Область непрерывного разряда. 5 глава

Приборы индивидуального дозиметрического контроля предназначены для измерения
индивидуальных доз внешнего ионизирующего излучения, получаемых работником в
процессе выполнения радиационно-опасных работ.

Перечень переносных приборов радиационного контроля приведен в таблице 8.4.

Таблица 8.4.
Перечень приборов индивидуального дозиметрического контроля

Таблица 8.5.
Перечень приборов для лабораторного радиационного контроля

ПРИБОРЫ ЛАБОРАТОРНОГО ДОЗИМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

На АЭС обычно имеется несколько лабораторий, выполняющих дозиметрические,
радиометрические и спектрометрические измерения источников (проб) ионизирующего
излучения. Конкретные наименования лабораторий зависят от задач управления радиационной
безопасностью. Для успешного решения своих задач лаборатории радиационного контроля
должны быть оснащены наиболее современной измерительной аппаратурой и укомплектованы
высокопрофессиональными кадрами.

Большинство радиометрических измерений выполняется с помощью приборов счета числа
импульсов и скорости импульсов УИМ2-2, УИМ2-3, ПСО2-4, ПСО2-5 и т.д.

Однако во многих случаях необходима более полная информация об излучении ИИИ и,
следовательно, более полная характеристика измеряемых импульсов. Измерение амплитуды,
геометрической формы и времени появления импульсов от детекторов позволяет установить
такие параметры ионизирующего излучения, как энергия, вид частиц, временные и
пространственные характеристики частиц. Данные измерения выполняются с помощью
устройств, составляющих самостоятельный класс приборов — спектрометры
(спектрометрические анализаторы, анализаторы импульсов одноканальные и
многоканальные).

Рекомендуемый перечень приборов для лабораторного радиационного контроля приведен
в таблице 8.5.

МЕТРОЛОГИЯ ПРИБОРОВ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ
Основные термины и понятия метрологии

Метрология приборов радиационного контроля (то же метрология ионизирующих
излучений) есть область метрологии, которая занимается созданием методов и средств
обеспечения единства измерений потоков излучений, дозиметрических величин и
характеристик радионуклидов.

Метрология ионизирующих излучений в зависимости от типа измеряемых физических
величин решает прикладные задачи в следующих направлениях:

• метрология радионуклидов — создает методы измерения активности нуклидов в
различных формах и средах их существования, решает проблемы обеспечения единства
измерения (эталоны, поверочные схемы, образцовые источники, растворы и стандартные
образцы), исследует особенности измерения активности объектов внешней среды;

• метрология α-, β-, γ-излучений — исследует и создает спектрометрические методы
измерения ИИИ, решает задачи создания и использования образцовых источников и схем
для поверки и градуировки спектрометров;

• метрология дозиметрических величин — исследует и создает методы измерения
экспозиционной дозы и ее мощности, поглощенной и эквивалентной дозы и производных от
них величин, методы измерения доз при лучевой терапии, технологические методы
дозиметрии, а также эталоны, поверочные и градуировочные схемы дозиметрических величин,

• метрология нейтронного излучения — исследует и создает методы измерения
характеристик нейтронного поля на ядерно-физических установках, методы нейтронно-
активационных измерений, принципы и методы применения образцовых источников нейтронов
и т.д.

Метрология ионизирующих излучений тесно взаимосвязана с развитием ядерного
приборостроения и имеет с ним общую теорию измерений.

Необходимо различать понятия метрологии, метрологического обеспечения и приборного
обеспечения.

Метрология — научная основа метрологического обеспечения.

Метрологическое обеспечение — совокупность научных, технических и организационных
мер (норм, правил, средств), необходимых для достижения единства измерений.

Приборное обеспечение — совокупность мер по обеспечению какого-либо
технологического процесса измерительными средствами.

Приборостроение — отрасль промьппленности, целью которой является приборное
обеспечение других отраслей. Например, ядерное приборостроение обеспечивает атомную
промышленность приборами измерения и контроля ионизирующего излучения.

Средством измерений называют техническое средство, используемое при измерениях и
имеющее нормированные метрологические свойства. К средствам измерений относятся
меры и измерительные приборы.

Мера — средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины
заданного размера. Например, источник ионизирующего излучения из ⁶⁰Co, аттестованный
по активности, есть мера активности нуклида ⁶⁰Co.

Измерительный прибор — средство измерений, предназначенное для выработки сигнала
измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия
наблюдателем. В области радиационной защиты измерительными приборами являются
дозиметрические приборы (дозиметры), радиометрические приборы (радиометры) и
спектрометры ионизирующих излучений.

