Приложение В (справочное). Требования к метрологическому, методическому и аппаратурному обеспечению контроля радиоактивного загрязнения поверхности

Приложение В
(справочное)

Требования
к метрологическому, методическому и аппаратурному обеспечению контроля радиоактивного загрязнения поверхности

В.1. Общая характеристика средств измерения уровня радиоактивного загрязнения поверхности

Контроль ядерной и радиационной безопасности в организациях Госкорпорации "Росатом" относится к сфере государственного регулирования. Нормативные документы Государственной системы обеспечения единства измерений определяют следующие общие требования к обеспечению контроля ядерной и радиационной безопасности и в т.ч. к контролю радиоактивного загрязнения поверхностей:

- для контроля радиоактивного загрязнения поверхностей должны применяться средства измерений утвержденного типа, прошедшие испытания, внесенные в государственный реестр средств измерений и имеющие свидетельство о периодической поверке;

- методики радиационного контроля должны удовлетворять требованиям ГОСТ 8.638-2013 и МИ 2453-2015 и быть аттестованными в установленном порядке;

- службы организаций, осуществляющие контроль радиоактивного загрязнения поверхностей, должны быть аккредитованы в установленном порядке.

Для контроля радиоактивного загрязнения поверхностей используют радиометры. Радиометрические приборы измеряют физические величины, связанные с активностью (единицы измерения: беккерель (Бк), Бк на литр, Бк на квадратный сантиметр и т.д.) или числом частиц (единицы измерения: частица через единичную площадь за единицу времени). Физические величины, измеряемые радиометрическими приборами, лишь косвенно связаны с дозами излучения.

Приборы радиационного контроля используют различные типы детекторов: газонаполненные (ионизационные камеры, пропорциональные и газоразрядные счетчики), сцинтилляционные (органические и неорганические, наиболее распространенные из которых Csl, Nal) и полупроводниковые (германиевые, кремниевые) детекторы.

Газонаполненные детекторы в зависимости от значения напряжения, приложенного между электродами, работают в разных режимах. При напряжениях до 1000 В детектор работает в режиме ионизационной камеры со сбором первичных ионов без усиления и рекомбинации. Ионизационные камеры благодаря своему принципу действия способны проводить высокоточные измерения. Камеры разного объема применяются в качестве эталонов-переносчиков.

При напряжении между электродами от 1000 до 1400 В создается пропорциональный режим, при котором с ростом ионизации растет отклик детектора, и с помощью амплитудной дискриминации возможно отличить сигнал от бета- и альфа-частиц. Пропорциональные счетчики в основном используются в лабораторных приборах для спектрометрии и абсолютных измерений активности бета-излучающих нуклидов.

При напряжении между электродами свыше 1400 В наступает гейгеровский режим работы газонаполненных детекторов, при котором лавина ионов не зависит от первичной ионизации. Гейгеровские счетчики - самый простой и дешевый из газонаполненных детекторов и самый массово применяемый для дозиметрии фотонов и бета-радиометрии (с тонким окном).

Каждый тип детектора имеет свои преимущества и недостатки, поэтому их обычно применяют для определенных целей. Например, газонаполненные детекторы применяются для дозиметрии и радиометрии, сцинтилляционные и полупроводниковые детекторы - для радиометрии и спектрометрии излучений.

Для регистрации бета-излучения в целях контроля радиоактивных загрязнений поверхностей применяются органические сцинтилляторы и газонаполненные детекторы с тонким окном, а для регистрации альфа-излучения - пропорциональные счетчики с тонким окном и сцинтилляторы с сернистым цинком (ZnS(Ag)).

В.2. Требования к техническим и метрологическим характеристикам средств контроля уровня радиоактивного загрязнения поверхности

Технические и метрологические требования к средствам контроля ядерной и радиационной безопасности изложены в стандартах, разработанных в подкомитете 45В "Приборы радиационной защиты" Технического комитета 45 "Ядерное приборостроение" Международной электротехнической комиссии (МЭК), в подкомитете ПК2 "Радиационная защита" Технического комитета ТК 85 "Атомная энергия" Международной организации по стандартизации (ИСО).

Технические и метрологические требования к средствам контроля уровней радиоактивного загрязнения поверхности изложены в стандартах МЭК:

- стандарт МЭК 60325, 2002-06. Приборы радиационной защиты. Альфа-, бета- и альфа-/бета- (бета-энергии >60 кэВ) измерители загрязнения и мониторы;

- стандарт МЭК 61098 ред. 2, 2003-11. Приборы радиационной защиты. Стационарные установки для контроля поверхностной загрязненности персонала;

- стандарт МЭК 61256, 1996-10. Стационарные мониторы для регистрации радиоактивных загрязнений в прачечных;

- стандарт МЭК 62363, 2008-04. Переносные фотонные измерители загрязнения и мониторы.

