Радиационный контроль и дозиметрия в строительстве

4.1 Физические основы радиационного контроля.

Радиографический контроль применяют для выявления в сварных соединениях трещин, непроваров, пор, шлаковых, вольфрамовых, окисных и других включений [4]. Радиографический контроль применяют также для выявления прожогов, подрезов, оценки величины выпуклости и вогнутости корня шва, недоступных для внешнего осмотра. При радиографическом контроле не выявляют: – несплошности и включения с размером в направлении просвечивания менее удвоенной чувствительности контроля; – непровары и трещины, плоскость раскрытия которых не совпадает с направлением просвечивания и (или) величина раскрытия менее значений, приведенных в табл. 2; – несплошности и включения, если их изображения на снимках совпадают с изображениями посторонних деталей, острых углов или резких перепадов трещин просвечиваемого металла.

При радиационном контроле используют, как минимум, три основных элемента (рис. 2):

Рис. 2. Схема просвечивания: 1 — источник; 2 — изделие; 3 — детектор

При прохождении через изделие ионизирующее излучение поглощается и рассеивается. Степень ослабления зависит от толщины δ и плотности ρ контролируемого объекта, а также интенсивности M и энергии E излучения. При наличии в веществе внутренних дефектов размером Δδ изменяются интенсивность и энергия пучка излучения. На рис. 2 видно, что засветка детектора (более темный участок) происходит больше в том месте, куда попало больше квантов ионизирующего излучения (в месте дефекта). Изделия просвечивают с использованием различных видов ионизирующих излучений, классификация которых приведена на рис. 3. В настоящем пособии опускается рассмотрение нейтронной радиографии, поскольку в широкой практике промышленного контроля ее применение ограничено.

Рис. 3. Классификация источников ионизирующих излучений

4.2 Классификация методов радиационного контроля.

Методы радиационного контроля различаются способами детектирования дефектоскопической информации (рис.4) и соответственно делятся на радиографические, радиоскопические и радиометрические. Радиографические методы РНК основаны на преобразовании радиационного изображения контролируемого объекта в радиографический снимок или запись этого изображения на запоминающем устройстве с последующим преобразованием в световое изобра жение. На практике этот метод наиболее широко распространен в связи с его простотой и документарным подтверждением получаемых результатов. В зависимости от используемых детекторов различают пленочную радиографию и ксерорадиографию (электрорадиографию). В первом случае детектором скрытого изображения и регистратором видимого изображения служит фотопленка, во втором — полупроводниковая пластина, а в качестве регистратора используют обычную бумагу.

Рис. 4. Классификация методов радиационного контроля

В зависимости от используемого излучения различают несколько разновидностей промышленной радиографии: рентгенографию, гаммаграфию, ускорительную и нейтронную радиографии. Каждый из перечисленных методов имеет свою сферу использования. Этими методами можно просвечивать стальные изделия толщиной от 1 до 700 мм. Радиационная интроскопия — метод РНК, основанный на преобразовании радиационного изображения контролируемого объекта в световое изображение на выходном экране радиационно-оптического преобразователя, причем анализ полученного изображения проводится в процессе контроля. Чувствительность этого метода несколько меньше, чем радио графии, но его преимуществами являются повышенная достоверность получаемых результатов благодаря возможности стереоскопического изображения дефектов и рассмотрения изделий под разными углами, экспрессность и непрерывность контроля. Радиометрическая дефектоскопия — метод получения информации о внутреннем состоянии контролируемого изделия, просвечиваемого ионизирующим излучением, в виде электрических сигналов (различной величины, длительности или количества).

Этот метод обеспечивает наибольшие возможности автоматизации процесса контроля и осуществления автоматической обратной связи контроля и технологического процесса изготовления изделия. Преимуществом метода является возможность проведения непрерывного высокопроизводительного контроля качества изделия, обусловленная высоким быстродействием аппаратуры. По чувствительности этот метод не уступает радиографии.

4.3 Радиоизотопные измерения.

4.4 Радиационная безопасность и дозиметрия

Природные (естественные) радионуклиды присутствуют во всех объектах окружающей среды и организме человека. Ионизирующее излучение от них создает радиационный фон, воздействию которого человек и биота подвергались в течение всего периода существования. С точки зрения облучения человека наиболее существенное значение имеют радионуклиды уранового и ториевого семейств (материнские радионуклиды - уран-238, торий-232) и калий-40.

Природные источники ионизирующего излучения вносят наибольший вклад (около 70%) в общую дозу ионизирующего облучения населения от всех воздействующих на него источников ионизирующего излучения. Значительную часть этой дозы человек получает во время нахождения в жилых и производственных помещениях, где по оценкам научного Комитета по действию атомной радиации ОНН (НКДАР ООН), жители промышленно развитых стран проводят около 80 % времени. В помещениях человек подвергается воздействию как внешнего гамма-излучения, обусловленного содержанием природных радионуклидов в строительных материалах, так и внутреннего, связанного с вдыханием содержащихся в воздухе дочерних продуктов распада радона (ДПР).