Метрологические характеристики (MX) средств измерений — это характеристики
средств измерений, которые оказывают влияние на результаты измерения.

Основные понятия, связанные с характеристикой преобразования средства измерения
следующие:

• чувствительность — отношение изменения сигнала на выходе средства измерения к
вызывающему его изменению измеряемой величины, например, 0,5 В/МэВ;

• диапазон измерений — область значений измеряемой величины, для которой
нормированы погрешности средства измерений;

• предел измерений — наибольшее или наименьшее значение диапазона измерения.

• ход с жесткостью — отклонение номинальной чувствительности средства измерения
от действительной чувствительности, зависящее от энергии ионизирующего излучения.

Все средства измерений по метрологической принадлежности подразделяют на рабочие
и образцовые.

Образцовыми мерами и измерительными приборами называют меры и измерительные
приборы, утвержденные в качестве образцовых и служащие для поверки по ним других
средств измерений. Например, в области измерения ионизирующих излучений в качестве
образцовых мер применяют образцовые α-, β-, γ- и нейтронные источники.

Для воспроизведения и хранения единицы измерения в общегосударственном или
Международном масштабе служит средство измерений, называемое эталоном. Порядок
передачи размера единицы от эталона образцовым и рабочим средствам измерений
регламентируется специальным документом — поверочной схемой.

Рабочее средство измерений — средство измерений, применяемое для измерений, не
связанных с передачей размера единиц. Рабочие средства измерений используют в практике
ровсе дневных измерений.

Измерение называется прямым, если измеряемую величину непосредственно сравнивают
& мерой этой величины или ее значение отсчитывают по показаниям приборов.

Наблюдение — экспериментальная операция, выполняемая в процессе измерения, в
Итоге которой получают одно из значений, подлежащих обработке для получения результатов
!измерения. Различают измерения с однократными и многократными наблюдениями. При
измерении с однократным наблюдением термином "наблюдение" пользоваться не следует.

Погрешность измерения — отклонение результата измерения от истинного значения
измеряемой величины. На практике имеют дело лишь с приближенной оценкой погрешности
измерения, которую получают путем применения метода и средств измерения.

Абсолютной называют погрешность, выраженную в единицах измеряемой величины, а
относительной — погрешность, выраженную в долях или процентах истинного значения
жзмеряемойвеличины.

Систематическая погрешность — составляющая погрешности измерения, которая при
повторных измерениях одной и той же величины, выполняемых при неизменных условиях,
остается постоянной или закономерно изменяется. Источником систематической погрешности
могут быть: погрешность метода измерения, допущенные упрощения при проведении
измерений, индивидуальные особенности наблюдателя.

Случайная погрешность — составляющая погрешности измерения, изменяющаяся
случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Источником
случайных погрешностей могут быть неконтролируемые изменения параметров внешней
среды (температуры, влажности, давления), статистический характер измеряемой величины,
психологические особенности человека и т.п.

Грубая погрешность измерения— погрешность измерения, существенно превышающая
ожидаемую погрешность при данных условиях.

Промах — вид грубой погрешности, зависящий от наблюдателя и связанный с
Неправильным обращением со средствами измерения, неверным отсчетом показаний,
ошибками при записи результатов и т.п.

Точность измерений — качество измерений, отражающее близость их результатов к
истинному значению измеряемой величины. Чем меньше систематическая и случайная
погрешности, тем выше точность измерений.

Результат измерения — среднее арифметическое результатов наблюдений, из которых
исключены систематические погрешности.

Внешние факторы, влияющие на погрешность средств измерения, определяют
нормальные и рабочие условия применения средств измерения.

Нормальные условия применения средств измерения — условия, при которых все
влияющие на показания средства измерения величины внешних факторов находятся в пределах
значений, установленных НТД на данное средство измерения и принятых в качестве
нормальных. Для нормальных условий применения нормируются основные погрешности
средств измерения.

Рабочие условия применения средств измерения — условия, при которых значения
величин внешних факторов, влияющих на погрешность средства измерения, превышают
пределы нормальной области значений. Для рабочих условий нормируются дополнительные
погрешности средств измерения.

Поверка средств измерений — это определение погрешности данного средства измерения
с целью установления его пригодности к применению в соответствии с требованиями НТД
на него.

В основу всех методов поверки положен принцип, который заключается в том, что
находят разность между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины,
т.е. определяют погрешность прибора. Истинное значение измеряемой величины определяют
с помощью образцовых средств измерения.

Для приборов, измеряющих γ- и нейтронное излучение, применяют cледующие методы
поверки:

• метод замещения;

• метод одновременных измерений;

• метод образцового источника.

