ПЕШЕХОДНЫЕ РАДИАЦИОННЫЕ МОНИТОРЫ
В. Рудниченко, С. Звежинский
Современные технологии безопасности №3, 2007
В настоящее время во многих областях практической деятельности человека применяются радиоактивные вещества (РВ), являющиеся источниками ионизирующих излучений. Многочисленные исследования их воздействий на живые организмы показали, что любая деятельность, связанная с такими источниками, требует особых мер безопасности. В нашей стране, как и в других цивилизованных странах, создана и непрерывно совершенствуется государственная система контроля и управления радиационной безопасностью. Система призвана обеспечить защиту человека и окружающей среды его обитания при возможных сценариях использования РВ и излучений, в том числе защиту от использования их в террористических целях.
В последние годы угрозы применения РВ всё чаще становятся орудием шантажа со стороны террористов. В обиход вошли термины «радиационный» и «ядерный» терроризм. Под ядерным терроризмом понимают совокупность намерений и действий отдельных лиц (группы лиц) по созданию, приобретению работоспособного ядерного взрывного устройства (в том числе «грязного»), с угрозой или последующим применением для достижения декларируемых политических, социальных и иных целей и намерений.
Для реализации подобных преступных намерений необходимы ядерные материалы (ЯМ), или еще лучше делящиеся материалы. Под термином «ЯМ» подразумевается уран, плутоний, торий или их соединения, а также облученное топливо для ядерных реакторов. Уран может содержать природные изотопы, быть обедненным изотопом 235 (менее 0,7%) или обогащенным изотопами 235 и 233. Высокообогащенный уран (ВОУ) содержит не менее 20% изотопа 235. Плутоний-239, получаемый искусственно, и изотоп урана-235 являются самыми распространенными делящимися материалами; под ударами тепловых или быстрых нейтронов ядра этих элементов расщепляются.
Под «делящимися материалами», как правило, понимают плутоний и высокообогащенный уран. МАГАТЭ классифицирует плутоний (не менее 80 % изотопа 239), высокообогащенный (изотопом 235) уран и уран-233, как материалы «прямого использования», т.е. пригодные для изготовления ядерного оружия. Помимо других компонентов, для создания ядерного устройства нужно всего лишь 12 кг высоко обогащенного урана или 4 кг плутония. Плутоний-239 и ВОУ являются источниками гамма излучения и нейтронов.
В отличие от ядерного, радиационный терроризм основан на угрозе использования радиационных материалов (РМ) для нанесения физического и/или экономического ущерба за счет способности материалов испускать ионизирующее излучение (альфа, бета, гамма или нейтронное), опасное для жизни и здоровья человека. Термин «РМ» подразумевает те из материалов, которые не могут быть использованы для создания ядерного взрывного устройства (то есть не способны поддерживать ядерную реакцию), - в первую очередь, источники ионизирующего излучения, в том числе использующиеся в промышленности, науке и медицине (америций, кобальт, радий, стронций, цезий и т.д.).
Оценивая вектор террористических угроз, специалисты в области противодействия терроризму заключают, что потенциальными объектами ядерного и радиационного терроризма могут быть:
- ядерно-опасные и радиационно-опасные предприятия (например, предприятия ядерного цикла);
- радиационно-чувствительные предприятия (например, производящие сельскохозяйственную и пищевую продукцию, лекарства и т.д.);
- территории и объекты массового пребывания людей (аэровокзалы, морские и речные порты, железнодорожные и автовокзалы, метро, стадионы, концертные залы, банки, торговые комплексы, больницы и т.п.).
Радиоактивному загрязнению могут быть подвергнуты: среда обитания человека, различные предметы, материалы, сырье, воздух, вода и пищевые продукты, напитки, одежда, денежные билеты, ценные бумаги, сувениры, рекламные изделия и т.д. Террористический акт с радиационным воздействием может быть проведен внезапно, быстро и скрытно.
Учитывая данные обстоятельства, одним из важнейших требований Законов Российской Федерации «Об использовании атомной энергии» и «О радиационной безопасности населения» является создание единой системы планирования, координации, контроля и реализации комплекса технических и организационных мер, направленных на:
- предотвращение хищений радиоактивных и ядерных материалов и их порчи;
- предотвращение попадания таких материалов в среду обитания населения.
Особое место в системе мер по предупреждению ядерного и радиационного терроризма занимают измерительно-информационные технологии, направленные на предотвращение несанкционированного распространения ядерных и радиоактивных материалов. Они основаны на целенаправленном применении технических средств контроля ионизирующих излучений, которые позволяют своевременно обнаруживать и идентифицировать источники ионизирующего излучения. Для достижения максимального эффекта различные средства контроля объединяют в многоуровневую аппаратурную систему, образующую несколько рубежей защиты по пресечению возможных преступных действий террористов.
