Радиационный контроль движущихся транспортных средств с помощью высокочувствительных дозиметрических систем

УДК 669:621.039.7

Н.П. Валуев, О.В. Лысова, Н.В. Никоненков, И.А. Пушкин

РАДИАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ ДВИЖУЩИХСЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ С ПОМОЩЬЮ ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Приводятся результаты радиационного контроля движущихся транспортных средств с помощью высокочувствительных дозиметрических систем с порогом обнаружения около 4 нЗв/ч. Показано, что для высокоэффективного радиационного контроля движущихся транспортных средств необходимо применение систем радиационного контроля на базе как минимум двух детекторов с пределом обнаружения не выше 3 - 4 нЗв/ч. Использование таких систем позволяет предупреждать ЧС радиационного характера, связанные с несанкционированной транспортировкой радиоактивных материалов.

Ключевые слова: радиационный контроль, предел обнаружения, источник радиации, над-фоновая мощность дозы.

N. Valuev, O. Lysova, N. Nikonenkov, I. Pushkin

RADIATION CONTROL OF MOVABLE VEHICLES USING HIGH-SENSITIVITY SYSTEMS

The article presents the results of radiation control of movable vehicles using high-sensitivity systems with the detection limit of 4 nSv/h. The authors suggest using the system of radiation control with the help of two or more detectors with the detection limit of 3 - 4 nSv/h for high efficiency radiation control of movable vehicles. Such systems give us the possibilities to prevent emergency situations of radiating nature connected with unauthorized transportation radioactive materials.

Keywords: radiation control, detection limit, radiation source, overbackground dose rate.

В настоящее время значительно возросла вероятность радиоактивного загрязнения территорий и различных объектов, в том числе, за счёт несанкционированной транспортировки радиоактивных грузов. Существует реальная опасность применения радиоактивных веществ в террористических целях. По данным Роспотребнадзора, ежегодно регистрируется около 200 радиационных инцидентов, связанных с обнаружением в различных грузах локальных источников радиации. При этом около 50 % источников радиации выявляются в транспорте с металлоломом.

Наиболее эффективно радиационный контроль грузов осуществляется с помощью высокочувствительных автоматизированных систем, включающих стационарно установленные в зоне контроля детекторы гамма-излучения, относительно которых перемещаются транспортные средства с грузами [1, 2]. В процессе контроля производится непрерывная регистрация скорости счёта (частоты) импульсов детекторов и, в случае превышения скорости счёта некоторого порога, судят о наличии в движущемся транспорте радиоактивного источника.

В отсутствие транспорта в зоне контроля детекторами фиксируется скорость счёта импульсов, величина которой пропорциональна мощности дозы радиационного фона окружающей среды. При наличии транспорта с нерадиоактивным грузом в зоне контроля показания детекторов уменьшаются из-за экранировки детекторов транспортом. При выезде транспорта из зоны контроля показания детекторов возрастают снова до прежних значений (рис. 1а). Таким образом, образуется радиационный профиль транспортного средства. Чем больше объём груза, габариты транспорта, тем выше степень экранировки детекторов.

Наличие в транспорте радиоактивности приводит к появлению надфоновой мощности дозы АР, то есть мощности дозы излучения от контролируемого объекта (рис. 1б). В результате показания детекторов увеличиваются; если же значение надфоновой мощности дозы превысит предел обнаружения системы, то устройство регистрации выдаст сигнал тревоги.

Предел обнаружения представляет собой минимальное значение надфоновой мощности дозы на поверхности детектора, при которой происходит срабатывание системы с вероятностью 0,95 [2]. Мощность дозы излучения самого источника превышает надфоновую мощность дозы на поверхности детектора приблизительно в 103 - 104 раз в связи с тем, что источник удален от детектора на расстояние 1 - 3 м и его излучение ослабляется транспортом и грузом. На рис. 1 предел обнаружения представлен уровнем 2.

б

д

1 1 1 1 1 У V -----V а" 1 ]

Зона контроля

Рис. 1. Радиационный профиль транспортного средства с ломом: а) в отсутствие радиоактивности; б) при наличии радиоактивности;

1 - уровень показаний детектора, соответствующий фону окружающей среды;

2 - минимальный уровень показаний детектора, при котором происходит срабатывание системы

Ниже описаны результаты контроля транспортных средств с ломом с помощью автоматизированной дозиметрической системы радиационного контроля СИММЕТ [3]. В работе использовалась базовая конфигурация системы, состоящая из двух сцинтилляционных детекторов с объемом сцинтилляторов 5,5 литров, размещенных с противоположных сторон зоны контроля, через которую проезжают транспортные средства с грузами.

Контролируемый объект (автомобиль или железнодорожный вагон) проходит с определенной скоростью (5 - 20 км/ч) через зону контроля. Показания детекторов обрабатываются компьютером, вычисляются соответствующие надфоновые мощности дозы излучения контролируемого объекта по каждому детектору. Результаты измерений радиационного фона (как правило, фон окружающей среды составляет 50 - 150 нЗв/ч) и измерений надфоновой мощности дозы (нЗв/ч) по каждому транспортному средству и по каждому детектору поступают в архив в виде протоколов контроля транспортного средства.

Комплекс компьютерных программ обеспечивает этой системе высокую обнаружительную способность благодаря таким возможностям, как суммирование скоростей счета импульсов детекторов, раздельная установка порогов срабатывания по каждому детектору и сумме скоростей счетов, адаптация порогов срабатывания к изменению уровня фона и скорости движения транспорта. Предел обнаружения системы СИММЕТ с вероятностью 0,95 при уровне фона 70 нЗв/ч равен 3 нЗв/ч.

В табл. 1 представлен фрагмент протокола автомобиля с радиоактивностью в грузе. Каждая строка соответствует измерению мощности дозы в течение 0,5 с.