Метод замещения основан на измерении поглощенной дозы или мощности поглощенной
дозы в одной и той же точке поля излучения последовательно образцовым и поверяемым
приборами. При замещении образцового и поверяемого приборов необходимо обеспечить
фиксацию центров чувствительных объемов их детекторов с погрешностью, не превышающей
установленную нормативно-техническим документом на поверку.

Метод одновременных измерений заключается в том, что детекторы образцового и
поверяемого приборов помещают одновременно в одно и то же сечение однородного поля.

Метод образцового источника (расчетный метод) заключается в том, что для определения
(расчета) параметров поля, создаваемого образцовым источником излучения используют
закон обратных квадратов:

I = I₀(R₀/R)², (8.1)

где: I₀ — параметр поля, создаваемого образцовым источником на расстоянии R₀;

I — расчетный параметр поля в любой точке от образцового источника на расстоянии R.

Для расчета I используют данные, указанные в свидетельстве на образцовый источник.

Прибор считается выдержавшим поверку, если полученное значение погрешности не
превышает значения, указанного в технических условиях на прибор (значения погрешности,
приводимого в паспорте завода-изготовителя).

Метрологическая деятельность предприятия должна регламентироваться комплексом
взаимоувязанных правил, требований и норм, определяющих методику проведения работ
по оценке и обеспечению точности измерения. Эти правила и нормы устанавливаются НТД,
входящими в. государственную систему стандартов Украины (ДСТУ). К наиболее важным
объектам стандартизации в области метрологического обеспечения средств измерения
относятся:

• единицы физических величин и их обозначение — ГОСТ 8.417-81 и ДСТУ
РД 50-454-84;

• метрологические характеристики средств измерения — ГОСТ 8.009-84;

• государственные эталоны — ДСТУ 3231-95;

• поверочные схемы — ГОСТ 8.061-80;

• образцовые средства измерений — МИ 1318-86;

• стандартные образцы — ДСТУ 3231-95;

• метрологическая экспертиза технических заданий на разработку средств измерений —
МИ 1314-86;

• метрологическая аттестация средств измерений — ДСТУ 3215-95;

• поверка средств измерений — ГОСТ 8.042-83;

• метрологическая аттестация методик выполнения измерений — ГОСТ 8.467-82;

• государственный и ведомственный метрологический надзор — ГОСТ 8.002-86;

• государственные испытания средств измерений — ДСТУ 3400-96;

• поверка средств измерений — ГОСТ 8.513-84, ГОСТ 8.375-80;

• обеспечение качества средств измерения—ДСТУ ISO 10012-1.

Обработка результатов измерений

Методы обработки результатов, например, прямых измерений с многократными
наблюдениями, регламентированы ГОСТ 8.207-76. В соответствии с этим стандартом при
статистической обработке группы результатов наблюдений следует выполнить следующие
операции:

• исправить результаты, исключить известные систематические погрешности из
результатов наблюдений;

• вычислить среднее арифметическое исправленных результатов наблюдений, принимаемое
за результат измерения;

• вычислить оценку среднего квадратического отклонения результата наблюдения;

• проверить гипотезу о том, что результаты наблюдений принадлежат нормальному
распределению;

•вычислить доверительные границы случайной погрешности (случайной составляющей
погрешности) результата измерений;

• вычислить доверительные границы погрешности результата измерения.
Рассмотрим некоторые этапы статистической обработки.

Для вычисления результата измерения следует из каждого результата наблюдения u_i
исключить систематическую погрешность λ_i.

В итоге получим исправленный результат i-ro наблюдения:

x_i = u_i -λ_i. (8.2)

Затем вычисляют среднее арифметическое исправленных результатов наблюдений:

(8.3)
где n—число наблюдений.

Среднее квадратическое отклонение группы наблюдений является характеристикой
рассеивания результатов наблюдений, вызванного наличием случайных погрешностей при
проведении измерений с многократными наблюдениями. Оно выражается в тех же единицах,
что и сами результаты наблюдений. Ограниченное число наблюдений позволяет получить
лишь оценку этой характеристики.

Оценку среднего квадратического отклонения S группы наблюдений вычисляют по
формуле.

(8.4)

При 4 — 10 наблюдениях их рассеивание можно также характеризовать размахом:

R_n = x_макс- x_мин (8.5)

гдес х_макс, х_мин— соответственно максимальное и минимальное значение из группы наблюдений.

Среднее квадратическое отклонение результата измерения является характеристикой
рассеяния результата измерения, вычисленного как среднее арифметическое данных
наблюдения. Ограниченное число наблюдений позволяет получить лишь оценку этой
характеристики S(X_n). (Такое обозначение означает, что S относится к среднему
арифметическому переменной X_n, определенной изn наблюдений.)

