испускают фотоны видимого света. Возникшие при этом вспышки света (сцинтилляции) могут быть зарегистрированы. Количество вспышек пропорционально интенсивности излучения.
Ионизационный метод основан на том, что под воздействием радиоактивных излучений в изолированном объеме происходит ионизация газов. При этом нейтральные молекулы и атомы газа разделяются на пары: положительные ионы и электроны. Если в облучаемом объеме создать электрическое поле, то под воздействием сил электрического поля электроны, имеющие отрицательный заряд, будут перемещаться к аноду, а положительно заряженные ионы — к катоду, т.е. между электродами будет проходить электрический ток, называемый ионизационным током. Чем больше интенсивность, а следовательно, и ионизирующая способность радиоактивных излучений, тем выше сила ионизационного тока. Это дает возможность, измеряя силу ионизационного тока, определять интенсивность радиоактивных излучений. Данный метод является основным, и его используют почти во всех дозиметрических приборах.
Поглощенная доза — энергия радиоактивного излучения, поглощенная единицей массы облучаемого вещества или человеком. Чем продолжительнее время облучения, тем больше поглощенная доза. При одинаковых условиях облучения доза зависит от состава вещества. Поглощенная доза излучения является основной физической величиной, определяющей степень радиационного воздействия.
Мощность поглощенной дозы — это приращение дозы в единицу времени. Она характеризуется скоростью накопления дозы и может увеличиваться или уменьшаться во времени. На практике для оценки поглощенной дозы широко используют внесистемную единицу мощности поглощенной дозы «рад в час» (рад/ч) или «рад в секунду» (рад/с).
Эквивалентная доза — это понятие введено для количественного учета неблагоприятного биологического воздействия различных видов ионизирующих излучений.
Источник
Методы обнаружения и измерения ионизирующих излучений
Ионизирующие излучения невидимы, не имеют ни цвета, ни запаха или других признаков, которые указали бы человеку на их наличие или отсутствие. Поэтому их обнаружение и измерение производят косвенным путем на основании какого-либо свойства. Как правило, для определения уровней радиации, степени радиоактивности или дозы излучения используют один из методов: физический, химический, фотографический, биологический или математический (расчетный).
В основе работы дозиметрических и радиометрических приборов используются следующие методы индикации:
— ионизационный, основанный на свойстве, способности этих излучений ионизировать любую среду, через которую они проходят, в том числе и детекторное (улавливающее) устройство прибора. Измеряя ионизационный ток, получают представление об интенсивности радиоактивных излучений;
— сцинтиляционный, регистрирующий вспышки света, возникающие в сцинтиляторе (детекторе) под действием ионизирующих излучений, которые фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) преобразуются в электрический ток. Измеряемый анодный ток ФЭУ (токовый режим) и скорость счета (счетчиковый режим) пропорциональны уровням радиации;
— люминисцентный, базирующийся на эффектах радиофотолюминисценции (ФЛД) и радиотеримолюминисценции (ТЛД). В первом случае под действием ионизирующих излучений в люминофоре создаются центры фотолюминисценции, содержащие атомы и ионы серебра, которые при освещении ультрафиолетовым светом вызывают видимую люминисценцию, пропорциональную уровням радиации. Дозиметры ТЛД под действием теплового воздействия (нагрева) преобразуют поглощенную энергию ионизирующих излучений в люминицентную, интенсивность которой пропорциональна дозе ионизирующих излучений;
— фотографический — один из первых методов регистрации ионизирующих излучений, позволивший французскому ученому Э. Беккерелю открыть в 1896 г. явление радиоактивности. Этот метод дозиметрии основан на свойстве ионизирующих излучений воздействовать на чувствительный слой фотоматериалов аналогично видимому свету. По степени почернения (плотности) можно судить об интенсивности воздействующего на пленку ионизирующего излучения с учетом времени этого воздействия;
— химический, основанный на измерении выхода радиационно-химических реакций, протекающих под действием ионизирующих излучений. Известно значительное количество различных веществ, изменяющих свою окраску (степень окраски) или цвет в результате окислительных или восстановительных реакций, что можно соизмерять со степенью или плотностью ионизации. Данный метод используют при регистрации значительных уровней радиации;
— калориметрический, базирующийся на измерении количества теплоты, выделяемой в детекторе при поглощении энергии ионизирующих излучений, поглащаемая веществом, в конечном итоге преобразуются в теплоту при условии, что поглащающее вещество является химически инертным к излучению и это пропорционально интенсивности излучений;
— нейтронно-активационный, связанны с измерением наведенной активности и в которых случаях являющийся единственно возможным методом регистрации, особенно слабых нейтронных потоков, так как наведенная ими активность оказывается слишком малой для надежных измерений обычными методами. Кроме того, этот метод удобен при оценке доз в аварийных ситуациях, когда наблюдается кратковременное облучение большими потоками нейтронов.
