windows-1251ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ДОЗЫ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ НА МЕСТНОСТИ

ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ДОЗЫ
ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ НА МЕСТНОСТИ

Миронов Ю. Т.

1. Введение

Опыт использования в 1997-99 гг. “Временной учебной методики измерения мощности эквивалентной дозы гамма-излучения на местности ВУМ-1-96” [1] подтвердил ее полезность при организации и проведении практических занятий с учащимися средней школы, интересующимися радиоэкологическими проблемами. Помимо закрепления азов метрологической культуры, методика гармонизировала процесс выполнения измерений, обработки результатов и использования полученной радиоэкологической информации.

Представленная ниже методика измерения МИ-2000 – это частично переработанная и дополненная с учетом норм радиационной безопасности (НРБ-99) [2] ВУМ-1-96, ориентированная на бытовой дозиметр-радиометр АНРИ-01 [3]. Последнее – вынужденный шаг, вызванный тем, что дозиметры ИРД-02Б1, на которые, в основном, была рассчитана ВУМ-1-96, серийно уже не выпускаются, а имевшиеся экземпляры, использовавшиеся в школах г. Гатчины и района, пришли в полную негодность.

Примечание. Дозиметр-радиометр АНРИ-01 “Сосна” выпускается серийно. Приобрести его можно через предприятие “ИЗОТОП” (191002, СПб, Загородный пр., д. 13)

2. Основные термины и определения

Доверительный интервал – доверительные границы случайной погрешности результата измерения – это тот интервал, в который с заданной (принятой исследователем) вероятностью должно попасть среднее арифметическое значение при бесконечном (теоретическом) увеличении количества единичных наблюдений.

Доза поглощенная (D) – величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу:

D=de/dm,

где de – средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме, dm – масса вещества в этом объеме. Энергия может быть усреднена по любому определенному объему, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему, деленному на массу этого объема. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм (Дж/кг), и имеет специальное название – грей (Гр).

Доза эквивалентная – поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения, WR :

HT,R = WRx DT,R ,

где DT,R – поглощенная доза в органе или ткани T, WR – взвешивающий коэффициент для излучения R. Для фотонов и электронов WR, т.е. Wg и We равны 1. Единицей измерения эквивалентной дозы является Дж/ кг, имеющий в этом случае специальное наименование зиверт (Зв). Используют дольные единицы: миллизиверт, мЗв, 1 мЗв = 10-3 Зв; микрозиверт, мкЗв, 1 мкЗв = 10-6 Зв.

Естественный радиационный фон, сокращенно естественный фон – мощность дозы, создаваемая космическим излучением и излучением природных радионуклидов, естественно распределенных в поверхностных слоях Земли, приземной атмосфере, в воде.

Ионизирующее излучение – излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разных знаков.

Кроки (в топографии) – наскоро набросанный по глазомерной съемке план местности, выражающий ее общий характер и выделяющий наиболее важные местные предметы (дороги, здания и т.п.).

Мощность дозы – доза излучения за единицу времени (секунду, минуту, час). Единица измерения мощности эквивалентной дозы является Зв/с, а дольная единица – микрозиверт в час (мкЗв/ч).

Примечание. При использовании дозиметров, шкалы которых размечены в единицах, так называемой, экспозиционной дозы(или мощности дозы), т.е. в рентгенах (Р) или Р/ч, мР/ч, мкР/ч, для интерпретации их показаний в зивертах и соответствующих дольных единицах, следует помнить, что экспозиционной дозе (в воздухе) 1Р соответствует эквивалентная доза (в биологической ткани) 9,6 мЗв, и при показаниях такого дозиметра, например, 15 мкР/ч, с небольшой погрешностью ~ 4 % можно считать, что для биологической ткани это соответствует 0,15 мкЗв/ч. В частности, при использовании АНРИ-01 его показания в мР/ч следует умножать на 10, чтобы получать значения мощности эквивалентной дозы в мкЗв/ч.

Нуклид – вид атомов с данным числом протонов и нейтронов в ядре, характеризующийся массовым числом А (атомной массой) и атомным номером Z.

Погрешность измерения – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Радиоактивность – самопроизвольное превращение неустойчивого нуклида (радионуклида) в другой нуклид, сопровождающееся испусканием ионизирующего излучения.

