Разработка экспериментальных приборных средств и методик их применения для поиска и характеризации источников ионизирующего излучения в сложной радиационной обстановке (стр. 3 )

Угол зрения основного коллиматора составляет ~10градусов. Для более точного определения положение источника изготовлен дополнительный коллиматор с углом зрения 5 градусов. Для СКД был разработан и изготовлен спектрометрический датчик на основе оптопары сцинтиллятор CsI(Tl)-фотодиод с объемом сцинтиллятора 5см3. Сигнал фотодиода усиливается зарядо-чувствительным предусилителем. После предусилителя сигнал поступает в усилитель-формирователь сигнала. С выхода усилителя-формирователя сигнал через СВЧ-фильтр, подается на вход портативного спектроанализатора СКС-08П-Г «Колибри».

Экспериментальные измерения технических характеристик СКД проводились в лабораторных условиях с помощью точечного паспортизованного источника 60Co активностью 4,8∙108 Бк. В процессе калибровки были измерены чувствительность детектора, угловые аппаратные функции для широкоугольного коллиматора и для коллиматора с малым углом коллимации, а также спектральное разрешение прибора для линий излучения 60Co (1173 и 1332 кэВ). В результате проведенных измерений определены основные технические параметры СКД: чувствительность детектора по пику полного поглощения по линии 1332 кэВ (60Co) - 38 имп/с от источника 60Co, создающего в точке установки прибора значение МЭД – 10 мкЗв/ч; угловое разрешение: широкий угол коллимации -10 градусов, узкий угол коллимации - 5 градусов; спектральное разрешение детектора по линии 1173 кэВ -9%.

Задачей радиационного обследования в здании 212 ГХК было уточнение радиационной обстановки в облучательной камере и разработка плана проведения работ по удалению источников и нормализации радиационной обстановки.

Была разработана следующая методика проведения радиационного обследования облучательной камеры: 1) дистанционное сканирование камеры с помощью СКД для поиска места нахождения источников, 2) измерение спектра излучения от источника и определение величины его заглубления, 3) дистанционная фото-видеосъемка места расположения источника и его идентификация; 4) если источник идентифицирован, то, с помощью дистанционных захватов, он помещается в контейнер; если источник не обнаружен, то под постоянным видеонаблюдением проводятся последовательные измерения радиометром ДКС МЭД над местом расположения источника,5) дистанционная очистка места от мусора (воды), до тех пор, пока источник не будет обнаружен; 6) после удаления источника, измеряется МЭД на входе в камеру и по рассчитанным номограммам определяется - есть ли еще источники в камере; 7) при наличии источников повторяются все операции до полного удаления всех источников из камеры.

На первом этапе обследования проведены измерения с помощью СКД, установленного на крышке облучательной камеры. На рис.4 на схеме вертикального разреза камеры показаны положения детектора при измерениях. Поле зрения СКД с высоты 11м представляет круг диаметром 0,95 м. Были определены три места вероятного расположения источников излучения: вертикально вниз в направлении хранилища источников, в районе расположения контейнера на краю хранилища, и под углом 10-20о от вертикали в направлении перпендикулярном к входу в помещение на 4 этаже. После открытия входа в облучательную камеру в ней проведены измерения распределения МЭД. Значения МЭД перед входом в камеру – 1мЗв/ч и на входе в камеру – 0,1Зв/ч, а наибольшее значение МЭД было в камере недалеко от хранилища - 35Зв/ч.

Рис.4. Схема проведения измерений с помощью СКД.

Для поиска местоположения источников излучения произведено сканирование облучательной камеры с помощью СКД установленного на входе в камеру. Проведенные измерения подтвердили местоположения источника (или источников). Анализ видеоизображения показал, что в месте источника, находится много различного мусора – песок, мелкие камни, остатки штукатурки, щепки и т. п., поэтому точная идентификация источника невозможна. Над местом расположения источника была помещена видеокамера, и с помощью выносного дозиметра осуществлялся поиск источника. Применение описанной методики поиска источников позволило быстро найти источник и выставить его в поле зрения видеокамеры, зажать телескопическим захватом и поместить в транспортный контейнере.

После удаления источника МЭД на входе в камеру упала с 100мЗв/ч до 30мЗв/ч. Это означало, что в камере находится еще один источник. Для идентификации второго источника использовался уже опробованный метод поиска. Источник был обнаружен аналогично первому источнику и помещен в контейнер с помощью захвата.

Визуально, в хранилище под слоем воды обнаружен еще один контейнер, в котором по данным измерений находился один или несколько источников. После извлечения контейнера из хранилища, МЭД над хранилищем возросла в несколько раз. Это означало, что гамма-излучение от источника (или источников) в хранилище экранировалось контейнером. Для определения местоположения источников, с помощью СКД было проведено сканирование дна хранилища и определено положение источников.

На рис.5 приведен спектр, снятый над местом расположения источника. По отношению скоростей счета в области 0,5-1МэВ к области 1-1,44МэВ.

Рис.5. Спектр источников излучения, находящихся в хранилище.