Оценку среднего квадратического отклонения среднего арифметического вычисляют по
формуле

(8.6)

Все числовые значения характеристик и параметров, которые определяются при
статистической обработке результатов измерений, имеют вероятностный характер.
Доверительная вероятность — это величина, которая определяет степень надежности
полученных результатов. Доверительная вероятность P выражается числом от О до 1 (или
от О до 100 процентов) и показывает вероятность того, что действительное значение
исследуемой переменной будет лежать в принятом (указанном) диапазоне.

Так, например^ в интервал отХ+S до Х—S должно входить около 67% всех
наблюдений, где X — среднее арифметическое группы наблюдений, распределенных по
нормальному закону, a S — оценка среднего квадратического отклонения группы наблюдений,
определенная по формуле (8.4).

Величиной, связанной с доверительной вероятностью, является уровень значимости
отклонений (выхода) за принятые границы значений X_n (q = 1 - P).

Доверительная вероятность или уровень значимости отклонений должны задаваться
лицом, выполняющим статистическую обработку результатов измерений, в соответствии с
требуемым уровнем надежности результатов. Для технических и аналитических измерений
обычно принимают P = 0,95. Доверительные границы погрешности в долях S(X) при этом
равны ±1,65. Для ответственных измерений или измерений, которые нельзя повторить,
принимают P = 0,99 с доверительными границами ±2,6 в долях S(X). Чем более ответственны
результаты, тем более высокую доверительную вероятность необходимо принимать.

Методика математической обработки результатов измерений зависит от их распределения.
Наиболее полно математические методы разработаны применительно к нормальному
распределению. Законом нормального распределения (законом Гаусса) можно
удовлетворительно аппроксимировать распределения наблюдений в большинстве случаев
практических измерений.

Среднее арифметическое результатов наблюдений является эффективной оценкой
измеряемой величины именно при нормальном распределении результатов наблюдений. Если
распределение результатов наблюдений описывается другими законами и имеет
несимметричную форму, то использование среднего арифметического может привести к
неправильным заключениям. При некоторых других распределениях для этой цели известны
более эффективные оценки: наиболее вероятное значение (мода), медиана и др. В связи с
этим, в последовательность статистической обработки результатов наблюдений включается
этап проверки гипотезы о том, что результаты наблюдений принадлежат к нормальному
распределению.

Проверка того, описываются ли полученные результаты наблюдений нормальным законом,
может не проводиться, если есть достаточные теоретические основания полагать, что этот
закон справедлив, или если такая проверка уже выполнялась ранее для аналогичных
наблюдений. В остальных случаях проверка нормальности распределения необходима.

Доверительные границы случайной погрешности результата измерения в соответствии с
ГОСТ 8.207-76 устанавливаются для результатов наблюдений, принадлежащих нормальному
распределению.

Если это условие не выполняется, методы вычисления доверительных границ случайной
погрешности должны быть указаны в методике выполнения конкретных измерений.

Доверительные границы случайной погрешности результата измерения — это тот интервал,
в который с заданной (принятой исследователем) вероятностью P должно попасть среднее
арифметическое значение при бесконечном (теоретически) увеличении количества единичных
наблюдений. Вероятность того, что это истинное значение все же будет находиться за
пределами вычисленных доверительных границ, определяется значимостью этих отклонений
q = 1 - P. Такая вероятность есть всегда, поскольку теоретически могут иметь место любые
отклонения (колоколообразная кривая нормального распределения не имеет границ).

Ширина интервала доверительных границ для результата измерения определяется
степенью разброса значений, измеряемого средним квадратическим отклонением, и степенью
значимости допустимого выхода за эти пределы, которые устанавливает исследователь.

Доверительные границы случайной погрешности результата измерения находят по
формулам:

Х-t^.S(Х_n), (8. 7)

X+t ^.S(X_n), (8.8)

где t — коэффициент Стьюдента, который, в зависимости от доверительной вероятности P
и числа результатов наблюдений, находят по таблице 8.6.

Таблща 8.6

Значения коэффициента t для случайной величины X,
имеющей распределение Стьюдента с п-1 степенями свободы

В случаях, когда систематические погрешности исключить из результата измерения
нельзя, но точно известно, что они имеются, погрешность результата должна включать не
исключенные систематические погрешности. При суммировании не исключенных
систематических погрешностей они рассматриваются как случайные величины с
равномерным распределением (если данных о виде распределения нет). Учет не исключенной
систематической погрешности осуществляется в следующей последовательности:

• Оцениваются абсолютные величины неисключенных систематических погрешностей.
Погрешности постоянных величин, входящих в формулы, равны половине единицы
последнего разряда.