Прилади радіаційної розвідки та дозиметричного контролю

З метою забезпечення дій цивільного населення та сил ЦЗ у зоні радіо-активного зараження проводять заходи радіаційного і дозиметричного конт-ролю. Для цього: виявляють і вимірюють потужності експозиційної дози вип-ромінювання для забезпечення життєдіяльності населення і успішного прове-дення рятувальних та невідкладних робіт в осередках ураження; активності речовин, щільність потоку іонізуючого випромінювання, поверхневу актив-ність різних об’єктів для визначення необхідності та повноти проведення де-зактивації й санітарної обробки, а також визначення норм споживання забруд-нених продуктів харчування; експозиційну і поглинуту дози опромінення з метою визначення життєдіяльності й працездатності населення; ступінь заб-руднення радіоактивними речовинами продуктів харчування, кормів і води.

Іонізуючі випромінювання (ІВ) — це таке випромінювання, взаємодія якого із середовищем призводить до утворення електричних зарядів різних знаків (іонів). Воно має високу енергію та властивість руйнувати біологічні об’єкти. До основних видів ІВ належать: a-, b-, g-випромінювання, потоки протонів, нейтронів, рентгенівські і ультрафіолетові промені.

Активністю радіоактивного елемента є число атомних розпадів, що від-буваються в цьому елементі за 1 секунду. Вона характеризує абсолютну швид-кість радіоактивного розпаду радіонукліда. Активність радіоактивної речо-вини пропорційна її кількості й обернено пропорційна періоду напіврозпа-ду. За одиницю активності (активність нукліда в радіоактивному дже-релі) прийнята одиниця в системі СІ — беккерель (Бк, Bq) — це така кількість радіоактивної речовини, в якій проходить 1 акт розпаду за 1 с, а несистемна одиниця — кюрі (Кі, Сі) — така кількість радіоактивної речовини в якій проходить 37 млрд. актів розпаду за 1 с. Співвідношення між одиницями: 1 Бк=2,7·10^-11 Кі=1 розпад/с; 1 Кі=3,7·10¹⁰ Бк=3,7·10¹⁰ розпадів/с.

За одиницю радіоактивності речовини—питому вагову актив-ність — прийнята одиниця беккерель на кілограм (Бк/кг), а несистемна — кюрі на кілограм (Кі/кг). Одиницею радіоактивності рідкого і газоподібного середовища — питомою об’ємною активністю є одиниця в системі СІ — беккерель на літр (Бк/л), а несистемна одиниця — кюрі на літр (Кі/л).

За одиницю радіоактивності площі—питому забрудненість площі в системі СІ прийнято беккерель на квадратний кілометр (Бк/км²), несис-темна одиниця — кюрі на квадратний кілометр (Кі/км²).

Доза випромінювання (або опромінення)є мірою вражаючої дії ІВ на ор-ганізм людини, тварин і рослини. Вона може накопичуватися за різний час, а біологічне ураження від опромінення залежить від величини дози і від часу її накопичення.Розрізняють наступні дози ІВ:

1) експозиційна доза—характеризує іонізуючу спроможність випромінюван-ня у повітрі. У системі СІ одиницею вимірювання експозиційної дози є кулон на кілограм (Кл/кг, C/kg). Це одиниця експозиційної дози випромінювання, при якому в кожному кілограмі повітря утворюються іони із загальним зарядом, що дорівнює 1 Кл. Позасистемна одиниця — рентген (Р, R). 1 рент-ген — це така доза рентгенівського або гамма-випромінювання, яка в 1 см сухого повітря при температурі 0 °С і тиску 760 мм рт. ст. створює 2 млрд. пар іонів (або точніше 2,08·10⁹). На практиці застосовують менші часткові одиниці: мілірентген (1 Р=1000 мР; 1 мР=10^-3 Р) і мікрорентген (1 Р= =1000000 мкР; 1 мкР=10^-6 Р). Експозиційна доза в рентгенах досить на-дійно характеризує небезпеку дії ІВ при загальному і рівномірному опромі-ненні організму людини чи тварини. Співвідношення між одиницею екс-позиційної дози системи СІ і несистемною: 1 Кл/кг=3876 Р;