В.3. Определения из международных стандартов по средствам измерения параметров ионизирующих излучений

Требования международных стандартов к средствам измерения параметров ионизирующих излучений базируются на следующих определениях (далее под средством измерения имеется в виду средство измерения параметров ионизирующих излучений):

- действительный диапазон измерения - это диапазон значений измеряемой величины, в котором рабочие характеристики средства измерения удовлетворяют требованиям соответствующего стандарта;

- стандартные условия калибровки - источник фотонного, бета- и нейтронного излучения, соответствующего рекомендациям стандартов ИСО 4037, ИСО 8529, ИСО 6980, падающего на детектор средства измерения перпендикулярно его плоскости в направлении, указанном изготовителем при нормальных внешних условиях: температуре, влажности, давлении и пренебрежимо малых уровнях внешних влияющих условий: внешнее электромагнитное поле, радиоактивное загрязнение, радиоактивный фон.

Примечание. Калибровку радиометров по альфа-излучению обычно проводят с использованием источников , , по бета-излучению - с использованием источников ;

- условно истинное значение измеряемой величины - наилучшая оценка истинного значения измеряемой величины, используемой для калибровки приборов; данное значение и его неопределенность должны быть определены по эталону или с помощью эталонного прибора, который был откалиброван относительно эталона;

- собственная погрешность средства измерения - разность между индицируемым значением измеряемой величины и условно истинным значением измеряемой величины в точке измерения в стандартных условиях калибровки;

- относительная собственная погрешность средства измерения - процентное отношение собственной погрешности к условно истинному значению величины в стандартных условиях калибровки;

- отклик - отношение индицируемой средством измерения величины к условно истинной величине в стандартных условиях калибровки;

- время отклика средства измерения - время показания 90% нового значения при резком изменении значения измеряемой величины;

- коэффициент вариации (для оценки статистической флуктуации) - отношение оценки стандартного отклонения s к среднему арифметическому значению совокупности n измерений;

- собственная погрешность средства измерения - определяется в стандартных условиях калибровки и обусловлена:

- нелинейностью чувствительности средства измерения;

- статистическими флуктуациями;

- неопределенность результатов измерения обусловлена:

- собственной погрешностью средства измерения;

- зависимостью чувствительности средства измерения от энергии и угла падения излучения на детектор измерителя;

- отличием внешних условий измерения от установленных нормальных: температуры окружающей среды, давления, внешнего электромагнитного поля и др.;

- ограничение верхней границы действительного диапазона измерения средства измерения обусловлено требованиями к нелинейности чувствительности средства измерения;

- ограничение нижней границы действительного диапазона измерения средства измерения обусловлено требованиями к:

- статистическим флуктуациям показаний средства измерения;

- времени отклика средств измерения.

В.4. Технические требования к средствам радиационного контроля

В.4.1. Требования к переносным альфа-, бета-радиометрам приведены в стандарте МЭК 60325, 2002-06. Приборы радиационной защиты. Альфа-, бета- и альфа-/бета- (бета-энергии >60 кэВ) измерители загрязнения и мониторы.

Стандарт распространяется на приборы контроля ионизирующего излучения, предназначенные для прямых измерений поверхностного загрязнения альфа- и/или бета-излучающими радионуклидами и имеющие в своем составе, как минимум, следующее:

- измерительный блок;

- блок детектирования, включающий в себя сцинтилляционный или полупроводниковый детектор, который может быть соединен с измерительным блоком жестко или посредством гибкого кабеля, или детектор и измерительный блок могут быть размещены в едином корпусе.

Стандарт не распространяется на радиометры, предназначенные для измерения бета-частиц с кэВ;

- интенсивность излучения с поверхности источника - количество частиц определенного типа и с энергией выше определенного значения, вылетающих с лицевой поверхности источника в единицу времени;

- эффективность источника - отношение количества частиц определенного типа и с энергией выше определенного значения, вылетающих с лицевой поверхности источника или из окна источника в единицу времени (интенсивность излучения с поверхности), к количеству частиц того же типа, образующихся или высвобождаемых в единицу времени в источнике (для тонкого источника) или в его слое насыщения (для толстого источника);

- источник с высокой эффективностью - источник, у которого эффективность для частиц с энергией более 5,9 кэВ превышает 0,25, включая частицы, испытавшие обратное рассеяние (определение относится к бета-излучателям с максимальной энергией спектра >150 кэВ);

- показания прибора должны быть выражены в единицах счета за единицу времени или активности на единицу площади там, где индикация может быть в единицах активности.

