Аппаратура для радиационного контроля на АЭС

Приборы для регистрации ионизирующего излучения предназначены для измерения величин, характеризующих источники и поля ионизирующих излучений, взаимодействие ионизирующих излучений с веществом.

Приборы и установки, используемые для регистрации ионизирующих излучений, как отмечалось в п. 10.6, подразделяются на дозиметры, радиометры, спектрометры и универсальные приборы, совмещающие функции дозиметра и радиометра, и пр.

Приборы для регистрации ионизирующего излучения разделяются также по виду измеряемого излучения (a-, b-, g-, нейтронное), по эффекту взаимодействия излучения с веществом (ионизационные, сцинтилляционные, фотографические и т.д.) и другим признакам.

По конструкции приборы для регистрации ионизирующего излучения подразделяют на стационарные, переносные и носимые, а также на приборы с автономным питанием, питанием от электрической сети и не требующие затрат энергии.

В соответствии с реальными задачами определения доз облучения персонала атомных станций применяемая для регистрации ионизирующих излучений аппаратура подразделяется также на приборы и системы индивидуального дозиметрического контроля и приборы (носимые и стационарные) для контроля радиационной обстановки, позволяющие проводить групповой дозиметрический контроль персонала.

11.1.Приборы и комплексы индивидуального
дозиметрического контроля с дозиметрами-накопителями

Аппаратура индивидуального дозиметрического контроля с дозиметрами-накопителями применяется при текущем контроле для измерения индивидуального эквивалента дозы внешнего облучения, а также может быть использована для измерения поглощенной дозы внешнего облучения при аварийных ситуациях. Расчет эффективной дозы по измеренному значению индивидуального эквивалента дозы проводится с помощью переходного коэффициента в соответствии с методикой выполнения измерений индивидуальных доз внешнего облучения персонала АЭС[31].

В состав современных комплексов обычно входят набор термолюминесцентных детекторов (до нескольких десятков тысяч штук), считыватель, персональный компьютер с базой данных, соответствующее программное обеспечение.

Ниже приводится описание современной аппаратуры с дозиметрами-накопителями, а также комплекты дозиметров, выпускавшиеся в 80 – 90 гг. прошлого столетия и до сих пор используемые на атомных станциях России.

Автоматизированный комплекс индивидуального дозиметрического контроля АКИДК-201 предназначен для измерения индивидуального эквивалента дозы g-излучения H_P(10) и базируется на применении термолюминесцентных детекторов ДТГ-4, представляющих собой таблетки из монокристаллического фторида лития, активированного магнием и титаном (LiF-Мg,Ti).

В дозиметр ДТЛ-01 входит три детектора ДТГ-4, размещенных за фильтрами из фторопласта для выравнивания энергетической зависимости чувствительности и обеспечения измерения H_P(10). При определении дозы используются индивидуальные коэффициенты чувствительности, которые позволяют снизить погрешность, обусловленную разбросом чувствительности детекторов. Диапазон измеряемых доз от 0.05 мЗв до 10 Зв при основной погрешности измерения ±15%. Энергетическая зависимость чувствительности в диапазоне энергий от 0.015 до 10 МэВ не превышает ±30%. В состав комплекса входит набор дозиметров, считыватель СТЛ-200 и персональный компьютер с базой данных. Производительность обработки дозиметров не менее 30 штук в час. Многократность использования дозиметра – не менее 200 циклов.

Автоматизированный комплекс индивидуального дозиметрического контроля АКИДК-301(рис. 11.1)в комплекте с дозиметром ДВГ-01 (аналог дозиметра ДТЛ-01) предназначен для измерения индивидуального эквивалента дозы g-излучения Н_P(10) и в комплекте с альбедным дозиметром ДВГН-01 – для раздельного измерения индивидуальных эквивалентов доз нейтронного и g-излучения в смешанных g-нейтронных полях (рис. 11.2). В альбедном дозиметре ДВГН-01 применяются два детектора ДТГ-4-6 (⁶LiF-Mg,Тi) и два детектора ДТГ-4-7 (⁷LiF-Mg,Ti), закрепленные на подложке, которая помещена в кассету. В крышке кассеты располагается полиэтиленовый замедлитель быстрых и промежуточных нейтронов, борный поглотитель падающих тепловых нейтронов и медный фильтр, уменьшающий энергетическую зависимость чувствительности детектора при измерении g-излучения. Диапазон измеряемых доз от 0.05 мЗв до 10 Зв при основной погрешности измерения g-излучения ± (15 – 20)% и нейтронов ± (30 – 50)%. Энергетическая зависимость чувствительности в диапазоне энергий g-излучения от 0.015 до 10 МэВ не превышает ±15%. В состав комплекса входит набор дозиметров до 10 тыс. штук каждого типа, считыватель СТЛ-300 и персональный компьютер с базой данных. Производительность обработки дозиметров – не менее 30 шт./ч.

