Изобретение ученых обнаруживает источники радиации на площадке ЧАЭС

Необходимость разработки дозиметрического устройства

К созданию устройства, о котором пойдет речь в этой статье, ученых из ИПБ АЭС НАН Украины побудила необходимость разработки эффективных мероприятий по защите персонала, который должен был выполнять работы по ремонту нестабильных конструкций объекта «Укрытия». В 1999 году была начата работа по изучению радиационных условий в местах расположения нестабильных конструкций, которые планировалось отремонтировать для поддержания объекта «Укрытие» в безопасном состоянии. Исследователи выявили, что радиационные условия в местах работы строителей крайне неоднородны и зачастую существуют несколько интенсивных источников, которые формируют основную дозу облучения. Расчеты показали, что покрытие защитными экранами из свинца таких источников позволяло существенно снизить дозы облучения рабочих. Но существовала проблема. Выявление таких источников в условиях объекта «Укрытие» требовало проведения большого количества измерений, что приводило к накоплению больших доз облучения для дозиметристов.
Понимая существующие проблемы, ученые разработали устройство позволяющее изучить радиационные условия в определенной рабочей зоне и определить локальные участки с интенсивными источниками излучения с помощью одного измерения.

Устройство шара дозиметрического

Ученые понимали, что специфические условия объекта Укрытие требуют создания устройства, которое бы позволяли измерять гамма-излучение со всех сторон (измерения угловых распределений в полном телесном угле) и иметь достаточно широкий диапазон измерений. Под угловым распределением понимается распределение интенсивности гамма-излучения в данной точке от углов, характеризующих направление расположения источников гамма-излучения. Мощность экспозиционной дозы в местах, где планировались (и были проведены в 2006 году) строительные работы находится в пределах от 100 мкР/час до 10 Р/ч.
Кроме того, устройство должно было бы быть не тяжелым и удобным для ручной транспортировки до места измерений. Поскольку дозиметрический прибор необходимо было доставить, например, на кровлю объекта «Укрытие», каскадную стену, внутренние помещения в деаэраторной этажерке, машзал 4-го блока ЧАЭС и другие труднодоступные места. Было принято, что вес устройства недолжен превышать 20 кг.
После изучения разных вариантов конструкции устройства, ученые пришли к выводу о том, что наиболее оптимальным будет использование многодетекторного устройства выполненного в виде свинцового шара. На рисунку представлено изображение дозиметрического прибора.

Шар дозиметрический.

Внешний вид устройства ШД-1: 1- свинцовый корпус с коллимирующими отверстиями; 2- капсулы с детекторами; 3 термолюминесцентные детекторы; 4 — медные фильтры; 5 — держатели; 6 — пенал для транспортирования детекторов

Шар имеет коллимирующие отверстия (32 отверстия), которые равномерно расположены равномерно по поверхности. Конусообразные коллимирующие отверстия выполнены под углом 45°, что обеспечивает обзор устройством всего окружающего пространства. В вершинах конусов коллимирующих отверстий устроены цилиндрические углубления, где устанавливаются капсулы с термолюминесцентными детекторами ТЛД-500К.
Ученые рассчитали, что наиболее оптимальным диаметром будет шар 140 мм. Вес составил 16 кг. Благодаря своей форме прибор получил название «Шар дозиметрический (ШД-1)». При этом прибор можно размещать на месте измерения несколькими способами:

• размещать на специальной подставке;
• размещать в транспортном контейнере;
• или подвешивать на тросах-растяжках (таким методом ШД-1 размещали в проемах и развала помещений, куда доступ человека ограничен).

Проведение измерений при помощи дозиметрического шара ШД-1

Проведение измерений по выявлению источников проводится в два этапа.
На первом этапе проводится анализ мощности дозы на месте измерения и выбирается точка установки ШД-1. С помощью радиометра-дозиметра измеряется мощности дозы в выбранном месте установки устройства ШД-1. По результатам измерения мощности дозы определяется время экспозиции (время проведения измерений), требуемое для набора детекторами минимально необходимой дозы облучения. Экспозиция измерений находится в зависимости от мощности дозы в точке исследований и увеличивается с уменьшением мощности дозы.
Для минимизации дозозатрат персонала капсулы ТЛД вставляются в лабораторных условиях. ШД-1 вместе со штативом доставляется в отмеченную заранее точку измерения. Для дополнительного контроля интегральной мощности дозы (в месте проведения измерений) на поверхности ШД-1 устанавливается дополнительная кассета с 3-мя ТЛД.
При установке в месте проведения измерений устройство ШД-1 ориентируется в пространстве заранее установленным образом. Данные по установке устройства (координаты уменьшения уровня фонового облучения) доставляются в лабораторию.
На втором этапе осуществляется обработка результатов измерений в лаборатории ИДК, где производится снятие показаний с облученных ТЛД.
В офисе, полученные данные облучения каждого из 96 ТЛД детекторов, обрабатываются по специальной компьютерной программе с построением мощности дозы в точках измерений.

