Индивидуальный дозиметрический контроль с помощью

наперстковых ионизационных камер (метод ИДК)

 

Ионизационный метод регистрации ионизирующих излучений основан на измерении непосредственно ионизационного эффекта, вызываемого излучением при прохождении через вещество. Как правило, это иониза­ционная камера или газоразрядный счетчик, т.е. газонаполненные де­текторы. Работа всех газонаполненных детекторов построена на способ­ности газов изменять электропроводность под действием ядерных излуче­ний.

Метод ИДК служит для измерения дозы γ -лучей с помощью наперст­­ковых ионизационных камер. Принцип действия камер основан на изменении потенциала собирающего электрода камеры, которое пропорцио­нально дозе γ -излучения.

Изменение потенциала камеры в зависимости от дозы γ -излучения вы­ражается следующей формулой:

 

,

 

где С – электрическая емкость камеры, см;

∆ U – изменения потенциала камеры, В;

V – объем камеры, см³;

300 – переходной множитель от абсолютных единиц потенциала (CGSE) к практическим единицам (вольтам).

Для уменьшения " хода с жесткостью", т.е. для уменьшения зави­симости показаний индивидуальных ионизационных камер от энергии γ -квантов, стенки камер должны изготавливаться из воздухоэквивалентных материалов со средним атомным номером, близким к среднему атомному номеру воздуха. В единице массы воздуха и другого вещества поглощается одинаковое количество гамма-излучения, если их массовые коэффициенты поглощения равны. Такие вещества называются воздухоэквивалентными. Поскольку дозу гамма-излучения определяют по степе­ни ионизации воздуха, то показания токовой камеры отражают значение интенсивности гамма-излучения, если корпус выполнен из воздухоэквивалентного вещества. Тогда в 1 г материала стенки образуется столько же электронов, что и в 1 г воздуха, и доза излучения, отнесенная к 1 г возду­ха, пропорциональна току насыщения. Токовую камеру с воздухоэквивалентной стенкой называют воздухоэквивалентной. Напряжение, при кото­ром наступает насыщение, составляет, как правило, 150–300 В (для обычных камер).

Свойствами, близкими к воздухоэквивалентным веществам, обладают изоляторы: целлофан, плексиглас, полистирол, бакелит и др. Для созда­ния электрического поля в воздухоэквивалентной камере на внутреннюю поверхность корпуса-изолятора наносят тонкий слой аквадага (водный раствор графита), который обладает высокой электропроводностью.

Для определения дозы излучения необходимо измерить суммарное число пар ионов, образованных вторичными электронами в воздушном объеме ионизационной камеры на протяжении всего пробега. Но даже для излучения с энергией 300 кэВ максимальный пробег вторичных элек­тронов в воздухе составляет 57см, а для излучений с энергией 1 МэВ – 3 м. Следовательно, практически невозможно работать с камерами таких раз­меров. Однако, если стенки ионизационной камеры выполнить из воздухоэквивалентного материала, толщина которого больше максимального пробега вторичного электрода, в воздушном объеме камеры будет выпол­нятся условие электронного равновесия. Таким образом, измеряя иони­зационный ток, т.е. число пар ионов, образованных в воздушном объ­еме камеры, можно судить о величине поглощенной энергии в стенках камеры. В этом случае размеры камеры могут быть малыми; они будут определяться только требуемой чувствительностью камеры.

Чем больше объем камеры, тем большее число пар ионов будет образо­вано во всем объеме при облучении данной дозой излучения. Для измере­ния больших доз, порядка нескольких рентгенов, используют камеры объ­емом в несколько кубических сантиметров, а для измерения предельно до­пустимых доз – 1–5 л.

Стенки камеры в комплекте КД-1 (" Сосна") изготовлены из алю­миния, поэтому они имеют значительный " ход с жесткостью" при изме­рении мягкого γ -излучения с энергией, меньшей 0, 2 МэВ. Стенки каме­ры в комплекте КИД-1 изготовлены из проводящей воздухоэквивалентной пластмассы, поэтому показания камер практически не имеют «хода с жесткостью» для энергий γ - квантов, начиная с 0, 1 МэВ.

При ношении камеры не должны испытывать резких толчков, так как при этом могут измениться показания или они могут выйти из строя. Для крепления камеры снабжены специальными зажимами наподобие зажима авторучки.

Собирающие электроды камер изготовлены из алюминия, что мало влияет на " ход с жесткостью" вследствие малой поверхности собираю­щего электрода по сравнению с поверхностью стенок камер. Емкость и ионизационный объем камер подбираются таким образом, чтобы камеры обладали минимальной утечкой при требуемой чувствительности. Толщина стенок ионизационных камер выбирается такой, чтобы они полностью поглощали внешнее β -излучение.