Фотон, фотонное излучение – квант (частица) гамма- и рентгеновского излучений. Фотонное излучение – собирательное название для гамма- и рентгеновского излучений.

Электронвольт, мегаэлектронвольт (МэВ) – внесистемная единица энергии ионизирующей частицы: 1 эВ = 1,602 10-19 Дж; 1 МэВ = 1,602 10-13 Дж.

3. Методика измерения мощности эквивалентной дозы гамма-излучения на местности МИ-2000

Назначение методики

Методика устанавливает порядок выполнения измерений, обработки и оформления результатов измерений в учебно-практических целях. Методика рассчитана на учащихся старших классов средней школы.

Средство измерения

Для выполнения измерений используется дозиметр АНРИ-01 (далее дозиметр). Дозиметр предназначен для измерения мощности эквивалентной дозы гамма-излучения. Дозиметр позволяет оперативно обнаружить загрязненность радионуклидами или найти источник ионизирующего излучения.

Технические характеристики и описание дозиметра изложены в руководстве по его эксплуатации. В частности, дозиметр обеспечивает измерение мощности эквивалентной дозы от 0,1 до 99,99 мкЗв/ч при энергии фотонов гамма-излучения в диапазоне от 0,06 до 1,25 МэВ.

Дозиметр должен иметь свидетельство о государственной поверке, выданное органами Госстандарта.

Погрешность измерения

Погрешность методики измерений определяется погрешностью дозиметра АНРИ-01. МИ-2000 обеспечивает выполнение измерений для 95% доверительного интервала с погрешностью, не превышающей 43%.

Изменение чувствительности дозиметра при постоянной мощности дозы в зависимости от энергии регистрируемого излучения в диапазоне от 0,06 до 1,25 МэВ не более чем ± 30% от значения, полученного от источника ионизирующего излучения – цезия-137 (энергия излучения 0,66 МэВ).

Метод измерений

Измерение мощности эквивалентной дозы гамма-излучения на местности выполняют методом измерения скорости счета импульсов, возникающих в газоразрядных счетчиках (СБМ-20) под действием гамма-излучения.

Условия измерений

Измерения могут производиться: при температуре окружающего воздуха от - 5 до + 40°С; при относительной влажности воздуха до 98%.

Требования безопасности

При выполнении измерений мощности эквивалентной дозы на местности необходимо соблюдать требования "Норм радиационной безопасности НРБ-99" и "Основных санитарных правил ОСП-72/87" [4].

Требования к квалификации операторов

К самостоятельному выполнению измерений и обработке их результатов допускаются лица, имеющие образование в объеме физико-математической программы старших классов средней школы, прошедшие учебно-тренировочные занятия под руководством специалистов-профессионалов в области дозиметрии и радиометрии ионизирующих излучений.

Подготовка к выполнению измерений

Изучить до начала работы руководство по эксплуатации дозиметра АНРИ-01, принцип работы дозиметра и назначение органов управления дозиметром.

Произвести внешний осмотр дозиметра. Установить выключатель питания в положение "выключено", открыть крышку отсека питания и установить элемент “Корунд” (или аналогичный). Закрыть крышку отсека питания.

Экран - заднюю крышку дозиметра не снимать, проверить правильность положения ее фиксатора.

Включить дозиметр, установив выключатель питания в положение "ВКЛ", а переключатель режима работы в положение “МД”.

При правильном функционировании дозиметра на цифровом табло должна появиться индикация 0,000, сопровождаемая коротким звуковым сигналом.

Проверить исправность электронной пересчетной схемы и таймера дозиметра, для чего нажать и удерживать до окончания тестирования кнопку “КОНТР.” Кратковременно нажать кнопку “ПУСК”. На табло между цифрами должны появиться три точки и начаться отсчет чисел. Через (20±5) секунд отсчет чисел должен прекратиться, а на табло должно появиться число 1.024 или 0.512 в зависимости от модификации дозиметра, сопровождаемое коротким звуковым сигналом.

Проверить работоспособность преобразователя напряжения и счетчиков дозиметра, нажав кнопку “ПУСК”. Через (20±5) секунд, при естественном, неизмененном фоне гамма-излучения от 0.05 до 0.20 мкЗв/ч, на табло должно появиться число от 0.005 до 0.02, сопровождаемое коротким звуковым сигналом.