2) поглинута доза (Д)характеризує енергію ІВ, що поглинається одиницею маси опромінюваної речовини (це кількість енергії різних видів ІВ, погли-нутих одиницею маси речовини). Одиниця вимірювання поглинутої дози тканинами організму в системі СІ — джоуль на кілограм (Дж/кг, J/kg) — це кількість енергії будь-якого виду іонізуючої речовини в 1 кг. Крім цього, одиницею вимірювання поглинутої дози є грей (Гр, Gy). Ще засто-совують позасистемну одиницю — рад (rad) — поглинута доза будь-якого ІВ, за якої кількість енергії, поглинутої 1 г речовини, що опромінюється, відповідає 100 ерг, 1 рад=0,01 Дж/кг=100 ерг поглинутої речовини в ткани-нах. Співвідношення між одиницею поглинутої дози системи СІ і несис-темною одиницею: 1 Дж/кг=100 рад, 1 Гр=100 рад, 1 ГР=1 Дж/кг, 1 рад= =0,01 Гр=0,01 Дж/кг. Для визначення дози опромінення біологічних об’єк-тів вимірюють дозу в повітрі в Р, а потім розрахунковим шляхом знаходять поглинуту дозу в радах. Через те, що доза випромінювання 1 Р у повітрі енергетично еквівалентна 88 ерг/г, то поглинута енергія в радах для повітря становить 88/100=0,88 рад. Таким чином, якщо доза випромінювання в по-вітрі дорівнює 1 Р, то поглинута доза буде 0,88 рад. Поглинута доза більш точно визначає вплив ІВ на біологічні тканини організму, в яких різні ато-мний склад і щільність. Є окрема залежність між поглинутою дозою і ра-діаційним ефектом: чим більша поглинута доза, тим більший радіаційний ефект. Поглинута доза характеризує радіаційний ефект для всіх видів орга-нічних і хімічних тіл, крім живих організмів. Поглинута доза випроміню-вання — це фізична величина, яка дорівнює відношенню середньої енергії, переданої при випромінюванні речовині, в деякому елементарному об’ємі до маси речовини в ньому: Д=dE/dm, де Е — енергія (Дж), т — маса речовини (кг). Однак, поглинута доза не враховує того, що вплив однієї і тієї самої дози різних видів випромінювань на організм людини не однаковий. Наприклад, a-випромі-нювання майже у 20 разів небезпечніше, ніж інші види ІВ. Для порівняння біологічної дії різних видів ІВ (урахування нерівномірність ураження від різних видів ІВ) при вирішенні задач, пов’язаних із радіаційним захистом, використовують коефіцієнт якості. Коефіцієнт якості вимірювання (К)— це безмірна величина, яка характеризує залежність несприятливих біологічних нас-лідків опромінення людини в малих дозах від повної лінійної переданої енергії ІВ. Знання величини поглинутої дози не досить для точного передбачення ні ступеня важкості, ні ймовірності виникнення ефектів ураження;