Примечание. В Нормах радиационной безопасности Российской Федерации нормируется число частиц с единицы поверхности в квадратных сантиметрах за единицу времени в минутах, поэтому для удобства эксплуатации желательна индикация прибором загрязненности именно в этих единицах.

- эталонные излучения: альфа-излучение - излучение радионуклида или ; бета-излучение - излучение радионуклида или . При измерениях бета-частиц с энергией меньшей, чем 200 кэВ, должен использоваться .

Примечание. В Российской Федерации в качестве эталонного бета-излучения обычно используется излучение радионуклида ;

- условно истинное значение интенсивности излучения с поверхности источника должно быть известно с погрешностью менее 10%;

- блоки детектирования должны быть сконструированы таким образом, чтобы чувствительную площадь детектора можно было расположить на расстоянии не более 5 мм (для детекторов альфа-излучения) и не более 10 мм (для детекторов бета-излучения) от измеряемой поверхности.

Электрические характеристики:

- статистические флуктуации - из-за случайной природы эмиссии альфа- и бета-частиц показания измерителя загрязнения колеблются около среднего значения. Коэффициент вариации показаний в связи с этими случайными колебаниями должен быть меньше, чем 0,2;

- время отклика - время отклика должно быть таким, чтобы в случае резкого изменения загрязнения показатель достиг следующего значения меньше, чем за 7 с при увеличении и 10 с - при уменьшении загрязнения;

- метод испытания - для цифровых приборов начальные и конечные скорости счета при испытаниях должны отличаться в 10 раз и более. Нижняя скорость счета не должна превышать одну треть от младшей декады;

- взаимосвязь между временем отклика и статистическими флуктуациями - время отклика и коэффициент вариации являются взаимозависимыми характеристиками. Для высоких уровней загрязнения рекомендуется, по возможности, уменьшить время отклика, в то время как статистические флуктуации должны быть в установленных пределах. Если эти пределы могут быть выполнены со временем отклика не более 1 с, предпочтительно уменьшение статистических флуктуации, а не уменьшение времени отклика меньше 1 с.

Радиационные характеристики:

- вариации отклика на поверхности детектора - проверка равномерности поверхности детектора. Изготовитель должен указать вариации отклика детектора при изменении положения источника относительно окна детектора. Расстояние между источником и окном детектора должно быть указано изготовителем и в идеале должно быть от 3 до 4 мм, также должно быть указано ослабление излучения при его прохождении через защитную решетку;

- относительная собственная погрешность прибора в стандартных условиях испытаний к соответствующему эталонному излучению не должна превышать во всем действительном диапазоне измерения;

- измерители альфа-активного загрязнения - нет необходимости в требованиях. Производитель (по требованию покупателя) должен указать реакцию детектора на природный уран;

- измерители бета-загрязнения - эффективность прибора должна быть измерена при трех различных максимальных энергиях:

- не более 0,2 МэВ;

- между 0,2 МэВ и 0,5 МэВ;

- больше, чем 0,5 МэВ. Подходящими радионуклидами являются: , , , , , ;

- отклик на другие излучения - рекомендуется обеспечить бета-детектор каким-либо затвором (из материала с низким атомным номером - менее 22), чтобы можно было отделить бета-излучение от гамма-излучения. Толщина затвора должна быть выражена в единице эквивалентной массы на единицу площади;

- фоновая скорость счета - изготовитель должен указать скорость счета при мощности кермы в воздухе 0,2 мкГр/ч.

В стандарте приведены требования к электрическим, механическим характеристикам приборов, характеристикам окружающей среды, перечню документации.

В.4.2. Требования к стационарным альфа- и бета-радиометрам для контроля радиоактивной загрязненности тела и одежды персонала

Требования к стационарным альфа- и бета-радиометрам для контроля радиоактивной загрязненности тела и одежды персонала приведены в стандарте МЭК 61098 ред. 2, 2003-11. Приборы радиационной защиты. Стационарные установки для контроля поверхностной загрязненности персонала.

Данный стандарт распространяется на оборудование, предназначенное для контроля уровня радиоактивного загрязнения всего тела (включая лицо, руки и ноги) с помощью радиометра. Стандарт не применим к установкам, где пользователь или кто-либо другой перемещает датчик по участку, подвергаемому мониторингу, или где персонал быстро проходит через монитор. Стандарт также не применим к любой периферийной установке, которая может быть предназначена для контроля радиоактивного загрязнения мелких предметов.

Цель этого стандарта - определить механические и рабочие характеристики, минимальные технические параметры и процедуры испытаний для установок мониторинга персонала.