В случае, если на рабочем месте наблюдается жесткое β -излучение (с энергией 1–2 МэВ) и толщина стенок камер недостаточна для полного его поглощения, то камеры должны помещаться в специальные металличе­ские футляры, которые обеспечивают полное поглощение β -частиц. Без этого показания камер могут быть значительно завышены вследствие до­полнительной ионизации, производимой β -части­цами.

Для зарядки камер и измерения дозы γ -излучения, полученной каждым работником, в комплект входит зарядно-измерительный пульт, который состоит из лампового электрометра и устройства для зарядки камер.

Характеристика комплектов индивидуального дозиметрического контроля (ИДК). В настоящее время для индивидуального контроля используются приборы типа КИД-1, КИД-2, КИД-6, ИД-1, КД-1, ДКП-50, карманные показывающие дозиметры типа ДК-0, 2, ДК-5, ДК-50, Д-2 и др.

В комплект КИД-1 входит зарядно-измерительный пульт и 20 спа­ренных малых ионизационных камер наперсткового типа (см. рис.4). Одна из камер предназначена для измерения доз в интервале 0, 02–0, 2 Р, а другая – 0, 2–1 Р. Каждая камера представляет собой электрическую емкость, об­разованную центральным электродом и корпусом. Когда дозиметр встав­ляют в зарядное гнездо зарядно-измери­тельного пульта, который служит для измерения напряжения на камере и заряда дозиметра, напряжение (4200 В) поступает на центральный электрод. При прохождении камеры в зоне облучения напряжение на ней уменьшается вследствие возникнове­ния ионизационных потоков, вызываемых действием излучения. Измеряя напряжение на камере, можно оценить величину полученной суммарной дозы рентгеновского или γ -излучений.

Зависимость показаний камер от энергии γ -излучения не превышает 10% в диапазоне 0, 08–2, 0 МэВ. Саморазряд камер не превышает 3% в сутки. Прибор может работать в интервале температур от +5 до +35 °С при относительной влажности окружающего воздуха до 98%. Питание заряд­но-измерительного пульта, входящего в комплект, осуществляется от сети переменного тока 220 В или гальванических батарей.

Комплекты КИД-2 и подобные им представляют собой модификации комплекта КИД-1 и предназначены для измерения доз в более широких диапазонах.

Комплект ИД-1 аналогичен КИД-1, отличается только количеством органов управления на передней панели пульта.

В комплект КД-1 входит зарядно-измерительный пульт и 200 штук индивидуальных ионизационных камер. Диапазон прибора от 0 до 50 Р разбит на два поддиапазона: 1) от 0 до 5 Р; 2) от 0 до 50 Р. Отсчет измеряемых доз производится по шкале стрелочного прибора, отградуиро­ванного в рентгенах. Точность измерения составляет 10% от номинального значения шкалы.

Саморазряд ионизационных камер не превышает 5% за сутки. Пита­ние зарядно-измерительного пульта осуществляется от сухих элементов и батарей. Комплект типа " Сосна" предназначен для измерения сравнитель­но больших доз и поэтому его лучше всего использовать при ремонтных или аварийных работах.

Карманные показывающие дозиметры (рис.12) рассчитаны на изме­рение доз в следующих диапазонах, Р: ДК-0, 2 – от 0 до 0, 2; ДК-0, 5 – от 0 до 5, 0; ДК-50 – от 0 до 50.

Наибольшее распространение получили дозиметры ДК-0, 2, так как они позволяют наиболее оперативно осуществлять дозиметрический кон­троль. Рассмотрим подробнее принцип их работы. Комплект их содержит 10 дозиметров и зарядное устройство.

Принцип работы токовой камеры положен в основу работы индиви­дуального дозиметра ДК-0, 2. По форме он мало отличается от авторучки. Дозиметр помещается в карман одежды и постоянно контролирует облучение че­ловека (на уровне груди).

Ионизационной камерой служит цилиндрический конденсатор емко­стью С. Если емкость С зарядить до напряжения U, то на обкладках кон­денсатора накапливается заряд Q=С· U. В поле гамма-излучения в газе токовой камеры за рабочий день образуется N ионных пар.

Ионы собира­ются на электродах, компенсируют часть заряда ∆ Q = e· N.

Уменьшение заряда в емкости вызывает падение напряжения:

 

 

Число ионных пар N связано с дозой D и рабочим объемом V (см³) уравнением

 

N=2, 08· 10⁹· в · V· D,

 

где в – поправочный коэффициент.