Рис. 11.1. Комплекс АКИДК-301

Рис. 11.2. Дозиметры ДВГ-01 и ДВГН-01

С 2003 г. на семи АЭС с ВВЭР и РБМК введены в эксплуатацию индивидуальные альбедные дозиметры нейтронов ДВН-А-01 (рис. 11.3).

Дозиметры предназначены для измерения индивидуального эквивалента дозы H_p(10) и используются в составе систем АКИДК, ДОЗАКУС производства Rados Technology (Финляндия), ДВГ-02Т (ДВГ-02ТМ),КТД-02 (КТД-02М) и др.

Рис. 11.3. Внешний вид и принципиальная конструкция дозиметра ДВН-А-01: 1 – Cd, 2 – полиэтилен, 3 – ТЛД-карта, 4 – ТЛД

Дозиметр ДВН-А-01 состоит из корпуса кассеты, ТЛД-карты и четырех термолюминесцентных детекторов ТЛД-6011, 7011
(LiF-Mg, Cu, F), обогащенных изотопами ⁶Li или ⁷Li. Две пары детекторов ⁶LiF и ⁷LiF находятся под кадмиевым фильтром и полиэтиленовым замедлителем. Рабочее положение дозиметра на теле человека – кадмиевый фильтр обращен в сторону от тела. Кадмиевый фильтр служит локальной защитой детектора от внешнего поля нейтронного излучения и обеспечивает регистрацию только рассеянных от тела (альбедных) тепловых нейтронов. Полиэтиленовый фильтр повышает чувствительность дозиметра к быстрым нейтронам. Детекторы, обогащенные по изотопу ⁷Li, позволяют учитывать вклад в показания сопутствующего g-излучения.

Диапазон измеряемых величин индивидуального эквивалента дозы нейтронов H_p(10) в интервале энергий от 0.4 эВ до 10 МэВ составляет от 0.1 мЗв до 10 Зв. Число циклов использования детекторов – не менее 100. Габаритные размеры (масса) – 46´42´20 мм (45 г).

Комплекс индивидуального дозиметрического контроля ДВГ-02Т с детекторами ТЛД-500К на основе монокристаллов оксида алюминия (Al₂O₃), детекторами ДТГ-4 и детекторами ТЛД-1011 на основе чистого фторида лития LiF-Mg, Cu, P предназначен для измерения индивидуального эквивалента дозы g-излучения H_p(10), H_p(3) и H_p(0.07) в интервале энергий от15 кэВ до 3.0 МэВ. Диапазон измеряемых доз от 0.5 мкЗв до 1 Зв с использованием детекторов ТЛД-500К и от 20 мкЗв до 10 Зв с использованием детекторов ДТГ-4 при основной погрешности ± (15 – 30)%. Комплекс имеет в составе считывающее устройство, набор детекторов, интерфейс связи с персональным компьютером и программное обеспечение для измерения и создания базы данных дозиметрического контроля.

Модернизированный комплекс индивидуального дозиметрического контроля ДВГ-02ТМ (рис. 11.4) помимо измерения индивидуального эквивалента дозы g-излучения обеспечивает с использованием детекторов ТЛД-6011 и ТЛД-7011 индивидуальный контроль доз нейтронов, а также доз в коже лица, хрусталика глаза и коже пальцев рук. Диапазон измерения индивидуального эквивалента дозы нейтронов H_p(10) в интервале энергий нейтронов от 0.4 эВ до 10 МэВ составляет от 0.1 до 100 мЗв; диапазон измерения доз b-излучения в хрусталике глаза H_p(3) и коже H_p(0.07) в интервале энергий b-излучения от 250 кэВ до 3.5 МэВ составляет от 2.0 мЗв до 100 Зв.

Рис. 11.4. Комплекс ДВГ-02ТМ

Термолюминесцентная дозиметрическая система ДОЗАКУС производства Rados Technology (Финляндия) (рис. 11.5) предназначена для измерения индивидуальных эквивалентных доз g-, b- и нейтронного излучений. Состоит из ТЛД-считывателя и набора различных термолюминесцентных дозиметров (ТЛД) g- и b-излучений и нейтронных альбедных дозиметров. Для проведения калибровки детекторов и проверки стабильности их показаний в системе используется облучатель с источником ⁹⁰Sr + ⁹⁰Y, позволяющий автоматически облучать детекторы одинаковыми дозами.

Рис. 11.5. ТЛД-считыватель с дозиметрами ДОЗАКУС

ТЛД-считыватель предназначен для автоматической оценки дозы излучения, накопленной различными термолюминесцентными дозиметрами. Термолюминесцентные дозиметры состоят из корпуса-держателя и подложки с перфорированным кодом, соответствующим номеру дозиметра, и четырьмя позициями для детекторов (рис. 11.6 и 11.7).

Три ячейки для детекторов g-излучения снабжены компенсирующими энергетическими фильтрами, четвертая – имеет открытое окно для регистрации дозы b-излучения. Нейтронные альбедные дозиметры имеют кадмиевый фильтр на корпусе. Для удобства использования дозиметры помещаются в пластиковый пакет с клипсой.