Проведенные спектральные измерения с помощью СКД через верхнюю крышку люка на четвертом этаже здания подтвердили местоположение источника. В результате обработки измеренного спектра по разработанной программе оценена величина заглубления источника. Она составила две глубины свободного пробега для квантов радиоизотопа 60Co, из чего можно сделать вывод, что источник находится под слоем песка толщиной ~10см. После выемки песка из хранилища последний источник был извлечен из хранилища и упакован в контейнер. Контейнеры с источниками отправлены для идентификации источников и дальнейшей их утилизации.

В результате проведенных с помощью СКД работ, в облучательной камере было выявлено четыре отдельно лежащих источника и два во вскрытых и разобранных транспортных контейнерах различных типов, содержащих радиоизотопные источники. Два источника находились под слоем мусора на полу камеры, а два других – на дне заполненного водой хранилища под слоем песка. Источники были упакованы в контейнеры и отправлены на длительное захоронение в .

Применение спектрометрического коллимированного детектора при ликвидации радиационной аварии на Грозненском химкомбинате, вместе с другими средствами измерений и видеонаблюдения и методикой проведения работ, позволило быстро найти потерянные источники, упаковать в контейнеры и ликвидировать аварию при минимальной дозовой нагрузке на персонал аварийной бригады. Угроза облучения населения ликвидирована

Третья глава посвящена разработке, созданию и применению экспериментальной радиометрической системы робототехнического комплекса для обследования радиоактивно загрязненных объектов и оборудования

В РНЦ «Курчатовский институт» проводятся работы по подготовке к разборке исследовательского реактора МР, остановленного в 1993 году. Важной стадией предварительных работ является проведение радиационного обследование помещений и оборудования реактора. Когда радиоактивных источников много или радиоактивность носит распределенный характер, наиболее эффективный метод измерений – дистанционная коллимированная радиометрия. Но даже дистанционные методы не предотвращают облучение персона работающего в месте расположения детектора. Этот недостаток можно исправить, поместив детектор на робототехническое средство, таким образом, удаляя оператора от потенциально опасной зоны.

Для проведения дистанционных измерений радиоактивности в реакторных помещениях разработана специальная радиометрическая система. Система устанавливается робототехническое средство аналогично навесному оборудованию. Измерительный блок системы состоит из открытого детектора для измерения МЭД в точке установки прибора (диапазон измерения МЭД - 0.4мЗв/ч - 8.5 Зв/ч); коллимированного детектора (парциального дозиметра) для измерения потока излучения попадающего в угол коллимации детектора и определении вклада в суммарный поток излучения с данного направления; видеокамеры; ламп-фар; блока электроники для считывания и обработки информации с детекторов, в котором сигнал с детекторов накладывается на видеосигнал и передается на пульт оператора по радиоканалу или по кабелю. Оператор работает на безопасной позиции. Видеоизображение объекта вместе с наложенными значениями с детекторов выводятся на экран оператора и записываются на видеорекордер для последующего анализа. Конструкция детектора и внешний вид системы, установленной на робототехническом средстве показаны на рис. 6.

Рис.6. Конструкция коллимированного детектора и внешний вид системы, установленной на робототехническом средстве.

Внутри корпус измерительного блока разделен перегородкой (1) на два отсека. В первом отсеке расположена свинцовая защита (2) с отверстием коллиматора (3). Расчетный угол коллимации детектора – 12 градусов. Внутри защиты помещен датчик ионизирующего излучения (4). Между корпусом и датчиком расположена демпфирующая прокладка (5). Свинцовая защита состоит из трех частей для упрощения сборки и разборки детектора. Толщина свинцовой защиты 35мм. Во втором отсеке расположена плата оцифровки сигнала с детектора и управления видеокамерой (6). На задней крышке детектора крепятся соединительные разъемы (7). К верхней крышке детектора крепится термокожух, в котором расположены видеокамера и интегральный датчик ионизирующего излучения.

Одной из наиболее важных частей детектора является сцинтиллятор. От его световыхода, толщины и качества изготовления зависит чувствительность и разрешение прибора. Кинетика люминесценции сцинтилляторов определяется временем высвечивания τ и уровнем послесвечения η. Если для подавляющего большинства случаев параметр τ, связанный с очень быстрыми внутрицентровыми излучательными переходами, не является критичным, то величина η сцинтилляторов (обусловленной процессами захвата – делокализации носителей заряда с ловушек в запрещенной зоне) в значительной степени определяет такие характеристики, как быстродействие системы и ее динамический диапазон. Уровень послесвечения η определяется как η = St/S0·100 [%], где S0 – амплитуда сигнала от облучаемого образца; St – сигнал послесвечения сцинтиллятора через время t. Поэтому для детектора разрабатываемой системы, который должен иметь большой динамический диапазон и работать в интенсивных полях гамма излучения был выбран сцинтиллятор вольфрамат кадмия. Достоинствами CdWO4, являются большая плотность (7,9 г/см3), высокий эффективный атомный номер (Z=62), малая радиационная длина (1,10 см), значительный световой выход сцинтилляций (до 40% относительно NaI(Tl). Длина волны максимума спектра излучения CdWO4 (λ= 480-540 нм), позволяет использовать CdWO4 как с фотоэлектронными умножителями, так и с фотодиодами. Кроме того, CdWO4 обладает высокой радиационной стойкостью по сравнению с кристаллами NaI(Tl) и CsI(Tl). При облучении квантами средних энергий (Еγ=0,662 МэВ) снижение световыхода в зависимости от поглощенной дозы составляют 0,3% на кГр.