В биологических методах дозиметрии использована способность излучений изменять биологические объекты. Величину дозы оценивают по уровню летальности животных, степени лейкопении, количеству хромосомных аббераций, изменению окраски и гиперемии кожи, выпадению волос, появлению в моче дезоксицитидина и др. Биологические методы не очень точны и менее чувствительны по сравнению с физическими.
В расчетных методах дозу излучения определяют путем математических вычислений. Это единственно возможный метод определения дозы от инкорпорированных радионуклидов, т. е. попавших внутрь организма.
Приборы для обнаружения и измерения ионизирующих излучений
Принципиальная схема любого дозиметрического и радиометрического прибора одинакова. Она включает три обязательных блока: детекторное устройство (детектор), регистрирующий прибор (индикатор) и блок питания (аккумуляторы, батарейки, элементы, электросеть и пр.). Одним из важнейших элементов приведенной схемы является детекторное устройство прибора, которое улавливает ионизирующие излучения от измеряемых объекте.
В качестве детектора чаще всего используют ионизационные камеры; горизонтальные или торцевые счетчики; кристаллы или другие люминофоры, светящиеся под воздействием ионизирующих излучений; фотосоставы или химические растворы, изменяющие свой цвет или степень окраски в зависимости от величины или интенсивности излучений и др.
Приборы, используемые для измерения ионизирующих излучений, классифицируют по различным признакам. Их классифицируют по назначению:
1. Индикаторы — простейшие, регистрируют факт наличия излучения. Детектор в них чаще всего газоразрядный счетчик (для регистрации бета-излучения СТС-5, СТС-6, СБМ-10, гамма-излучения СИ11Г, 13 Г, 19. 25Г).
2. Дозиметры — служат для получения измерительной информации о поглощенной дозе или мощности дозы (ДП-70МП, комплект индивидуальных измерителей доз ИД-11).
3. Рентгенометры — измеряют мощность дозы гамма- и рентгеновского излучения. Детектор в них — ионизационный счетчик (измеритель мощности дозы ДП-5В (А,Б), бортовой рентгенметр ДП-ЗБ, измерители мощности дозы ИМД-21, ИМД-22).
4. Радиометры — измеряют активность (удельную, поверхностную, объемную). Детекторы в них — ионизационные и сцинтилляционные счетчики (портативный радиометр РКБ-05П, сцинтилляционный СРП-88Н, портативный сигнальный интеллектуальный дозиметр-радиометр МКС-09П).
5. Спектрометры — определяют энергию частиц, энергетический спектр, тип радионуклидов. (α-, β-, φ-спектрометры. На практике чаще всего — комбинированные).
Кроме того, существуют универсальные приборы, которые совмещают функции дозиметра, радиометра и спектрометра.
В зависимости от конструктивных особенностей и характера проведения контроля приборы делятся на:
1. Носимые приборы для индивидуального дозиметрического контроля;
2. Переносные приборы для группового дозиметрического или радиационного технологического контроля;
3. Стационарные одноканальные приборы и многоканальные установки для непрерывного дистанционного дозиметрического и радиационного технологического контроля. Их называют также системами радиационного контроля.
Аварии на радиационноопасных объектах экономики
Классификация аварий на РОО
Радиационноопасный объект (РОО) — территориально обособленный или технологически независимый объект использования атомной энергии, на котором проводятся работы с радионуклидными источниками, РВ (радиоактивными веществами) и РАО (радиоактивными отходами), включающий в себя работников (персонал) и оборудование для проведения такого рода работ.