Протокол контроля автомобиля с радиоактивностью

Таблица 1

Номер изм. Надфоновая мощность дозы, нЗв/ч Сообщение

Детектор № 1 Детектор № 2

1 -2 -2 Нет радиации

2 -2 -2 Нет радиации

3 -2 -2 Нет радиации

4 -2 -1 Нет радиации

5 -2 -1 Нет радиации

6 -1 0 Нет радиации

7 -1 2 РАДИАЦИЯ

8 -1 4 РАДИАЦИЯ

9 -1 4 РАДИАЦИЯ

10 -1 4 РАДИАЦИЯ

11 -1 3 РАДИАЦИЯ

12 -1 2 РАДИАЦИЯ

13 -2 0 РАДИАЦИЯ

14 -2 -1 РАДИАЦИЯ

15 -2 -1 Нет радиации

16 -1 -1 Нет радиации

17 -2 -2 Нет радиации

18 -3 -3 Нет радиации

Представленный протокол содержит отрицательные и положительные значения надфоновой мощности дозы. Поскольку вычисление надфоновой мощности дозы осуществляется вычитанием мощности дозы фона из значений, получаемых при проезде транспорта через зону контроля, то в отсутствие радиоактивности в транспорте профиль транспортного средства будет характеризоваться отрицательными значениями надфоновой мощности дозы, обусловленными, как указывалось выше, экранировкой детекторов транспортными средствами.

Рис. 2. Радиационные профили транспортного средства с ломом с источником радиации,

выявленным только одним детектором

Измерения надфоновой мощности дозы (в нЗв/ч) по обоим детекторам проводятся каждые 0,5 с. Сообщение «Радиация» появляется при превышении надфоновой мощности дозы установленного порога. Восемь строк с надписью «Радиация» при 18-ти измерениях по длине транспортного средства свидетельствуют о наличии в транспорте локального источника радиации. Положительные значения надфоновой мощности дозы по детектору № 2 говорят о расположении источника вблизи стенки транспорта, обращенной к детектору № 2. Радиационные профили транспортного средства, результаты измерения которого приведены в табл. 1, отображены на рис. 2.

Для сравнения на рис. 3 приведены радиационные профили транспортного средства, плотно загруженного нерадиоактивным ломом. Показания детекторов, пока транспорт находится в зоне контроля, имеют отрицательные значения. Разброс показаний каждого детектора говорит о неравномерности плотности лома, и поскольку плотность лома в моменты каждого измерения в процессе движения транспорта меняется, то меняется в этих случаях степень экранировки детекторов.

Рис. 3. Радиационные профили транспортного средства с нерадиоактивным ломом

На рис. 4 приведены профили транспортного средства с ломом, в котором радиоактивность была выявлена обоими детекторами. Надфоновые значения мощностей дозы имеют значения, превышающие предел обнаружения системы по каждому детектору. Анализ радиационных профилей показывает, что при появлении транспорта в зоне контроля уровень фона снижается в большей степени для детектора № 2. Это говорит о том, что траектория движения автомобиля смещена ближе к этому детектору и экранирование фона транспортом проявляется в большей степени для детектора № 2. Об этом свидетельствует также и тот факт, что положительные значения надфоно-вой мощности дозы, обусловленные наличием радиоактивности в автомобиле с грузом, для детектора № 2 превышают значения для детектора № 1, что связано с меньшим расстоянием от источника радиации до детектора № 2. Появление положительных значений надфоновой мощности дозы для обоих детекторов говорит о том, что источник расположен ближе к оси симметрии автомобиля. Максимум показаний приходится на 12 - 13-е измерение, что свидетельствует о расположе-

нии источника на расстоянии около 2/3 длины транспорта от его передней поверхности. Таким образом, анализ радиационных профилей транспорта позволяет помимо обнаружения радиоактивного источника определять его приблизительное положение в транспорте.

Рис. 4. Радиационные профили транспортного средства при обнаружении радиоактивности двумя детекторами

Представленные результаты получены в процессе эксплуатации систем радиационного контроля СИММЕТ, установленных на Омутнинском металлургическом заводе (автомобильные весы и железная дорога). В течение двух лет были выявлены 5 источников радиации в поступившем на предприятие металлоломе. Своевременное обнаружение радиоактивных источников позволило предупредить возникновение на предприятии радиационных ЧС. В случае пропуска радиоактивных источников при их расплавлении в металлургических печах произошло бы загрязнение продукции и отходов производства, переоблучение работников и населения.

Анализ полученных результатов показывает, что для высокоэффективного радиационного контроля движущихся транспортных средств необходимо применение систем радиационного контроля на базе как минимум двух детекторов с пределом обнаружения не выше 3 - 4 нЗв/ч. Такой предел обнаружения обеспечивается применением сцинтилляционных детекторов гамма-излучения с объёмом сцинтилляторов 5 литров и более. Наличие двух и более детекторов позволяет, в свою очередь, оптимизировать вычислительные алгоритмы, по которым происходит обнаружение радиоактивности в ломе.

Литература

1. Валуев Н.П., Лысова О.В., Пушкин И.А. Аппаратура для высокопроизводительного контроля радиационной обстановки // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. Химки: АГЗ МЧС России. -2010 - № 2. - С. 21 - 24.

2. Валуев Н.П., Лысова О.В., Пушкин И.А. Выбор схемы проведения радиационного мониторинга движущихся объектов // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. Химки: АГЗ МЧС России. -2010. - № 4. - С. 47 - 52.

3. Валуев Н.П., Мойш Ю.В., Качалов В.М., Никоненков Н.В. Автоматизированные системы радиационного контроля сырья и металлолома // Проблемы чёрной металлургии и материаловедения. - 2009. - № 3.