Примечание. Если при проведении проверок индицируются числа, отличные от указанных выше, или число, меньшее 0.005, то дозиметр неисправен, и его следует отправить в ремонт; если при первичном включении дозиметр издает постоянный звуковой сигнал, то необходимо установить новый элемент питания.

Выполнение измерений

Разместить дозиметр на высоте 1 м от поверхности грунта в выбранной точке измерений экраном вниз, к земле.

Через 25 секунд снять показания на цифровом табло в микрозивертах в час, умножив для этого исходные показания на 10.

Пример: Показания на цифровом табло 0,014 означают, что мощность эквивалентной дозы составляет 0,14 мкЗв/ч.

Снять (записывая) пять показаний в данной точке измерения.

При поиске местонахождения источника ионизирующего излучения следует медленно перемещать дозиметр в направлении повышения показаний, делая 25-секундные паузы. При перемещениях дозиметр следует держать таким образом, чтобы экран был направлен в сторону предполагаемого источника.

Примечание. В тех случаях, когда радиационный фон значительно выше естественного, дозиметр можно использовать в режиме “ПОИСК”. Для этого переключатель режима работы ставят в положение “Т” и контроль уровня гамма-излучения ведут на слух, по частоте следования звуковых сигналов. При естественном, неизмененном фоне гамма-излучения дозиметр подает 1-6 или 3-12 звуковых сигналов в минуту, в зависимости от модификации.

Обработка и оформление результатов измерений

Показания дозиметра записывают в карточку регистрации (форма карточки приведена в Приложении).

Вычисляют среднее значение показаний , записывают его в соответствующую графу карточки.

Вычисляют полную погрешность измерений D по формуле:

где d0 - основная погрешность, принимаемая равной 30%; dэ - погрешность, связанная с энергетической зависимостью показаний дозиметра, принимаемая равной 60% при неизвестной энергии регистрируемого гамма-излучения и равной, если энергия Еg регистрируемого излучения известна, 50|Еg–0,66|% при 0,06<Еg<1,25 МэВ.

Результат измерения представляют в форме мкЗв/ч, записывая его в соответствующую графу карточки.

Заполняют свободные графы карточки, указывают, как использованы или будут использоваться полученные результаты.

4. Измерения при обследовании территорий

До начала обследования выбранного участка территории изготавливают его карту-схему. Для этого используют крупномасштабную топографическую карту, с которой снимают ксеро- или фотокопию, охватывающую район обследования. При невозможности иметь карту-схему вычерчивают кроки разведочного маршрута непосредственно в процессе работы на местности. Для этого оператору-экологу следует знать основы глазомерной съемки местности (заранее ознакомиться). Необходимо иметь при себе планшет и компас.

По карте-схеме уточняют маршрут обследования, намечают опорные точки, в которых будут проводиться измерения мощности дозы. Геометрия маршрутов может быть различной: линейной – от одного хорошо заметного, доминирующего на данной местности ориентира к другому такому же; радиальной – от доминирующего ориентира по радиусам; круговой, кольцевой – по внешнему обводу территории.

Обследование территории населенного пункта проводят с помощью дозиметра АНРИ-01. Все измерения выполняются в соответствии с методикой МИ-2000, на высоте 1 м от поверхности земли. Измерения на высоте 1 м – это своеобразный стандарт, связанный с определенной геометрией и соотношением гамма- и бета-излучений и местоположением наиболее чувствительной части тела стоящего человека. Оператор-эколог обходит намеченные улицы населенного пункта, непрерывно следя за показаниями дозиметра. Через каждые 100 м измеряется мощность дозы. Точки измерения номеруют и наносят на карту-схему, при этом, при необходимости, указывают дополнительные ориентиры (перекрестки улиц, переулки, колодцы, номера домов и т.д.), позволяющие в дальнейшем установить место измерения.

Обязательные измерения проводят у входов в общественные здания, жилые дома, школы, детские учреждения.

Территории, прилегающие к школам, детским учреждениям, приусадебные участки (последние обследуются только с разрешения владельцев) проходят по диагонали с проведением измерений не менее чем в трех характерных точках: в середине территории (участка), у забора со стороны двора, под водосточной трубой (желобом) здания (дома).

Примечание. Карта-схема и маршрутная карточка измерений являются единым радиоэкологическим документом и при использовании результатов измерений должны представляться вместе.