Важным компонентом такой системы являются стационарные пешеходные радиационные мониторы - устройства, устанавливаемые в местах прохода людей, и контролирующие посредством регистрации ионизирующего излучения наличие у них РМ и ЯМ. Применение мониторов позволяет создавать первый защитный рубеж, не допускающий пронос таких материалов из защищаемого объекта или внутрь его.
Технические требования, которым должны удовлетворять радиационные мониторы ядерных материалов, регламентированы в ГОСТ Р 51635-2000 «Мониторы радиационные ядерных материалов». Согласно ему пешеходные радиационные мониторы должны представлять собой устройства, предназначенные для обнаружения ЯМ и других РВ по их гамма и / или нейтронному излучению. В зависимости от порога обнаружения, связанного с массой стандартного образца (СО) ЯМ, они подразделяются на категории, приведённые в таблице 1.
Таблица 1 Требования к массе обнаруживаемых ЯМ по ГОСТ Р 51635-2000
| Категория пешеходного монитора гамма-излучения | Значение порога обнаружения, г | Категория монитора нейтронного излучения | Значение порога обнаружения, г | |
| СО из плутония | СО из урана | СО из плутония | ||
| IП γ | 0,03 | 1 | IПn | 30 |
| IIП γ | 0,10 | 3 | IIПn | 50 |
| IIIП γ | 0,30 | 10 | IIIПn | 100 |
| IVП γ | 1,00 | 64 | IVПn | 250 |
Примечания:
- СО из плутония - стандартный образец из плутония, содержание массовой доли плутония не менее 98% (содержание 239Ри не менее 93,5%)
- СО из урана - стандартный образец из урана, содержание массовой доли урана не менее 99,75% (содержание 235U не менее 89%)
Указанные в таблице пороги обнаружения соответствуют вероятности обнаружения радиоактивного образца не ниже 0,50 (с доверительной вероятностью не менее 0,95) при перемещении его через зону минимальной чувствительности монитора. Как следует из таблице 1, радиационные мониторы гамма-излучения способны обнаруживать ЯМ в меньших количествах, по сравнению с мониторами нейтронного излучения. В связи с этим, основным каналом обнаружения монитора считается канал регистрации гамма-излучения.
В зависимости от цели и места применения радиационных мониторов возможны различные варианты их построения. При этом приходится учитывать тот факт, что гамма излучение образца РВ может быть экранировано путём помещения его в защитный металлический контейнер. В качестве материалов контейнера наиболее вероятными (из-за доступности) являются свинец и сталь. При использовании контейнера с достаточной толщиной стенки (например, по свинцу ~ 5 мм) происходит существенная потеря качества обнаружения каналом регистрации гамма-излучения. Нейтронное же излучение металлическим контейнером не ослабляется.
В связи с этим широко применяются комбинированные способы обнаружения. Один из них - это одновременное использование в мониторах детекторов гамма и нейтронного излучения. Второй способ - это создание комбинированного монитора, имеющего канал регистрации гамма излучения и канал обнаружения металлических предметов. При обоих способах комбинирования решение об обнаружении РВ принимается при срабатывании (выдачи сигнала тревоги) любого из каналов регистрации.
В качестве детекторов гамма излучения в современных радиационных мониторах применяются, как правило, сцинтилляционные детекторы либо на основе неорганического сцинтиллятора Nal (T1), либо на основе сцинтиллятора из пластмассы. Каждый из этих типов детекторов имеет свои преимущества и недостатки.
К преимуществам детекторов на основе неорганических сцинтилляторов следует отнести меньшие габаритные размеры и массу. Чувствительность этих детекторов максимальна в области низких энергий гамма излучения, к которой как раз относятся гамма излучения ЯМ:
- для урана-235 - энергия 143 кэВ и 204 кэВ,
- для плутония-239 - энергия 129 кэВ и 414кэВ.
В этой области энергий чувствительности обоих типов детекторов сопоставимы. При больших энергиях, которыми характеризуются гамма-источники типа цезий-137, кобальт-60 и другие, преимущество по чувствительности имеют детекторы на основе пластических сцинтилляторов.
Одной из основных характеристик радиационных мониторов является частота ложных срабатываний. При непрерывном способе контроля она должна составлять не более одного ложного срабатывания за 8 часов работы при отсутствии проходов пешехода через контролируемое пространство. Для монитора, работающем в непрерывно изменяющемся непрерывно радиационном фоне (Земли), это требование является достаточно жёстким.
С целью повышения эффективности функционирования применяют режим работы с запуском алгоритма обработки от датчика присутствия, который определяет факт наличия человека в контролируемом пространстве. В этом случае выдача сигнала срабатывания невозможна при отсутствии проходов. Для режима работы монитора с датчиком присутствия в соответствии с требованием ГОСТ частота ложных срабатываний должна составлять не более одного на 1000 проходов. Данное требование является менее жёстким, чем требование по частоте ложных срабатываний при непрерывном способе контроля. Однако следует учитывать, что при работе с датчиком присутствия монитор не способен обнаружить проброс образца РВ через контролируемую зону.