Тогда ∆ U=a· D, т.е. напряжение на электродах пропорционально до­зе. Коэффициент а = 3, 33· 10^-10· в· V/С для определенного типа иони­зационных камер и моноэнергетических гамма-квантов постоянен.

Пропорциональность величин ∆ U и D сохраняется при условии пол­ного собирания ионов на электродах. Постепенная разрядка емкости ос­лабляет электрическое поле в газе. Ниже некоторого минимального на­пряжения U_мин начинается интенсивная рекомбинация ионов и показания дозиметра становятся неточными.

 

Рис. 12. Комплект индивидуальных дозиметров КИД-1:

а – зарядно-измерительный пульт; б – дозиметр.

 

Интегрирующий дозиметр ДК-0, 2 предназначен для измерения доз рентгеновского и гамма-излучения в пределах от 10 до 200 мР в диапазо­не энергий от 150 кэВ до 2 МэВ. Шкала прибора имеет 20 делений. Точ­ность измерения доз во всем диапазоне порядка +10 %. Дополнительная погрешность за счет утечек при изменении температуры от -30 до +35 °С и относительной влажности 98% не превышает 10% за сутки.

Так как предельно допустимая доза за один рабочий день равна 16, 8 мР, то прибор пригоден для контроля за облучением персонала не более двух недель.

Потеря заряда без облучения составляет обычно не более 1–2% полной шкалы за неделю. Дозиметр с предельным саморазрядом более 10 мР, а также с относительной погрешностью более 20% использовать нельзя.

Как видно на рис.13, корпус 1 дозиметра изготовлен из алюминия, внутри которого смонтированы: подвижная система электрометра с держа­телем 2, закрепленная в изоляторе 3; микроскоп, состоящий из объектива 4, оправы объектива с диафрагмой 5; отсчетной шкалы 6 и окуляра 7. Об­щее увеличение микроскопа около 45 раз. Подача начального потенциала на электрометр осуществляется через подвижной контакт, закрепленный в эластичной мембране 8. Для предохранения от загрязнений нижний торец закрыт колпачком 9, который имеет прозрачное дно и открывается толь­ко на время зарядки дозиметра. На корпусе дозиметра имеется держатель 10 для крепления его к одежде. Ионизационной камерой является объем, в котором размещена подвижная система электрометра; ее держатель выполняет роль собирающего электрода ионизационной камеры.

Ионизационный объем ограничен корпусом ионизационной камеры 11, спрессованной из проводящей воздухоэквивалентной пластмассы. Стенки камеры имеют толщину 0, 8 мм. Сопротивление изоляции между корпусом и камерой 10¹⁶ –10¹⁸ Ом. Ввиду малого объема ионизационной камеры ионизационный ток име­ет чрезвычайно малую величину (10^-10 – 10^-13 А). Поэтому для измерения тока используют электрометр или устройства, позволяющие усиливать ионизационные токи до таких значений, которые могут быть измерены обычными приборами. Работа электрометра основана на взаимодействии подвижного и неподвижного заряженных проводников, находящихся в электростатическом поле. При сообщении электрометру заряда вследствие действия электростатических сил происходит перемещение подвижной части прибора. Это перемещение измеряется с помощью оптической сис­темы, имеющей шкалу.

 

Рис.13. Ионизационная камера при­бора ДК-0, 2. 1– корпус; 2 – подвижная система электрометра с держа­телем; 3 – изолятор; 4 – объектив; 5 – оправа объектива с диафрагмой; 6 – отсчетная шкала; 7 – окуляр; 8 – мембрана; 9 – защитный колпачок; 10 – держатель; 11 – корпус ионизационной камеры.

 

Зарядное устройство дозиметра типа ЗД-4 или ЗД-5 выполнено в виде пульта. Пульт имеет корпус, зарядное гнездо, потенциометр для установки необходимого напряжения (180–250 В), переключатель и лампочку подсвета шкалы во время зарядки дозиметра. В пульт устанавливается гальванический источник питания напряжением 3 В.

Собственно зарядное устройство представляет собой преобразователь напряжения, собранный по схеме блокинг-генератора и выпрямителя.

Блокинг-генератор преоб­разует постоянное напряжение источника питания в импульсное напряже­ние частотой 5–20 кГц, которое снимается с повышающей обмотки транс­форматора, выпрямляется и подается на центральный электрод гнезда пульта.

