Махнёв И.А., Лямзенко К.В.
Научно-производственное малое совместное предприятие "ОПЫТ".
Решетников Е.В.
Государственное управление экологии и природных ресурсов в Луганской области
Украина, г. Луганск.
 

ОСНОВЫ УЧЕТА КЛЮЧЕВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИБОРОВ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ПРИ ПРИНЯТИИ РЕШЕНИЯ О ВОЗМОЖНОСТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ГОСУДАРСТВЕННОЙ ГРАНИЦЕ.

В августе 2003 года МАГАТЭ, совместно с ВТО, Европолом и Интерполом выпустили документ «Обнаружение радиоактивных материалов на границе» ( ТЕС DOC-1312/R ), который призван служить в качестве методической помощи при организации радиационного контроля на границе и носит рекомендательный характер. Принимая за основу положения упомянутого документа, авторы настоящей статьи предлагают простые методы оценки необходимых ключевых характеристик приборов. Приведены описания приборов и систем, которые по своим характеристикам во многом соответствуют и даже превосходят рекомендации ТЕС DOC -1312/ R .

В разделе 5 ТЕС DOC -1312/ R приводятся понятия уровней расследования и уставки срабатывания тревожного сигнала прибора.  

На представленном рисунке слева – кривая распределения фоновой частоты отчетов прибора, справа – кривая распределения частоты отчетов прибора при дополнительном облучении. При фоновом облучении, отчеты, превышающие порог (правее точки С), будут вызывать ложные срабатывания тревожной сигнализации. Частота этих срабатываний пропорциональна площади части фонового пика (закрашено желтым цветом). При облучении, отчеты прибора, не достигшие порога (левее точки С), будут означать пропуски аномалий. Частота пропусков пропорциональна площади части правого пика (закрашено синим цветом). Порог срабатывания прибора может быть установлен не только в точке С, как показано на рисунке. Увеличивая порог, мы уменьшим частоту ложных срабатываний и увеличим вероятность пропусков.

Распределения отчетов прибора в большинстве случаев описываются Гауссовым распределением. Параметры этого распределения зависят от скорости счетов детектора прибора (от чувствительности) и от времени накопления результата.

Для примера, приведем кривую распределения отчетов прибора при времени накопления 1с, имеющего при фоне 0,1 мкЗв/час скорость счета детектора 100 с^-1 .

Если следовать рекомендациям ТЕС DOC -1312/ R , для достижения частоты ложных срабатываний 1 к 10000 ( что соответствует приблизительно 1 ложному срабатыванию за 3 часа), порог срабатывания должен быть установлен на уровне +3,5 sigm , что соответствует уровню МЭД 0,135 мкЗв/час, т.е. +35% к уровню фона. Далее, для достижения рекомендованного уровня пропусков 0,1% (вероятность обнаружения 99,9%), потребуется установить уровень расследования, равный 0,175 мкЗв/час.

Рекомендации ТЕС DOC -1312/ R выработаны для 3-х категорий приборов и оборудования: карманные, переносные, стационарные. Для каждой категории выработаны свои требования по чувствительности, частоте ложных срабатываний и вероятности обнаружения. Сведем эти рекомендации в таблицу.

На основе этих рекомендаций, для каждой категории приборов вычислим необходимые минимальные требования по чувствительности и уровни порогов. Для вычисления необходимых требований по параметрам чувствительности авторами была создана математическая модель, позволяющая по заданным условиям испытаний вычислить требуемую чувствительность прибора. Вот результаты – чувствительность в единицах числа зарегистрированных импульсов при мощности эквивалентной дозы 1 мкЗв/ч ( в с^-1 ): для карманных – 1000; для переносных – 3200; для стационарных – 1300.

Проведенные вычисления подтверждают утверждение ТЕС DOC -1312/ R о том, что необходимой чувствительностью обладают только приборы на основе сцинтилляторов: «Хотя карманные приборы могут снабжаться детекторами излучения различных типов, лишь те приборы, в которых используется сцинтилляционные детекторы, обладают достаточной чувствительностью для этого вида применения».

В качестве иллюстрации, приводим кривые распределения частоты отчетов для двух приборов: первый – на основе сцинтиллятора, второй – на основе 2-х счетчиков Гейгера СБМ-20. Левые пики на графиках соответствуют фоновому излучению, а правые – режиму облучения.