Определяющее значение на выполнение требований по вероятности обнаружения и частоте ложных срабатываний оказывают задаваемые временные параметры перемещения радиоактивного образца. Такими параметрами являются скорость перемещения и длительность временного интервала нахождения образца в контролируемом пространстве. Чем медленнее перемещается образец РВ, тем больше времени (экспозиции) может быть отпущено на обработку информации. Требуемый порог обнаружения П0 и время экспозиции Т связаны зависимостью:
П0 ~ Т -0,5 ,
а частота ложных срабатываний Fл при увеличении Т уменьшается приблизительно линейно:
Fл ~ Т.
Поэтому время экспозиции Т монитора выбирается максимально возможным.
По способу организации досмотра используются следующие варианты:
- досмотр людей в режиме свободного прохода без остановки в зоне контроля;
- досмотр людей с использованием принудительной остановки в зоне контроля.
В первом варианте время экспозиции, как правило, не превышает - 1 с. По второму варианту с остановкой в зоне контроля время экспозиции выбирают 2...3 с, при этом получается выигрыш в -1,5 раза по порогу обнаружения (его можно увеличить), что ведет к увеличению помехоустойчивости.
Тактика применения мониторов определяется условиями на конкретном объекте и задачами контроля. Разнообразие объектов и задач стало причиной появления на рынке разнообразных вариантов радиационных мониторов, отличающихся конструктивным исполнением, конфигурацией и способом реализации регистрирующих каналов.
По тактике применения пешеходные радиационные мониторы можно разделить на следующие группы:
- портальные, выполненные в виде арок или стоек, и представляющие собой автономное оборудование радиационного контроля;
- встраиваемые в различные преграждающие устройства (турникеты, кабины, шлюзы, двери).
Последние работают, как правило, совместно с системой контроля и управления доступом (СКУД), и контролируют локальные зоны типа дверных проёмов, проходов в коридорах.
Для полноты представления мониторов в качестве отдельной группы следует выделить устройства СКУД - турникеты и кабины, в составе которых имеется радиационный канал, осуществляющий функции радиационного монитора. В таблице 2 представлена информация о характеристиках наиболее известных отечественных пешеходных радиационных мониторов (взятая на сайтах изготовителей).
На рисунке 1 представлен внешний вид комбинированного радиационного монитора «Спектр», изготавливаемого ФГУП «Дедал» (г. Дубна) с 2000 г. (различные модификации), на рисунке 2 показан радиационный монитор «Арка-1П» производства ЗАО «Интра» (г. Москва) , на рисунке 3 представлена продукция НПЦ «Аспект» (г. Дубна): стойка -монитор «РМ-1СМ» и портал «Янтарь-2П». На рисунке 4 показаны мониторы «ТМКП-111» (слева) и «ТСРМ-61» (в составе СКУД) производства ВНИИА (г. Москва).
Рисунок 1. Внешний вид комбинированного радиационного монитора «Спектр»
Рисунок 2. Внешний вид радиационного монитора «Арка-1П»
Рисунок 3. Внешний вид радиационных мониторов: стойки «РМ-1СМ» (слева) и портала «Янтарь-2П».
Рисунок 4. Внешний вид мониторов: «ТМКП-111» (слева) и «ТСРМ-61».
Зарубежные радиационные мониторы несколькими фирмами, из которых наиболее известной является «Canberra» (США). Основные технические характеристики выпускаемых изделий соответствуют лучшим отечественным образцам, превосходя по дизайну и пользовательскому интерфейсу. На рисунке 5 изображен пешеходный комбинированный радиационный монитор «IРМ-22А» (Canberra),его стоимость приблизительно в 1,5...2 раза выше, чем отечественного аналога «Спектр». Детекторами РВ являются пластиковые сцинтилляторы объемом 45 литров.
Рисунок 4. Внешний вид радиационного монитора производства «Canberra» (США)
Таким образом, в настоящее время передовые технологии в области контроля радиоактивных и ядерных материалов позволяют построить надёжную систему регистрации на пути их несанкционированного перемещения. Выпускаемые отечественными производителями радиационные мониторы соответствуют современным требованиям, предъявляемым к оборудованию для пресечения террористических действий. Широкий спектр возможностей оборудования позволяет в конкретном случае выбрать наиболее приемлемый вариант радиационного монитора в зависимости от тактики использования и условий эксплуатации.
С характеристиками пешеходных радиационных мониторов можно ознакомиться на стр. 26 журнала "Современные технологии безопасности" № 3(22), 2007.
Статья опубликована на сайте: 24.06.2008