Обследование сельхозугодий и местности, используемой для отдыха, проводят аналогично изложенному выше. Обследование, как правило, ведется вдоль дорог хозяйственного и иного назначения, троп, берегов водоемов. Особое внимание при этом необходимо уделять понижениям рельефа местности – местам возможных радиационных аномалий.

В случае обнаружения локальных очагов с мощностью дозы, превышающей удвоенный естественный фон, необходимо провести их оконтуривание. Измерения при этом проводят через каждые 10 м до выхода показаний дозиметра на двойной естественный фон.

При проведении обследований и оценке по показаниям дозиметра опасности облучения необходимо ПОМНИТЬ, что последствия облучения определяются не мощностью дозы, а суммарной полученной дозой, т.е. мощностью дозы, умноженной на время, в течение которого облучается человек. Например, если мощность дозы составляет 0,11 мкЗв/ч, то облучение в течение года (8800 ч) создаст дозу ~1 мЗв – по НРБ-99 предел, который не должен превышаться при техногенном облучении населения.

Мощность дозы естественного фона составляет 0,15 мкЗв/ч и, в зависимости от местных условий, может меняться в два раза. Некоторые горные породы, например, гранит, радиоактивны и поэтому создают повышенный естественный фон. Вплотную к гранитной поверхности мощность дозы может возрасти на 0,15 мкЗв/ч.

Для населения, проживающего вблизи атомных электростанций и предприятий установлен предел годовой дозы 5 мЗв. Этой величине соответствует постоянная в течение года мощность дозы на открытой местности 0,6 мкЗв/ч. С учетом того, что часть времени человек находится внутри зданий, которые ослабляют излучение в два и более раз, мощность дозы на открытой местности может быть 1,2 мкЗв/ч.

Если мощность дозы превышает 1,2 мкЗв/ч, рекомендуется покинуть данное место или, если есть необходимость находиться на нем, то пребывание следует ограничить шестью месяцами в год; при мощности дозы 2,5 мкЗв/ч, – тремя месяцами в год, а при 7 мкЗв/ч, – одним месяцем.

5. Заключение

Эффективность усвоения МИ-2000 может быть достаточно высокой, если при изучении ее и использовании не ограничиваться имитационной игрой на радиационно-чистой местности, а проводить занятия в учебном лагере на своеобразном метрологическом полигоне, например, на участках местности, сохранивших Чернобыльский след, с хорошо изученными радиационными характеристиками [5] или на специальной учебной площадке типа гаммадрома [6].

Приложение

Карточка регистрации мощности дозы гамма-излучения

Место измерения (номер точки на карте-схеме)Дополнительная характеристика места измеренияМощность дозы,H мкЗв/чИспользование результатов Показания дозиметра 12345Среднее значение H Результат измерения Улица, дорога, тропа (с указанием дорожного покрытия, грунта).
Луг, пастбище (указать степень увлажненности: сухой, влажный, заболоченный).
Пашня, огородные и др. участки (указать характер почвы – суглинок, супесь, песок, глина и пр.).
Рекреационная местность (указать конкретно: лес, лесопарк, кустарниковые заросли, ягодники, берега водоема и пр.) H ± D , где D –полная погрешность измерения Указать характер использования (в учебных целях, включены или предложены для включения в банк радиоэкологических данных региона, сообщены в органы Госсанэпиднадзора (СЭС), местной администрации, общественным природоохранным организациям, прессе, доложены на научно-практической конференции и другие использования)

Используемая литература

1. Миронов Ю.Т. Временная учебная методика измерения мощности эквивалентной дозы гамма-излучения на местности ВУМ-1-96. В сб. “Экология. Безопасность. Жизнь”. Вып.4. Гатчина. 1997 г. с.70.
   
   
2. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99).М. Минздрав России, 1999 г.
   
   
3. Дозиметр-радиометр бытовой АНРИ-01 “Сосна”. Руководство по эксплуатации, 1993 г.
   
   
4. Основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений (ОСП-72/87). М. Энергоатомиздат. 1988 г.
   
   
5. Юдин М.Ф. и др. Измерение активности радионуклидов.. СПб. ВНИИМ им. Д.И. Менделеева. 1997 г. с. 328.
   
   
6. Миронов Ю.Т. Гаммадром – учебный радиационный полигон. В сб. “Экология. Безопасность. Жизнь”. Вып.6. Гатчина. 1998 г. с.80.