3) еквівалентна дозавизначає біологічний вплив різних видів ІВ на організм людини та служить для оцінки радіаційної небезпеки цих видів випромінювань. Різні види ІВ під час опромінювання організму однаковими дозами приводять до різного біологічного ефекту. Це пов’язано з неодна-ковою питомою щільністю іонізації, викликаної різними видами ІВ. Так, кількість іонів, які утворюються під дією ІВ на одиниці шляху в тканинах, тобто щільність іонізації, альфа-частинками у сотні разів вища від гамма-променів. Тому введено поняття „відносна біологічна ефективність”, яка показує співвідношення поглинутих доз різних видів ІВ, що викликають од-наковий біологічний ефект. Якщо умовно прийняти біологічну ефектив-ність гамма- і бета-променів за 1, то для альфа-частинок вона буде дорів-нювати 10, а для повільних і швидких нейтронів відповідно 5 і 20. Еквівалентна доза опромінення використовується для оцінювання дії ІВ на живі організми, насамперед людини і тварини. Одиницею еквівалентної дози в системі СІ є зіверт (Зв, Sv). Один зіверт дорівнює поглинутій дозі в 1 Дж/кг (для рентгенівського, g- та b-випромінювань). Для обліку біологіч-ної ефективності випромінювань введена несистемна одиниця поглинутої дози — біологічний еквівалент рентгена (бер). Один бер — це доза будь-якого виду випромінювання, яка створює в організмі такий же біологічний ефект, як 1 Р рентгенівського або g-випромінювання. Доза в берах виража-ється тоді, коли необхідно оцінити загальний біологічний ефект незалежно від типу діючих випромінювань. Співвідношення між одиницею еквіва-лентної дози в системі СІ і несистемною одиницею: 1 Зв=100 бер, 1 бер=0,01 Зв (1 Зв=1 Дж/кг, 1 Зв»100 Р, 1 Зв=1 Гр).

Еквівалентна доза дорівнює добутку поглиненої дози Д на середній кое-фіцієнт якості ІВ К у даному елементі об’єму біологічної тканини: Н=Д∙К.

Величина дози, яку отримує людина, залежить від виду випромінюван-ня, енергії його частинок, щільності потоку та тривалості дії.Всі між-народні й національні норми встановлені в еквівалентній дозі опромінення.

Для оцінювання дії ІВ за одиницю часу застосовується поняття „потуж-ність дози”. Поглинута та експозиційна дози випромінювання, що належать до одиниці часу, визначають рівень радіації. Рівень радіації характеризує ступінь забруднення місцевості та вказує, яку дозу може дістати людина, перебуваючи на забрудненій території, за певний проміжок часу. Одиницею вимірювання рівня радіації є рентген (Р, мР, мкР), рад та бер за 1 годину.

Потужність експозиційної дози (рівень радіації) — це інтенсивність випромінювання, що утворюється за одиницю часу і характеризує швидкість накопичення дози. Одиницею потужності експозиційної дози в системі СІ є ампер на кілограм (А/кг, A/kg), а несистемною одиницею для вимірювання випромінювань у повітрі є рентген за годину (Р/год, R/h), рентген за секунду (Р/с, R/s) або часткові одиниці: мілірентген за годину (мР/год), мікрорентген за годину (мкР/год). Співвідношення між одиницею системи СІ і несистем-ною одиницею потужності експозиційної дози: 1 А/кг=1 Кл/кг·с=3876 Р/с, 1 Р/с=2,58·10^-4 А/кг=2,58·10^-4 Кл/кг·с.

Одиницею потужності поглинутої дози в системі СІ є грей за секунду (Гр/с, Gy/s) і джоуль на кілограм за секунду (Дж/кг/с, J/kg/s), а несистемною — рад за секунду (рад/с, rad/s); співвідношення між ними: 1 Гр/с= =1 Дж/(кг/с); 1 Гр/с=100 рад, 1 рад=0,01 Гр/с.

Одиницею потужності еквівалентної дози в системі СІ є зіверт за се-кунду (Зв/с, Sv/s), а несистемною одиницею є бер за секунду (бер/с) співвід-ношення між ними: 1 Зв/с=100 бер/с, 1 бер/с=0,01 Зв/с.

Виявлення радіоактивних речовин та ІВ, ґрунтується на здатності цих випромінювань іонізувати речовину середовища, в якій вони поширюються. Під час іонізації відбуваються хімічні та фізичні зміни у речовині, які можна виявити і виміряти.