Термины:

- сигнальная установка - оборудование, предназначенное для указания световой или звуковой сигнализацией о превышении какой-то величиной установленного значения;

- интенсивность излучения поверхности источника - число частиц данного типа выше заданной энергии, вылетающих за единицу времени от источника или его окна;

- погрешность показания - разница между индицируемой скоростью эмиссии и условно истинной скоростью эмиссии в точке измерения;

- эталонный фон - искусственный фон, созданный для имитации максимального фона, для работы в котором предназначено оборудование;

- порог принятия решения (минимальная регистрируемая активность) - фиксированное значение величины, при превышении которого решается, что физический эффект присутствует.

Примечание. Порог принятия решения является критическим значением статистического теста для выбора между гипотезами о присутствии или отсутствии физического эффекта;

- эталонные излучения: бета-излучения источников или и альфа-излучения источников или .

Примечание. В Российской Федерации в качестве эталонного бета-излучения обычно используется излучение радионуклидов .

Конструктивные характеристики:

- средства мониторинга рук. Размер чувствительной области детектора для каждой стороны должен быть не менее 12 см х 20 см. Защитные решетки чувствительной области детектора не должны заслонять более 40% от этой чувствительной области;

- средства мониторинга ног. Чувствительная область детектора для каждой ноги должна быть не менее 15 см х 30 см. Защитные решетки чувствительной области каждого детектора не должны заслонять более чем 60% от этой чувствительной области;

- средства мониторинга тела. Детекторы должны быть расположены таким образом, чтобы контролировалась вся поверхность тела, включая голову и внешнюю поверхность одежды. Детекторы должны быть собраны в один или более наборов - таких, чтобы отклик был одинаков для всех детекторов в этом наборе, если иное не согласовано между изготовителем и пользователем. Максимальный рост человека, для мониторинга которого оборудование предназначено, указывается изготовителем;

- статистические флуктуации - из-за случайной природы эмиссии альфа- и бета-частиц показания установки колеблются около среднего значения. Для целей данного документа должен быть выбран такой порог принятия решения, чтобы теоретическая ложная тревога была равна 1% для всего устройства на полный цикл измерения с отсутствием загрязнения;

- вариации индикации менее множителя 2 при перемещении альфа- и бета-датчика по площади рук и ног, по площади тела - указываются производителем;

- порог принятия решения - при контроле тела или одежды: по бета-излучению - 200 част./с; при контроле рук: по альфа-излучению - 10 част./с, по бета-излучению - 100 аст./с; при контроле ног: по альфа-излучению - 20 част./с, по бета-излучению - 200 част./с;

- зависимость чувствительности от энергии: указывается производителем;

- сигнализация о перегрузке: бета-излучение - Бк ; альфа-излучение - Бк ;

- линейность показаний - линейность отклика не более 20% в диапазоне измерения, указанном изготовителем.

В стандарте приведены требования к электрическим, электромагнитным, механическим и климатическим характеристикам.

В.4.3. Требования к стационарным альфа- и бета-установкам для контроля радиоактивной загрязненности спецодежды персонала в спецпрачечных

Требования к стационарным альфа- и бета-установкам для контроля радиоактивной загрязненности спецодежды персонала в спецпрачечных приведены в стандарте МЭК 61256, 1996-10. Стационарные мониторы для регистрации радиоактивных загрязнений в прачечных.

Данный стандарт применяется к установкам, используемым для мониторинга спецодежды, подлежащей дезактивации. Стандарт не распространяется на одежду, используемую за пределами зоны контролируемого доступа.

Объектом настоящего стандарта является определение минимальных требований к характеристикам вышеуказанных установок.

Технические характеристики.

Характеристики установок должны быть такими, чтобы с 50% доверительной вероятностью и разумной вероятностью ложных тревог можно было обнаружить следующие уровни:

- обнаружение плотности потока альфа-излучения в 0,2 , усредненной по площади 100 ;

- обнаружение плотности потока бета-излучения в 2 , усредненной по площади 100 .

Энергия излучения:

- альфа-излучение - не устанавливается;

- бета-излучение - свыше 150 кэВ;

Эффективность отклика к другим излучениям:

а) установки для контроля альфа-загрязнений:

- бета-частицы - <0,1% (в России в качестве источника бета-излучения используются или );

- гамма-излучение - <0,01%;

б) установки для контроля бета-загрязнений:

- альфа-частицы - нет требований;

- гамма-излучение - определяется производителем;

Перегрузка (должна быть сигнализация о перегрузке и индикация полной шкалы):

- установки для контроля альфа-загрязнений: Бк ;

- установки для контроля бета-загрязнений: Бк .