Порядок работы с комплектами ИДК. При получении нового комплекта ИДК необходимо:

1) проверить его комплектацию и исправность согласно технической инструкции, приложенной к прибору;

2) зарядить камеры и спустя 24 ч проверить их саморазряд. При этом камеры должны находиться в помещении, где фон γ -излучения не превышает естественного фона. После проверки отбраковать камеры, имеющие повышенный саморазряд.

Сотрудникам выдаются все или часть камер за исключением кон­трольной камеры, которая должна постоянно храниться с зарядно-измерительным пультом и служить для контроля правильности показаний комплекта.

Перед раздачей персоналу каждая камера заряжается на зарядно-измерительном пульте до потенциала, указанного в инструкции. Установ­ку зарядного потенциала необходимо производить с наибольшей точно­стью, так как от этого зависит точность измерения дозы. После работы камеры изымаются и измеряются на пульте, показания которого отгра­дуированы в рентгенах.

Вследствие наличия саморазряда измерения потенциала камер (доз) необходимо производить как можно быстрее после окончания рабочей смены.

Для проверки правильности показаний комплекта необходимо не ре­же одного раза в месяц производить периодическую проверку всех камер на саморазряд и градуировку комплекта по образцовому (контрольному) γ -излучателю. Градуировке подвергаются выборочно 10–15 камер, в число которых обязательно должна входить контрольная камера. Градуировка камер производится точно так же, как и контрольное облучение пленок в методе ИФК, с тем различием, что все камеры располагаются на одинако­вом расстоянии от препарата.

Повышенный саморазряд камер обусловлен в основном воздействием значительных доз γ -излучения на изолятор камеры, поэтому камеры с по­вышенной утечкой следует исключить из работы до восстановления их изоляционных свойств до допустимых. Это восстановление при комнат­ной температуре происходит в течение 1–2 недель, а при t = 60 °C – в тече­нии 3–6 часов.

Организация индивидуального контроля ИДК. Индивидуальному контролю ИДК наряду с ИФК подлежат все лица, подвергающиеся воз­действию рентгеновского или γ - излучения.

Индивидуальные ионизационные камеры перед началом работы за­ряжаются и выдаются с кассетой ИФК каждому сотруд­нику. В специальном журнале делается отметка с указанием номера камеры и фамилии (или специального номера) работающего. Там, где дозы излучения, получаемые работниками, как правило, не превышают предельно допустимую и нет опасения резкого изменения гамма-поля, нет необходимости выдавать одновременно ионизационную камеру и кассету. После окончания рабочей смены показания камер измеряются на пульте и заносятся в журнал.

В отличие от кассет ИФК камеры могут не закрепляться за каждым работающим.

Регистрацию данных ИДК рекомендуется проводить в журнале по следующей форме (табл.5).

 

Таблица 5. Форма журнала данных ИДК

 

№ п.п.	Ф.И.О или условный номер	Месяц и год (июнь, 1998)	Суммарная доза за месяц, Р
Число месяца
	Иванов И.П. (27)	Номер камеры, доза, Р	0, 02	0, 05	0, 03	1, 20
	Петров П.И.	Номер камеры, доза, Р

 

При раздаче камер в журнал записываются их номера против фами­лии или условного номера сотрудника в графе, соответствующей дате вы­дачи. После замера в графе под номером камеры записывается доза, полу­ченная данным сотрудником за рабочую смену.

В начале следующего месяца в последней графе проставляется сум­марная доза, полученная каждым сотрудником.

 

Индивидуальный люминесцентный контроль (метод ИЛК)

 

Метод ИЛК основан на использовании вспышечных кристал-лофосфоров. Эти фосфоры под воздействием излучения возбуждаются и накапливают энергию возбуждения, пропорциональную дозе. Данный метод включает разнообразные типы дозиметров. В этом методе используются два основных типа дозиметров: радиофотолюминесцентные и радиотермолюминесцентные.

Радиофотолюминесцентный (РФЛ) метод дозиметрии, предложенный еще в конце 60-х годов, впервые в России был использован не только для аварийного и операционного, но и для текущего радиационного контроля благодаря созданию системы индивидуального дозиметрического контроля «Флюорад-ДРГ-711-РФЛ». Преимуществами этого метода перед другими – ионизационным, фотографическим, химическим и термолюминесцентным (ТЛД) – являются высокие эксплуатационные характеристики дозиметров, чувствительный элемент (детектор) которых выполнен на основе фосфатных стекол, активированных серебром:

- высокая термо- и вибростойкость, ударопрочность;

- негигроскопичность;

- чрезвычайно низкий феддинг.

Кроме того, в дозиметрах такого типа считывание информации не связано с ее сбросом, что повышает надежность дозиметрической системы и создает дополнительные удобства при разработке регламента дозиметрического контроля персонала.