Іонізація середовища призводить до: засвічування фотопластинок і фо-топаперу, зміни кольору фарбування, прозорості, опору деяких хімічних роз-чинів, зміни електропровідності речовин (газів, рідин, твердих матеріалів), люмінесценції (світіння) деяких речовин. В основі роботи дозиметричних і ра-діометричних приладів застосовують такі методи індикації: фотографічний, сцинтиляційний, хімічний, іонізаційний, калориметричний, нейтронно-активі-заційний. Дози ще визначають біологічним і розрахунковим методів.

Фотографічний методоснований на зміні ступеня почорніння фото-емульсії під впливом ІВ. Гамма-промені, впливаючи на молекули бромистого срібла, яке знаходиться в фотоемульсії, призводять до розпаду і утворення срібла і брому. Кристали срібла спричиняють почорніння фотопластин чи фо-топаперу під час проявлення. Одержану дозу (експозиційну або поглинуту) можна визначити, порівнюючи почорніння плівки паперу з еталоном.

Сцинтиляційний методполягає в тому, що під впливом ІВ деякі речо-вини (сірчистий цинк, йодистий натрій) світяться. Спалахи світла, які вини-кають, реєструються, і фотоелектронним підсилювачем (помножувачем) пе-ретворюються на електричний струм. Вимірюваний анодний струм і швид-кість рахунку (рахунковий режим) пропорційні рівням радіації (індивідуа-льний вимірювач дози ІД-11).

Хімічний методбазується на властивості деяких хімічних речовин під впливом ІВ внаслідок окислювальних або відновних реакцій змінювати свою структуру або колір. Так, хлороформ у воді під час опромінення розкладається з утворенням соляної кислоти, яка вступає в кольорову реакцію з барвником, доданим до хлороформу. У кислому середовищі двовалентне залізо окислює-ться в тривалентне під впливом вільних радикалів НО₂ і ОН, які утворюються у воді при її опроміненні. Тривалентне залізо з барвником дає кольорову реакцію. Інтенсивність зміни кольору індикатора залежить від кількості соляної кислоти, яка утворилася під впливом ІВ, а її кількість пропорційна дозі ІВ. За інтен-сивністю утвореного забарвлення визначають дозу ІВ шляхом порівняння з еталоном. За цим методом працюють хімічні дозиметри ДП-20, -70 і -70 М.

Калориметричний методбазується на зміні кількості теплоти, яка виділяється в детекторі поглинання енергії ІВ.

Нейтронно-активаційний метод зручний під час оцінювання доз в ава-рійних ситуаціях, коли можливе короткочасне опромінення великими пото-ками нейтронів. За цим методом вимірюють наведену активність, і в деяких випадках він є єдино можливим у реєстрації, особливо слабких нейтронних потоків, тому, що наведена ними активність мала для надійних вимірювань звичайними методами.

Біологічний методдозиметрії ґрунтується на використанні властивостей ІВ негативно впливати на біологічні об’єкти. Дозу оцінюють за рівнем лета-льності тварин, ступенем лейкопенії, кількістю хромосомних аберацій, змі-ною забарвлення і гіперемії шкіри, випаданню волосся, появою в сечі дезо-ксицитидину. Цей метод не дуже точний і менш чутливий, ніж фізичний.

Розрахунковий методвизначення дози опромінення передбачає застосу-вання математичних розрахунків. Для визначення дози радіонуклідів, які потрапили в організм, цей метод є єдиним.