Дозы облучения населения в помещениях зависят от выбора мест застройки, содержания радионуклидов в строительных материалах, конструкции здания. Поэтому имеется принципиальная возможность ограничения облучения населения природными источниками излучения путем вмешательства в сложившуюся практику строительства.

Нормирование содержания природных радионуклидов основывается на общих принципах радиационной защиты, выработанных Международной комиссией по радиологической защите (МКРЗ). В частности, принцип снижения доз облучения до разумно низкого уровня с учетом экономических и социальных факторов полностью применим к нормированию природных радионуклидов.

Гамма-излучение радионуклидов, содержащихся в строительных материалах, создает относительно равномерное облучение организма человека. Мощность дозы гамма-излучения в помещении однозначно связана со средневзвешенной удельной активностью радионуклидов в используемых стройматериалах. Нормирование радиоактивности стройматериалов позволяет ограничить мощность дозы в строящихся зданиях.

Возможности снижения гамма-фона эксплуатируемых зданий весьма ограничены. Такое снижение реально только в тех случаях, когда повышенный уровень фона обусловлен использованием для засыпки перекрытий и территорий около здания материалов с повышенным содержанием природных радионуклидов. Если такой материал входит в состав стен или перекрытий здания, и при этом гамма-фон в помещениях превышает установленные уровни, то единственным защитным мероприятием может быть перепрофилирование или снос здания.

Исследование уровней гамма-фона в жилых помещениях показало, что в большинстве случаев результаты измерений укладываются в диапазон значений, отличающихся от среднего не более чем в 2-3 раза. Только в исключительных случаях, связанных, как правило, с использованием в строительстве отходов урановой промышленности, наблюдаются высокие значения гамма-фона. Поэтому, в большинстве стран нормативы на гамма-фон в зданиях отсутствуют. Считается, что сложившаяся практика строительства обеспечивает достаточно низкие уровни гамма-фона. Исключение составляют только США, Канада и Швеция. В США и Канаде приняты следующие критерии: при мощности экспозиционной дозы в помещении более 100 мкР/ч над фоном открытой местности защитные мероприятия необходимы; для значений от 50 до 100 мкР/ч защитные мероприятия могут быть рекомендованы, а при значении менее 50 мкР/ч вмешательства не требуется. В Швеции принято одно значение - 50 мкР/ч. В СССР приняты более жесткие нормативы: соответственно 33 и 65 мкР/ч («Временные критерии ...», 1990).

Организация контроля радиационного качества строительного сырья, материалов и жилых помещений имеет своей целью недопущение превышения установленных нормативных величин, а также разработку и внедрение мероприятий по снижению доз облучения населения.

Контролю подлежит:

- для вновь строящихся зданий - эффективная удельная активность природных радионуклидов в строительном сырье и материалах;

- для построенных зданий - мощность экспозиционной дозы внешнего гамма-излучения в жилых помещениях общественно-бытового назначения и среднегодовая концентрация радона и его дочерних продуктов распада (ДПР) в воздухе помещений.

При этом должны параллельно функционировать две формы контроля: ведомственный и государственный санитарный.

Государственный санитарный контроль проводит радиологический отдел (отделение) территориальной санэпидемстанции в порядке текущего и предупредительного санитарного надзора.

Определение удельной активности природных радионуклидов в строительных материалах производится гамма-спектрометрическими методами, согласованными со службами стандартизации.

Для общей их оценки вводится радиационно-гигиенический норматив на суммарную удельную активность радионуклидов.

Мощность дозы внешнего гамма-излучения измеряется дозиметрами, например, типа ДРГ-01 Т (детектор-газоразрядные счетчики).

Допускается для ориентировочной оценки мощности дозы использование радиометров (например, СРП-68-01 детектор-сцинтилляционный кристалл NaI). Ориентировочная оценка может быть получена уменьшением показаний такого прибора на коэффициент 0,6 - 0,8 (различающийся для каждого экземпляра прибора и устанавливаемый путем сопоставления с результатами измерений дозиметрами).

При обнаружении индикаторным прибором превышений мощности дозы в помещении над фоном открытой местности более чем на 33 мкР/ч, измерения следует повторить с использованием прибора типа ДРГ-01T.

Измерения мощности дозы в помещениях следует проводить на высоте 1 м и в центре комнаты, а на открытой местности - не менее, чем в 30 м от ближайшего здания на той же высоте.

Результаты измерений на объекте, сдаваемом в эксплуатацию (мощности экспозиционной дозы и концентраций радона), оформляются в виде акта радиационного обследования, один экземпляр которого прилагается к акту Государственной приемочной комиссии по вводу объекта в эксплуатацию, копия направляется в территориальную СЭС.

В актах и отчетах обязательно указывается тип использованных приборов, номер и срок действия свидетельства Госстандарта и примененная для измерений и расчета методика.

