В настоящее время вопросам радиационного мониторинга окружающей среды уделяется повышенное внимание. Это приводит к появлению новых средств и методов радиационного контроля, сочетающих быстроту проведения измерений непосредственно на территории и высокую точность лабораторного анализа.
Технические средства, традиционно используемые для радиационного мониторинга окружающей среды в большинстве представляют собой набор измерительных приборов (на сегодняшний день – достаточно высокого класса), каждый из которых позволяет получить значение того или другого параметра. Анализ всей совокупности данных для оценки обстановки в целом, как правило, проводится после получения всех результатов измерений различных параметров. В то же время бурное развитие вычислительной техники, появление портативных компьютеров, современного навигационного оборудования, средств измерения и передачи данных обусловили создание компактных стационарных и мобильных измерительных системы, позволяющих не только проводить необходимые измерения по нескольким параметрам, но и обеспечивать предварительный анализ, визуализацию, картографирование и передачу данных в режиме реального времени.
Автоматизированные системы контроля радиационной обстановки (АСКРО)
Средства АСКРО предназначены для информационно-аналитической поддержки действий эксплуатирующих организаций, органов управления ГК «Росатом», а также других органов государственной власти и управления различного уровня, направленных на обеспечение радиационной безопасности персонала, населения и окружающей среды.
Обычно под АСКРО подразумевают систему, состоящую из нескольких стационарных постов контроля радиационных параметров (в 90% случаев – мощности экспозиционной дозы γ-излучения), данные которых в автоматическом или полуавтоматическом режиме передаются по линиям связи в центр сбора информации для анализа, обработки и представления пользователям. Такие посты размещаются либо в санитарно-защитных зонах и зонах наблюдения радиационно-опасных предприятий (АСКРО предприятий), либо на территории населенных пунктов и их окрестностей (территориальные АСКРО).
Каждый пост представляет собой интеллектуальное устройство, способное не только проводить измерения и накапливать информацию, но и анализировать ее и при превышении значений активизировать ресурсы всей системы. Наряду с простыми датчиками, измеряющими мощность дозы γ-излучения, в АСКРО стали использоваться спектрально-чувствительные датчики, позволяющие не только регистрировать факт наличия повышенного излучения, но и определять состав его источника. Кроме того, ряд стационарных постов контроля дополняется метеорологическими датчиками, информация от которых позволяет быстро оценить наиболее вероятные направления переноса радионуклидов.
Расстояние между постами контроля варьируется в пределах от 1 км до 20 км. Очевидно, что по данным постов контроля оценить общую радиационную обстановку на контролируемой территории в случае радиационно-опасной ситуации можно только в случае масштабной аварии с переносом активности на большие расстояния. Если же чрезвычайная ситуация носит локальный характер или возникла вдали от действующих постов АСКРО, необходимо оперативно получить данные о радиационной обстановке в районе меньшего масштаба.
Мобильные системы радиационного мониторинга
Такие системы, установленные на транспортных средствах, или переносные, обеспечивают оперативное получение подробной информации о радиационной обстановке на территориях площадью от нескольких десятков метров до нескольких десятков и даже сотен километров.
К основным характеристикам радиационной обстановки, подлежащим оперативным измерениям или оценке с помощью мобильных средств радиационного мониторинга, следует отнести мощность экспозиционной дозы γ-излучения, изотопный состав основных дозообразующих нуклидов, данные о поверхностном загрязнении (мощность α- или β-излучения), концентрацию радионуклидов в воздухе. Именно эти параметры определяют краткосрочную прогнозируемую дозу и требуют оперативной оценки. В соответствии с измеряемыми характеристиками производится выбор средств измерений (дозиметров, радиометров или спектрометров).
Кроме того, при проведении мониторинга для привязки измеряемых величин к местности требуются данные о географических координатах точки измерения, то есть необходимо использование навигационной системы, обладающей достаточным пространственным разрешением.