Іонізаційний метод полягає в тому, що під впливом ІВ в ізольованому об’ємі відбувається іонізація газу й електрично нейтральні атоми (молекули) газу розділяються на позитивні й негативні іони. Якщо в цьому об’ємі поміс-тити два електроди і створити електричне поле, то під дією сил електричного поля електрони з від’ємним зарядом будуть переміщуватися до анода, а позитивно заряджені іони — до катода, тобто між ефелектродами проходитиме електричний струм, названий іонізуючим струмом, величина якого буде про-порційна інтенсивності іонізаційних випромінювань. Зі збільшенням інтен-сивності, а відповідно й іонізаційної здатності ІВ, збільшиться і сила іонізую-чого струму. За цим методом працюють дозиметри ДП-5 А (Б), ДП-3 Б, ДП-22 В, ІД-1. На основі іонізаційного методу розроблені прилади, які мають однакову будову і складаються зі сприймаючого пристрою (іонізаційної камери або газорозрядного лічильника), підсилювача іонізуючого струму (електричної схеми), реєстраційного пристрою (мікроамперметру) і джерела живлення (су-хі елементи або акумулятори). Сприймаючий пристрій призначений для пе-ретворення енергії ІВ в електричну. В основу роботи дозиметричних приладів покладено принцип іонізації газів. Гази є провідниками електричного струму. Під впливом ІВ, вони в результаті іонізації починають проводити струм. На цій властивості газів і ґрунтується робота сприймаючого пристрою дозимет-ричних приладів — іонізаційної камери та газорозрядного лічильника.

Газорозрядний лічильник призначений для вимірювання малої інтен-сивності у десятки тисяч разів меншої тієї, яку можна виміряти іонізаційною камерою. Через це газорозрядні лічильники застосовуються у приладах для вимірювання рівня радіації на місцевості (рентгенметрах), у приладах для вимірювання ступеня забрудненості різних предметів, продуктів, урожаю, кормів альфа-, бета- і гамма-активними речовинами (радіометрах).

Прилади, що призначені для виявлення та виміру характеристик ІВ називаються дозиметричними. В залежності від завдань, що виконується, дозиметричні прилади умовно поділяються на прилади радіаційної розвідки і прилади контролю опромінення людей. Прилади радіаційної розвідки призначені для виявлення ступеня зараження місцевості та об’єктів радіоактивними речовинами. Прилади контролю опромінення призначені для вимірювання доз опромінення при роботі чи перебуванні людей на зараженій місцевості або під впливом проникаючої радіації ядерного вибуху чи аварії на радіаційно небезпечному об’єкті.

Загалом, виділяють такі чотири основних типи дозиметричних приладів за їх призначенням.

Індикатори застосовують для, виявлення радіоактивного забруднення місцевості та різних предметів. Деякі з них дають змогу також вимірювати рівні радіації b і g-випромінювань. Датчиком служать газорозрядні лічиль-ники. До цієї групи приладів належать індикатори ДП-63, ДП-63А, ДП-64.

Рентгенметрипризначені для вимірювання рівнів радіації на забруд-неній радіоактивними речовинами місцевості. Датчиками в цих приладах зас-тосовують іонізаційні камери або газорозрядні лічильники. Це загальновійсь-ковий рентгенметр ДП-2, рентгенметр „Кактус”, ДП-3, ДП-ЗБ, ДП-5А, Б і В.

Радіометри (вимірювачі радіоактивності) — призначені для виявлення і визначення ступеня радіоактивного забруднення поверхонь і повітря головним чином a- і b-випромінюванням. Радіометрами можливе вимірювання і невели-ких рівнів g-випромінювань. Датчиками радіометрів є газорозрядні й сцинти-ляційні лічильники. Найбільш поширені прилади цієї групи ДП-12, бета-, гамма-радіометр „Луч-А”, радіометр „Тиса”, радіометричні установки ДП-100 М, ДП-100 АДМ.

Дозиметри призначені для вимірювання сумарних доз опромінення, одержаних особовим складом формувань ЦЗ та населенням, головним чином g-опромінення. Вони поділяються за видом вимірюваних випромінювань a, b і g-частинок та нейтронного потоку. Такі дозиметри індивідуального приз-начення мають датчиками іонізаційні камери, газорозрядні, сцинтиляційні й фотолічильники. Набір, який складається з комплекту камер і зарядно-вимі-рювального пристрою, називають комплектом індивідуального дозиметричного контролю. Комплектами індивідуальних дозиметрів є ДК-0,2, ДП-22В, ДП-24, ИД-1, ИД-11 та ін.