Параметры чувствительности и быстродействия для обнаружения радиоактивных материалов являются ключевыми, и определяют пригодность тех или иных приборов для применения на Государственной границе и в других сферах радиационного контроля. В то же время нельзя забывать и о других особенностях приборов, определяющих удобство эксплуатации и эффективность их использования. Приводим выдержки из ТЕС DOC -312/ R :

«Чрезвычайно важно, чтобы прибор был оборудован звуковым индикатором мощности дозы или тревожным сигналом, позволяющим пользователю проводить досмотр, не наблюдая за показаниями прибора»

«Имеются приборы, обладающие малым временем измерения (менее 1 секунды), и их можно использовать для быстрого сканирования поверхностей упаковок, пешеходов, транспортных средств и грузов»

«Для того чтобы иметь возможность определить местонахождение источника излучения, тревожный сигнал должен либо автоматически сбрасываться, либо частота тревожного сигнала должна возрастать при повышении мощности дозы»

«Некоторые, более усовершенствованные переносные приборы могут также использоваться для идентификации радионуклидов»

Документ ТЕС DOC -1312/ R был выпущен в 2003 году, а в 2001 году в Украине успешно прошел Государственные приемочные испытания Поисковый дозиметр гамма-излучения "Ритм-1М", который полностью соответствует вышеприведенным рекомендациям. На основе этого прибора выпускается носимый спектрометр-дозиметр «Ритм-С», позволяющий проводить оперативную идентификацию обнаруженных радионуклидов.

При эксплуатации стационарных систем радиационного контроля на границе возникает целый ряд вопросов, которые не рассматривались в ТЕС DOC -1312/ R . Выбор уровня срабатывания тревожного сигнала – непростая задача, если учесть, что естественный радиационный фон изменяется при атмосферных осадках на 10…50%. Установка высокого фиксированного порога срабатывания для таких систем существенно снижает вероятность обнаружения радиационно-опасных грузов, особенно, если они экранированы. Для примера, приводим график изменения радиационного фона в г. Луганске в результате ливня в 2001 году.

График записан автоматической системой радиоэкологического мониторинга. Причиной аномального повышения фона является выпадение вместе с дождем дочерних продуктов распада радона.

Для исключения ложных срабатываний стационарной системы радиационного контроля при естественном повышении фона, необходима постоянная подстройка порога, т.е. адаптация к медленному изменению радиационного фона.

Другая проблема связана с тем, что при въезде транспортного средства в зону контроля фоновые условия изменяются – чем массивнее груз и транспорт, тем более он экранирует естественные источники радиации. В результате измеренные значения (при радиационно-чистом грузе) уменьшаются на 10…30%. На столько же «загрубляется» порог срабатывания и повышается вероятность пропуска радиационно-опасного груза.

Для решения этой проблемы созданы новые алгоритмы обработки сигналов от детекторов гамма-излучения стационарной системы «ИНТЕР». В составе новой аппаратуры радиационного контроля «ИНТЕР» используются высокоэффективные спектрометрические детекторы. Обработка информации от этих детекторов проводится в реальном масштабе времени, что позволяет выявлять искажение спектра гамма-излучения и обнаруживать замаскированные или экранированные источники гамма-излучения, даже в условиях уменьшения суммарного сигнала.

На приведенной ниже копии экрана системы «ИНТЕР» показаны графики изменения измеренных параметров радиационного фона и сигнала от замаскированного источника гамма-излучения.

Следует обратить внимание на то, что при высокой надежности обнаружения источника по спектральному признаку (нижний график), обычный алгоритм обнаружения по превышению уровня облучения не дает никаких результатов (верхний график).

Применение спектрометрических детекторов и постоянная запись в архив всей принимаемой информации позволяют как в процессе контроля, так и постфактум, определить природу выявленных источников излучения (идентификацию) и сделать предположения об их происхождении.

Система радиационного контроля «Интер» чувствительна к гамма-, бета- и нейтронному излучению и раздельно их регистрирует.

Разработанные и изготовленные предприятием «Опыт» приборы и аппаратура для радиационного контроля на государственной границе по функциональным возможностям и техническим характеристикам полностью соответствуют рекомендациям МАГАТЭ и позволяют выполнять все важнейшие этапы радиационного контроля: обнаружение, локализация, идентификация.

Литература:

1. ОБНАРУЖЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ГРАНИЦАХ МАГАТЭ, ВЕНА, 2003 IAEA-TECDOC-1312/R © МАГАТЭ, 2003 Издано МАГАТЭ в Австрии Август 2003.

Статья опубликована на сайте: 29.04.2008