Картограммы угловых распределений распределения источников излучения

При анализе полученных данных оценили погрешность измерения дозы от излучения в заданном направлении. Реально погрешность вклада мощности дозы от интенсивных источников составила 20 ÷ 30 %. Погрешность определения направления на источники излучения оценивали по двум составляющим: постоянной составляющей, определяемой точностью ориентации ШД-1 при установке в месте измерения (± 10°), и погрешности, связанной с углом раствора коллимирующих углублений (± 22,5°) в каждой плоскости.

Результатом использования ШД-1 при работах по стабилизации объекта «Укрытие» стало получение данных об интенсивности источников излучения. Перед выполнением строительных работ интенсивные источники ионизирующего излучения были покрыты защитными экранами, также были экранированы опасные участки путей доступа персонала к рабочим местам. На рисунку показано распределение источников излучения выявленных с помощью устройства ШД-1.

Распределение источников излучения в месте установки ШД-1

Использованная литература:

1. Патент на винахід № 51989 від 15.07.2004 р. Україна, МПК7 G01T 1/28. Спосіб вимірювання кутового розподілу інтенсивності гамма-випромінювання. Батій В.Г., Єгоров В.В., Ключников О.О. та ін. — Опубл. в Бюлетені «Промислова власність», № 7, 15.07.04.
2. Патент на винахід № 51987 від 15.07.2004 р. Україна, МПК7 G01T 1/28. Пристрій для вимірювання кутового розподілу інтенсивності гамма-випромінювання. Батій В.Г., Єгоров В.В., Закревський Ю.А. та ін. – Опубл. в Бюлетені «Промислова власність», № 7, 15.07.04.
3. Измерение угловых распределений интенсивности гамма-излучения в зона производства работ по стабилизации объекта «Укрытие» A. M. Алешин, В. Г. Батий, В. В. Егоров, Ю. А. Закревский, Н. А. Кочнев, В. А. Кузьменко, А. А. Кучмагра, В. П. Михайлюк Г. Й., Одинокий, Л. Й., Павловский В. М. Рудько, А. А. Сизов, А. А. Стоянов, О.А. Шеремет, В. Н. Щербин Национальная академия наук Украины Межотраслевой научно-технический центр «Укрытие». Препринт 02-1 Чернобыль. 2002. http://cds.cern.ch/record/747849/files/34029407.pdf
4. Расчет функции отклика многодетекторной установки для измерения угловых распределений гамма-излучения В.Г. Батий, Н.А. Кочнев, В.А. Кузьменко, И.М. Прохорец, С.И. Прохорец, М.А. Хажмурадов, В.В. Егоров. Вопросы атомной науки и техники (ВАНТ) ttp://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_2004_5/article_2004_5_78.pdf
5. В. Г. Батій, О. А. Правдивий, І. М. Копанець, М. О. Кочнєв, В. В. Селюкова. М. А. Хажмурадов.Багатодетекторна установка для вимірювання кутових розподілів інтенсивності гамма-випромінення у важких радіаційних умовах. Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля Науково-технічний збірник 2009. №11. С. 104–108 http://archive.nbuv.gov.ua/portal/natural/Pbaech/2009_11/c104.pdf
6. Batiy V., Klyuchnykov A., Kochnev N. et.al A Device for Search of Gamma-Radiation Intensive Sources at the Radiation Accident Conditions // Proceedings of American Nuclear Society Topical Meeting on Decommissioning,Decontamination,&Reutilization, Denver, USA, August 7-11, 2005.- P. 228- 232.
7. Batiy V., Stoyanov O., Fedorchenko D. Prohoretz S., Khazhmuradov M., Schmieman E. Mathematical Modeling to Support Gamma Radiation Angular Distribution Measurements // 2007 Waste Management Symposium. – Tucson, USA, 2006. — .CD, 2007, #7256. — http://www.wmsym.org/abstracts/2006/index.html..