Разработка экспериментальных приборных средств и методик их применения для поиска и характеризации источников ионизирующего излучения в сложной радиационной обстановке (стр. 4 )

Для измерительной системы были изготовлены два детектора на основе оптопары сцинтиллятор-фотодиод. Оба гамма-детектора были испытаны на отклик на гамма-излучение, проверена их устойчивость к помехам от радиоизлучения и стабильность их сигналов при изменении температуры. Проведена калибровка детекторов для измерения мощности дозы гамма излучения. Помимо калибровочных констант для обоих детекторов были измерены угловые аппаратные функции, характеризующие степень угловой анизотропии чувствительности детекторов. Очевидно, что коллимированный детектор должен обладать ярко выраженной угловой зависимостью чувствительности, а открытый, в идеальном случае, должен быть изотропным. Измерения проводились с использованием точечного источника 137Сs с активностью 2∙109Бк. Измерена аппаратная функция коллиматора. Угол зрения коллимированного детектора составил ~100. Угловая анизотропия открытого детектора ≤30%.

Коллимированную дозиметрическую систему, установленную на робототехническом средстве (РТС) «БРОКК-90», использовали для видео и гамма-сканирования изделий или пеналов, извлекаемых при обследовании из ячеек хранилища СУЗ реактора МР. Управление осуществлялось дистанционно из пультовой комнаты с помощью видеокамер, уставленных в реакторном зале. В результате визуального и радиационного обследования было подробно описано содержимое хранилища и состояние изделий. На рис.7 показано обследование ТВС петлевого канала реактора МР. Сканирование проводилось путем перемещения ТВС перед неподвижной дозиметрической системой, установленной на расстоянии 1м от изделия.

а	б

Рис. 7. Обследование ТВС петлевого канала реактора МР. а) Зависимость интегральной и парциальной мощности дозы от разных частей ТВС; б) Изображение ТВС на экране пульта управления системы.

Верхняя строка на рис. 7.б показывает интегральную мощность дозы в точке размещения системы, нижняя – парциальную мощность дозы, создаваемую гамма-излучением, приходящим из угла коллимации колимированного детектора. После проведения сканирования системой вдоль ТВС, был построен график зависимости парциальной мощности дозы от разных частей ТВС (рис.7.а)

С помощью дистанционно управляемой системы было обследовано содержимое всех 26 ячеек хранилища. В девяти ячейках обнаружены ТВС, в 17 ячейках – пеналы с облученными ТВЭЛами. ТВЭЛы переупаковали во вновь изготовленные пеналы и транспортировали в централизованное хранилище Института.

Радиометрическая система РТС «Брокк» постоянно используется для проведения измерений в процессе работ по демонтажу петлевых каналов и в других работах по выводу из эксплуатации реактора МР.

Глава 4 посвящена разработке методик дистанционных измерений и экспериментальной дистанционно управляемой спектрометрической системы для радиационных обследований радиоактивных объектов. Работы по обследованию остановленных реакторных установок и приреакторных хранилищ проводятся в условиях интенсивных радиационных полей со сложным спектральным составом. Большие значения МЭД от источников излучений не дают возможность персоналу приблизится к объекту для проведения измерений. Решить эту задачу можно с помощью метода дистанционных измерений распределений радиоактивности коллимированным детектором гамма излучения. Данная методика основана на том, что количество фотонов прошедших через отверстие коллиматора прибора ΔN пропорционально значению поверхностной активности q: ΔN= [Aq(θ,φ)/cosβ] Ω0, где Ω0 - телесный угол коллиматора, θ,φ - полярный угол и азимут соответственно, β - угол между нормалью к поверхности и осью коллиматора, cosβ - среднее значение по телесному углу Ω0, А - калибровочный коэффициент, который зависит от энергии излучения, размера отверстия детектора и его типа, q(θ,φ) - средняя по телесному углу Ω0 поверхностная активность. Под поверхностной активностью здесь подразумевается активность распределенного источника излучения, толщина которого меньше длины пробега фотонов в веществе источника (δ≤λ, самопоглощение мало). Таким образом, проведя измерения по всем направления, можно построить карты распределения поверхностной активности в обследуемом помещении и полученным результатам рассчитать распределение МЭД в этом помещении при минимальном участии персонала. На основании опыта создания и применения коллимированных детекторов были определены основные требования для разработки новой системы, выбраны комплектующие изделия, разработаны и изготовлены необходимые электронные блоки и детали конструкции, осуществлена сборка и наладка системы, разработано программное обеспечение управления системой. Внешний вид разработанной системы показан на рис.8.