Для вирішення завдань ЦЗ можна застосовувати прилади, які викорис-товуються на об’єктах атомної енергетики, в геології, медицині та інших га-лузях. До таких приладів належать переносний медичний рентгенметр ПМР-1, ПМР-1М, переносний медичний мікрорентгенметр МРМ-1, МРМ-2, перенос-ний рентгенметр РП-1, гамма-рентгенметр „Карагач-2”, універсальний радіометр РУП-1, РУСІ-7, аерозольний радіометр РВ-4, бета-гамма радіометр ГБР-3, перерахункові прилади ПП-16, ПП-9-2М, ПСО-2-4, переносні універ-сальні радіометри СРП-68-01, СРП-88-01, СРП-68-02, комплекти індивідуаль-ного дозиметричного контролю КІД-4, КІД-6, ІФКУ-1, ІКС, „Гнейс” та ін.

На сьогоднішній день серійно виготовляють сучасні компактні прилади та системи радіаційного контролю (рис. 4.1-4.6). За своїм призначенням парк приладів поділяється на: 1) прилади радіаційного контролю для:

— санітарної дозиметрії та екології: МКС-07 „ПОШУК”, РКС-01 „СТОРА”, РКС-01 „СТОРА-ТУ”, МКС-05 „ТЕРРА”;

— індивідуальної дозиметрії: ДКГ-21 „EcotestCARD” (як автономний прилад, так і у складі автоматизованої системи індивідуального дозиметричного контролю АСІДК-21);

— пошукових задач: МКС-07 „ПОШУК”, РКС-01 „СТОРА-ТУ”, ДКС-02ПН „КАДМІЙ” (радіаційний гамма-нейтронний пейджер);

— ЦЗ, армії: дозиметри-радіометри універсальні МКС-У, МКС-05 „ТЕРРА”;

— служб пожежної охорони: МКС-У (спеціальний комплект);

— побутового використання: дозиметр-радіометр МКС-05 „ТЕРРА-П”;

— навчальних програм: РКС-01 „СТОРА”, МКС-05 „ТЕРРА”, МКС-05 „ТЕРРА-П”;

2) блоки детектування: БДБГ-09 — g-гамма-випромінення, БДПН-07 —нейтроного випромінення, БДПА-07 — a-випромінення;

3) автоматизовані системи радіаційного контролю: АСІДК-21 - автоматизована система індивідуального дозиметричного контролю;

4) програмне забезпечення для автоматизованих систем радіаційного контролю: ПДК "ЕКОМОНІТОР", АСДК "ЕКОМОНІТОР".

На початку 90-х років виготовлялось багато побутових дозиметрів і радіо-метрів: дозиметри „Рось”, РКС-104, ДРГ-01Т, ДСК-04 („Стриж”), радіометри „Прип’ять”, „Десна”, „Бриз”, дозиметр-радіометр „Белла” та ін. Хоч багато з них є застарілими на сьогоднішній день, проте їх далі застосовують у професій-них цілях. Деякі з них без будь-яких конструктивних змін можна використо-вувати для вимірювання потужності експозиційної дози ІВ під час ведення радіаційної розвідки, поглинутої дози опромінення людей, тварин, а також для сигналізації про наявність радіоактивних речовин.

Рис. 4.1. Дозиметр гамма-випромiнення iндивiдуальний ДКГ-21 Ecotest CARD	Рис. 4.2. Дозиметр-сигналізатор пошуковий ДКС-02ПН "КАДМІЙ"
Рис. 4.4. Дозиметр-радіометр універсальний, спеціальний комплект для служб пожежної охорони МКС-У	Рис. 4.3. Дозиметр-радіометр універсальний МКС-У
Рис. 4.6. Дозиметр-радіометр побутовий МКС-05 "ТЕРРА-П"	Рис. 4.5. Дозиметр-радіометр МКС-05 "ТЕРРА"