К типовым радиационноопасным объектам относятся:
— предприятия по изготовлению ядерного топлива;
— по переработке отработавшего топлива и захоронению радиоактивных отходов;
— научно-исследовательские и проектные организации, имеющие ядерные реакторы;
— ядерные энергетические установки на транспорте;
РОО по потенциальной радиационной опасности делятся на следующие категории:
1 категория — РОО, при авариях, на которых возможно их радиационное воздействие на население и могут потребоваться меры по его защите;
2 категория — РОО, радиационное воздействие которых при аварии ограничивается территорией санитарно-защитной зоны;
3 категория— РОО, радиационное воздействие которых при аварии ограничивается территорией РОО;
4 категория — РОО, радиационное воздействие которых при аварии ограничивается помещениями, где проводятся работы с источниками излучения.
Категория РОО— характеристика РОО по степени его потенциальной опасности для населения в условиях нормальной эксплуатации и при возможной аварии.
Анализ аварий на РОО в 14 странах дал возможность установить основные причины их возникновения и долю каждой из них в общем числе аварий:
— ошибки в проекте, дефекты оборудования — 30,7 %;
— износ и коррозия оборудования — 25,5 %;
— ошибки оператора — 17,5 %;
— ошибки в эксплуатации — 14,7 %;
— прочие причины (стихийные бедствия, диверсии, теракты и т.д.) — 11,6 %.
С целью заблаговременной разработки мер, реализация которых в случае аварии должна уменьшить вероятные последствия и содействовать успешной их ликвидации аварии классифицируют по определённым признакам.
Например, аварии, связанные с нарушением нормальной эксплуатации РОО, подразделяются на проектные и запроектные.
Проектная авария — авария, для которой проектом определены исходные события и конечные состояния, в связи с чем предусмотрены системы безопасности.
Запроектная авария — вызывается не учитываемыми для проектных аварий исходными событиями и приводит к тяжелым последствиям. При этом может произойти выход радиоактивных продуктов в количествах, приводящих к радиоактивному загрязнению прилегающей территории, возможному облучению населения выше установленных норм. В тяжелых случаях могут произойти тепловые и ядерные взрывы.
Также для характеристики и информирования населения об аварии на АЭС МАГАТЭ (Международным агентством по атомной энергетике) была разработана и внедрена в странах мира Международная шкала тяжести событий на АЭС (табл. 6).
| Характеристика аварии | Класс | Характеристика воздействия на население и окружающую среду |
| Тяжелая авария | Сильный выброс: тяжёлые последствия для здоровья населения и окружающей среды | |
| Серьезная авария | Значительный выброс: требуется полномасштабное применение плановых мероприятий по восстановлению | |
| Авария с риском для окружающей среды | Ограниченный выброс: требуется частичное применение плановых мероприятий по восстановлению | |
| Авария без значительного риска для окружающей среды | Минимальный выброс: облучение населения в пределах допустимого | |
| Серьезный инцидент | Пренебрежительно малый выброс: облучение населения ниже допустимого предела | |
| Инцидент | Меры по защите населения не требуются | |
| Аномальная ситуация, то есть отклонение от разрешенного режима эксплуатации | Меры по защите населения не требуются | |
| Событие, которое с точки зрения безопасности не имеет значения | Меры по защите населения не требуются |
Первые три уровня называют происшествиями (инцидентами), а последние четыре уровня – авариями. При этом значительную опасность для здоровья персонала, населения и ОПС представляют лишь события, отнесенные к 4,5,6,7-му уровням. Например, катастрофа на ЧАЭС и Фукусиме относится к 7-му уровню; авария на АЭС «Три-Майл-Айленд» (США) — к 5-му уровню; подавляющее большинство аварий на АЭС, о которых сообщалось в прессе, относится к 1,2-му уровням шкалы; авария на Смоленской АЭС и Ленинградской АЭС (24 марта 1992 г.) — 3 уровень, а авария на Ново-Воронежской АЭС (3 ноября 2004 г.) – 0 уровень.
В зависимости от границ зон распространения радиоактивных веществ и радиационных последствий потенциальные аварии на АЭС делятся на шесть типов: локальная, местная, территориальная, региональная, федеральная, трансграничная.
Если при региональной аварии количество людей, получивших дозу облучения выше уровней, установленных для нормальной эксплуатации, может превысить 500 человек, или количество людей, у которых могут быть нарушены условия жизнедеятельности, превысит 1 000 человек, или материальный ущерб превысит 5 млн. минимальных размеров оплаты труда, то такая авария будет федеральной.
При трансграничных авариях радиационные последствия аварии выходят за территорию Российской Федерации, либо данная авария произошла за рубежом и затрагивает территорию Российской Федерации.
Источник