Системы связи и передачи данных мобильных систем в аварийной ситуации обеспечивают возможность оперативного обмена информацией с кризисным центром. Использование каналов цифровой связи позволяет включить мобильные системы непосредственно в информационную структуру АСКРО и тем самым предоставить пользователям возможность доступа одновременно ко всей совокупности данных с использованием общей базы данных и других средств информационной поддержки. Первые подобные системы разработаны на ФГУП «Аварийно-технический центр Минатома России» в Санкт-Петербурге (ФГУП АТЦ СПб). Выполненные в автомобильном и портативном вариантах, автоматизированные системы позволяют одновременно вести мониторинг нескольких параметров, отображать информацию на карте местности, а также в режиме реального времени передавать данные в центр сбора и обработки информации.
Автомобильные системы позволяют картографировать загрязненные территории по уровню мощности дозы γ-излучения и осуществлять поиск локальных источников на площади от сотен метров до десятков километров. В тоже время часто встречаются загрязнения небольших территорий изотопами с преобладающей α- или β-активностью (90Sr, 239Pu) либо со значительной примесью таких радионуклидов; кроме того, может потребоваться обследование территории, недоступной для автомобиля. В таких случаях необходимо пешеходное обследование с использованием радиометров поверхностного загрязнения.
В АТЦ СПб разработана портативная автоматизированная система, позволяющая проводить обследование сильно пересеченной местности и фиксировать различные параметры радиационной обстановки с привязкой к географическим координатам. Составные части системы размещаются в специальной сумке или рюкзаке. Для управления в процессе проведения радиационной разведки используются либо экран компьютера, либо миниатюрный монитор, закрепленный на оправе очков.
Портативные системы снабжены средствами связи, с помощью которых можно не только передавать данные, полученные оператором, но и осуществлять управление с удаленного компьютера. При этом носителем системы может быть робототехническое устройство или беспилотный летательный аппарат, а вся информация в режиме реального времени будет отображаться на экране монитора оператора, находящегося в безопасном месте.
Рис. 1. Результаты радиационного обследования центра Санкт-Петербурга (изображение с монитора бортового компьютера мобильной системы мониторинга)
Поиск локальных источников излучения
В связи с возросшим объемом работ по дезактивации радиационно-опасных территорий и объектов, опасностью утери или хищения радионуклидных источников, возможными аварийными ситуациями при транспортировании радиоактивных веществ, все более актуальной становится задача поиска и идентификации локальных радиационных загрязнений или источников излучения.
Для ее решения специалисты ФГУП АТЦ СПб создали высокочувствительный γ-локатор, с помощью которого можно обнаружить источник активностью менее 1 ГБк на расстоянии более 100 м примерно за 6 секунд. То есть он позволяет находить источники, излучение которых в точке наблюдения не вносит фиксируемого вклада в фоновую мощность дозы (этот вклад существенно меньше изменений естественного фона при перемещении).
Устройство состоит из сцинтилляционного детектора большого объема, защищенного от прямого излучения с поверхности земли, и горизонтально вращающегося вокруг него подковообразного коллиматора. Высокая чувствительность устройства достигается за счет подавления внешнего γ-фона и использования чувствительных математические методов обработки информации. Возможность выбора энергетического диапазона позволяет настроить систему на поиск конкретного нуклида по его прямому излучению.
Рис. 4. Общий вид мобильной системы с γ-локатором
Прибор установлен на автомобиле радиационной разведки (рис. 4) и интегрирован в его информаци-онно-измерительную систему. Погрешность определения направления на источник относительно оси автомобиля составляет 1,5 градуса. Использование навигационной системы позволяет определять азимут источника и после измерения в двух и более позициях фиксировать его географические координаты. При этом вся информация параллельно с измерениями, выполняемыми по маршруту следования, отображается на экране бортового компьютера с использованием электронной географической карты или фотографии территории.
Наряду с разработками новых систем контроля, большое внимание уделяется подготовке персонала к работе с ними. С этой целью созданы специальные компьютерные тренажеры, позволяющие проводить обучение пользованию всеми системами, описанными выше, в условиях, приближенных к реальным. Тренажеры позволяют моделировать сильные радиационные поля, работа в которых требует контроля и минимизации доз облучения персонала. На рисунке 5 показан вид экрана бортового компьютера с изображением радиационного поля виртуального источника, якобы размещенного в жилом квартале Санкт-Петербурга. При проведении тренировки изображение поля скрыто, и только показания приборов позволяют определить его конфигурацию и характеристики.
Рис. 5. Изображение радиационного поля виртуального источника