Рис.8. Дистанционно управляемая спектрометрическая система для радиационных обследований радиоактивных объектов. 1- коллимированный детектор; 2- видеокамера; 3-блок управления; 4- поворотное устройство; 5-тренога.

Система состоит из спектрометрического детектора сцинтиллятор-фотодиод, помещенного в защиту-коллиматор (1). Коллимированный детектор располагается на поворотном устройстве (4), установленном на подставке – треноге (5). Вместе с коллимированным детектором на поворотном устройстве крепится цветная видеокамера (2), блок управления прибором (3), в состав которого входят плата управления поворотным устройством, анализатор спектров «Колибри», бортовой компьютер, блок питания детектора и видеокамеры. Все составляющие части прибора имеют пылевлагозащищенный корпус, что позволяет использовать прибор в радиоактивно загрязненных помещениях.

Сигнал со спектрометрического детектора передается на анализатор спектров, который соединен через интерфейс RS-232 с бортовым компьютером. Управление прибором и поворотным устройством осуществляется по разработанной программе от управляющего компьютера по беспроводной Wi-Fi связи. Для этого на управляющем и бортовом компьютерах установлена специальная программа удаленного доступа.

Для разработанной системы изготовлены два детектора на основе сборки сцинтиллятор-фотодиод, со сцинтилляторами CsI(Tl) объемом 20см3 и 5см3. Для идентификации радионуклидов, излучающих в низкоэнергетической части спектра (20-200кэВ), используется полупроводниковый детектор CdZnTe с объемом сцинтиллятора 60мм3. На всех стадиях изготовления и сборки проводился контроль параметров детекторов. Наиболее важными параметрами контроля являются: измерение темновых токов (этим контролируется сохранность фотодиода) и измерение спектров известных источников гамма излучения. Для спектральных измерений использовался изотоп 137Cs. По качеству спектров контролировалась, как работа электрических соединений и электронных схем, так и качество оптических контактов компонентов детектора.

Измерения основных параметров системы проводились в лабораторных условиях. Измерялись следующие параметры: чувствительность прибора для трех разработанных детекторов; угловое разрешение (аппаратная функция прибора) для узкого и широкого коллиматоров для всех детекторов; спектральные разрешения разработанных детекторов; проверка всех режимов настройки и управления прибором, поворотным устройством, надежности и скорости передачи данных, тепловых режимов работы блока управления, определение расстояния с которого можно управлять прибором по радиоканалу при различных условиях передачи данных. Для определения углового разрешения прибора использовались источники ионизирующих излучений: 60Co активностью 0.841 МБк, 137Cs активностью 1,85 ГБк и 241Am активностью 18,5 ГБк. В таблице 1 представлены параметры спектрометрической системы с различными датчиками.

Таблица 1. Параметры системы с различными датчиками

Датчик	Чувствительность, имп.∙c-1/мкЗв∙ч-1	Энергетическое разрешение, %
Линия излучения, кэВ
662 (137Cs)	1173,3 (60Co)	662 (137Cs)
Сцинтилляционный γ-датчик, Vсц=20 см3	760	212	8,4
Сцинтилляционный γ-датчик, Vсц=5 см3	250	64	8,8
Полупроводниковый CdZnTe γ-датчик	9	-	1,7

Задачей паспортизации твердых радиоактивных отходов (ТРО), находящихся во временных хранилищах РАО и ОЯТ является определение их радионуклидного состава и оценка активности, а также сортировка радиоактивных отходов на предмет наличия в них образцов, содержащих уран.

Для обнаружения урана в ТРО по его характеристическому излучению с помощью спектрометрической системы с CdZnTe детектором была разработана методика, основанная на выделении в спектре излучения от исследуемого объекта полезного сигнала (линии характеристического излучения урана) в области низких энергий (Е≤100 кэВ). Трудности выделения полезного сигнала в низкоэнергетической области заключаются во влиянии мягкого рассеянного излучения, которое создает в аппаратурном спектре большую подложку, на фоне которой регистрируется излучение характеристических линий урана. Помимо того, что фоновая подложка является большой, она еще имеет наклонный характер, что искажает форму пиков линий характеристического излучения урана, визуально определить которые становится трудно или невозможно. На рис.9. качественно показана эта ситуация (кривая 1). Здесь приведен увеличенный фрагмент низкоэнергетического участка аппаратурного спектра, в котором помимо фоновой подложки содержится пик некоторой энергетической линии.