Конструкция дозиметров обеспечивает измерение индивидуального эквивалента дозы облучения. На одной из частей корпуса имеется утолщение, в результате чего детекторы измеряют Н_р(10).

Рис. 11.6 Слайд γ-дозиметра ДОЗАКУС:

1 – Li₂B₄O₇-таблетка, чувствительная к g-излучению и слабо чувствительная к нейтронному излучению;

2 – ⁷LiF-таблетка, чувствительная к g-излучению и нечувствительная к нейтронному излучению;

3 – Li₂B₄O₇-таблетка, чувствительная к b-излучению

Рис. 11.7. Слайд нейтронного дозиметра ДОЗАКУС:

1 – Li₂B₄O₇-таблетка, чувствительная к g-излучению и слабо
чувствительная к нейтронному излучению;

2 – ⁶LiF-таблетка с высокой чувствительностью к тепловым
нейтронам;

3 – ⁷LiF-таблетка, чувствительная к g-излучению и нечувствительная к нейтронному излучению;

4 – Li₂B₄O₇-таблетка, чувствительная к b-излучению

Диапазон измерений «глубинной» Н_р(10) и «поверхностной» Н_р(0.07) доз составляет от 0.15 мЗв до 10 Зв. Пределы основной погрешности измерений: дозы g-излучения ±15%; b-излучения и нейтронов ±40%. Порог регистрации 0.05 мЗв. Энергетическая зависимость чувствительности при измерении дозы g-излучения в области энергий от 15 кэВ до 7 МэВ составляет ±30%.

Многократность использования детектора в системе составляет не менее 200 циклов облучения-считывания. Производительность обработки дозиметров системой составляет не менее 50 дозиметров в час. Полученное значение при измерении дозы 10 мЗв для дозиметров, облученных в начале и в конце периода хранения, не отличается от условно истинного значения более чем на 5% при 30 сутках хранения в нормальных условиях и на 10% при 90 сутках хранения. Габаритные размеры дозиметра (масса) – 42´46´9 мм (15 г).

Система поставляется изготовителем в двух вариантах: с ПЭВМ с программным обеспечением на жестком диске и без ПЭВМ. Программное обеспечение управляется посредством меню и позволяет производить автоматический расчет дозы. В расчетах применяется принцип индивидуальной калибровки детекторов.

Комплект КДТ-02 (КДТ-02М) предназначен для измерения экспозиционной дозы рентгеновского и g-излучений в диапазоне энергий от 0.06 до 1.25 МэВ. Состоит из набора индивидуальных носимых дозиметров (ДПГ-02 с детектором ДТГ-4; ДПГ-03 с детектором ТЛД-580 и ДПГ-03М с детектором ТЛД-500К) и измерительного прибора УПФ-02. Внешний вид прибора показан на рис. 11.8.

Детекторы ДТГ-4 представляют собой таблетки из монокристаллического фторида лития, активированного магнием и титаном LiF-Mg, Ti; детекторы ТЛД-580 изготовлены на основе бората магния MgB₄O₇, а детекторы ТЛД-500К представляют собой таблетки из монокристаллов оксида алюминия Al₂O₃.

Носимый индивидуальный дозиметр состоит из корпуса, в окошко которого включены соответствующие фильтры для компенсации энергетической зависимости чувствительности.

Детекторы имеют цилиндрическую форму: диаметр – 5 мм;
толщина – 1 мм.

Детекторы расположены на держателе по 3 шт. и помещаются внутрь корпуса дозиметра (рис. 11.9).

Для фиксации дозиметра в собранном состоянии служит стальная пластина, которая надевается на дозиметр с обратной от окошка стороны.

Рис. 11.8. Комплект КДТ-02М	Рис. 11.9. Дозиметр ДПГ-03М

Диапазон измерений экспозиционной дозы рентгеновского и
g-излучений представлен в табл. 11.1.

Таблица 11.1

Диапазон измерений экспозиционной дозы рентгеновского и
g-излучений

Многократность использования детекторов: ТЛД-580 – не менее 200 измерений; ТЛД-500К и ДТГ-4 не менее 500 измерений.

Сходимость показаний прибора по 20 измерениям детекторов не более 5%; время измерения одного детектора не превышает 75 с; время измерения дозы по одному дозиметру не превышает 7 мин.

Следует отметить, что дозиметры, входящие в комплекты КДТ-02, КДТ-02М, которые выпускались в 80 – 90 гг. прошлого столетия, не соответствуют требованиям Методических указаний МУ 2.6.1.25-2000 в части, касающейся требований к контролируемым показателям облучения персонала и погрешности измерений. Дозиметрической величиной, измеряемой для определения индивидуального облучения работника, согласно этим МУ является индивидуальный эквивалент дозы Нр(10). Использование измерителей экспозиционной дозы при ИДК персонала не рекомендовано.