Ввод в эксплуатацию объектов, возведенных (капитально отремонтированных, реконструированных) без проведения радиационного контроля считается незаконным, а любые акты, подтверждающие факт ввода объекта без радиационного обследования, не имеют юридической силы и не подлежат оплате в банке.

Основные методы регистрации ионизирующих излучений:

• ионизационный – регистрируются ионы, образованные излучением;

• сцинтилляционный – (регистрируются световые вспышки, возникающие в специальном материале;

• люминесцентный;

• фотографический;

• химический;

• калориметрический – регистрация по тепловому воздействию.

Ионизационный – это метод регистрации ионизирующих излучений, основанный на свойстве, способности этих излучений ионизировать любую среду, через которую они проходят, в том числе и детекторное (улавливающее) устройство прибора. Измеряя ионизационный ток, получают представление об интенсивности радиоактивных излучений.

Сцинтилляционный – это метод, регистрирующий вспышки света, возникающие в сцинтилляторе (детекторе) под действием ионизирующих излучений, которые фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) преобразуются в электрический ток. Измеряемый анодный ток ФЭУ (токовый режим) и скорость счета (счетчиковый режим) пропорциональны уровням радиации;

Люминесцентный – это метод регистрации ионизирующих излучений, базирующийся на эффектах радиофотолюминесценции и радиотермолюминесценции. В первом случае под действием ионизирующих излучений в люминофоре создаются центры фотолюминесценции, содержащие атомы и ионы серебра, которые при освещении ультрафиолетовым светом вызывают видимую люминесценцию, пропорциональную уровням радиации. Некоторые сорта стекла (фосфатные, активированные серебром) после облучения ионизирующими излучениями становятся люминесцирующими, хотя до воздействия на них излучений такими свойствами не обладали. Свечение вызывается дополнительным воздействием на облученное стекло ультрафиолетовым светом. С помощью стекла измеряют дозы от 10–50 Р и выше. Стекло на основе лития позволяет производить измерения от 0,015 до 104–105 Р. В радиофотолюминесцентном дозиметре (РФЛД) в диапазоне 0,01–10 Гр люминесценция пропорциональна дозе, в диапазоне 300–500 Гр интенсивность ее достигает максимума.

Радиотермолюминесцентные дозиметры под тепловым воздействием (нагревом) преобразуют поглощенную энергию ионизирующих излучений в люминесцентную, интенсивность которой пропорциональна дозе ионизирующих излучений. Значительный интерес представляют термолюминесцентные вещества – фтористый кальций, борат лития, плавиковый шпат, у которых после воздействия ионизирующих лучей люминесценция может быть вызвана последующим их нагреванием. Такие вещества позволяют производить измерения в пределах от 5–10 мР до 103–104 Р и более. К люминесцентным дозиметрам относятся ДПГ-02, ДПС-11, ИКСА и др.

Фотографический – один из первых методов регистрации ионизирующих излучений, позволивший французскому ученому Э. Беккерелю открыть в 1896 г. явление радиоактивности. Этот метод дозиметрии основан на свойстве ионизирующих излучений воздействовать на чувствительный слой фотоматериалов аналогично видимому свету. По степени почернения (плотности) можно судить об интенсивности воздействующего на пленку ионизирующего излучения с учетом времени этого воздействия.

Химический – метод, основанный на измерении выхода радиационно-химических реакций, протекающих под действием ионизирующих излучений. Известно значительное количество различных веществ, изменяющих свою окраску (степень окраски) или цвет в результате окислительных или восстановительных реакций, что можно соизмерять со степенью или плотностью ионизации. Данный метод используют при регистрации значительных уровней радиации.

Калориметрический – метод, базирующийся на измерении количества теплоты, выделяемой в детекторе при поглощении энергии ионизирующих излучений, которая, поглощаемая веществом, в конечном итоге преобразуется в теплоту при условии, что поглощающее вещество является химически инертным к излучению, и это количество пропорционально интенсивности излучений.

Под приборами радиационного контроля следует понимать технические средства для измерения и регистрации количественных значений физических величин, характеризующих ионизирующее излучение. Приборы как средства измерения должны быть метрологически нормированными (метрология приборов радиационного контроля рассмотрена ниже). Технические средства измерения, метрологические характеристики которых не нормированы, называются индикаторами.

Классификация приборов радиационного контроля зависит от многих признаков, основные из которых следующие:

• вид радиационного контроля;

• функциональное назначение прибора;

• тип измеряемой физической величины;

• вид ионизирующего излучения;

• тип конструктивного исполнения.

По виду радиационного контроля приборы разделяются на два основных класса – приборы дозиметрического и приборы радиационного технологического контроля. Приборы дозиметрического контроля обеспечивают получение необходимой информации о состоянии радиационной обстановки на АЭС, в окружающей среде, а также о дозе облучения персонала и населения. Приборы радиационного технологического контроля обеспечивают измерение радиационных параметров технологических сред и состояния защитных барьеров на пути распространения радиоактивных загрязнений.