Дозиметрический контроль в системе физической защиты

Создание для контрольно-пропускных пунктов опасных объектов интегрированного пропускного устройства с функцией дозиметрического контроля с помощью передовых достижений нанотехнологий сделает систему контроля и управления доступом эффективным инструментом обеспечения радиационной безопасности.

Для обнаружения радиоактивных веществ, несанкционированно проносимых через контрольно-пропускные пункты (КПП) ядерных и радиационно-опасных объектов, используется особый класс оборудования – радиационные мониторы (РМ), которые фиксируют наличие таких веществ по их γ- или нейтронному излучению. Наибольший интерес представляют РМ, интегрированные в состав шлюзовых пропускных устройств. За счет адаптации характеристик порога обнаружения и времени контроля, устройства этого типа имеют уникальные тактико-технические и экономические преимущества перед другими радиационными мониторами.

Радиационный контроль на КПП

ФГУП «СНПО «Элерон» серийно выпускает систему контроля и управления доступом (СКУД) «Сектор-М», предназначенную для использования на внешних и внутренних КПП ядерно-опасных объектов (рис. 1). В ее состав входят автоматические пропускные устройства шлюзового типа, оборудованные радиационными мониторами.

Опыт эксплуатации этой системы на предприятиях ГК «Росатом» показывает, что информация, накапливаемая системой по каждой процедуре радиационного контроля, является востребованной службами радиационной безопасности объектов, так как при определенной обработке позволяет контролировать и обеспечивать радиационную безопасность людей. Это позволяет активизировать работы по совмещению функций обнаружения радиоактивных веществ с дозиметрическим контролем проходящих лиц, а также определить последующие шаги по совершенствованию систем физической защиты.

В введенных с 2001 года нормативных документах ПРБ АС-99 и СП АС-99, а также в СанПин 2.6.1.24-03 формулируется требование о том, что выход персонала с территории АЭС должен осуществляться через установки радиационного контроля загрязнения личной одежды и обуви, расположенных в контрольно-пропускных пунктах. Согласно НРБ-99, основным контролируемым параметром является допустимая минимально значимая активность нуклидов (МЗА), находящихся на поверхности кожи и одежды персонала и населения. Для выполнения требований НРБ-99 о не превышении установленных дозовых пределов необходимо осуществлять радиационный контроль персонала на выходе с территории АЭС с использованием оборудования, регистрирующего  радиоактивное загрязнение с учетом этого норматива. Таким образом, СКУД должна предоставлять возможность проведения радиационного контроля, а также организационно-технических мероприятий при выявлении фактов превышения МЗА по каждому нуклиду, указанному в НРБ-99, на одежде или коже проходящих через КПП лиц.

Следует отметить, что функции дозиметрического контроля в СКУД не исключают функционирования пунктов такого контроля на объекте. Дозиметрический контроль в СКУД применяется, в первую очередь, для расширения функциональных возможностей, полноты и объективности комплексных мероприятий по обеспечению радиационной безопасности. Это достигается за счет реализации информационной инфраструктуры систем физической защиты, принудительного характера контроля, применения радиационных детекторов и персонализации измеряемых параметров. Например, дополнение СКУД функцией дозиметрического контроля в ряде случаев может обеспечить исключение фактов ошибочного задержания. Действительно, в рекомендациях МАГАТЭ, подготовленных для таможенных служб различных стран мира, предлагается не производить задержание лиц, у которых, в частности, при досмотре обнаружены внутри тела радионуклиды, которые могут поступить из медицинских препаратов (⁶⁷Ga , ⁹⁹Tc и т.д.).

Кроме того, пропускные устройства СКУД, установленные во внутренних зонах объекта, могут обеспечить проведение дозиметрического контроля персонала, относящегося к различным категориям, в спецодежде со следами технологического загрязнения.

При проходе человека через пропускные устройства проводится измерение его антропометрических (биометрических) параметров (геометрии кисти руки, формы лица и т.д.), что в ряде случае позволяет совместить биометрический и дозиметрический контроль открытых участков поверхности кожи по α-, β- и γ-излучению, а также исключить возможность радиоактивного загрязнения рабочих поверхностей аппаратуры СКУД.

Спектрометрические обнаружители

Оснащение пропускного устройства спектрометрическим обнаружителем позволит существенно улучшить показатели чувствительности РМ к нуклидам, так как позволит одновременно с фиксацией загрязнения идентифицировать тип запрещенного к проносу вещества.

Основные функции спектрометрического обнаружителя:

• выполнение задач традиционного обнаружителя радиоактивных веществ;
• классификация обнаруженных нуклидов по группам;
• контроль превышения МЗА по каждому нуклиду.

Контроль превышения МЗА должен проводиться согласно НРБ-99 с идентификацией источника излучения по спектру его γ-излучения. Процедура автоматической проверки радиоактивного загрязнения на соответствие нормативу МЗА может осуществляться примерно по следующему алгоритму:

• обнаружение РМ радиоактивных веществ;
• определение типа нуклида (наименование и атомный номер) по испускаемым им линиям (энергиям, кэВ) γ-излучения и соотношению их амплитуд на основании имеющейся базы данных;
• определение активности обнаруженного нуклида по экспозиционной мощности излучения, создаваемого им в месте расположения блока детектирования (БД).

Как правило, в состав спектрометрического обнаружителя входят один или несколько БД спектрометрического типа, на выходе которых формируются импульсы с частотой, пропорциональной мощности дозы излучения, и амплитудой или длительностью импульсов, пропорциональной энергии γ-кванта, вызвавшего возникновение импульса, а также плата многоканального спектрометрического анализатора для обработки сигналов от БД и выдачи информации о наличии нуклидов определенного вида.

Улучшение параметров сцинтилляционных детекторов

Несмотря на высокий уровень спроса и постоянное совершенствование средств радиационного контроля, технические характеристики сцинтилляционных детекторов пока весьма далеки от показателей, которые позволяли бы их использовать для дозиметрического контроля в СКУД. Например, абсолютная энергетическая чувствительность сцинтилляторов, измеряемая отношением энергии светового сигнала к поглощенной энергии ионизирующего излучения, даже у лучших сцинтилляционных материалов (иодида цезия, бромида лантана и т.д.) не превышает 15-25%. Быстродействие (временной интервал между поглощением γ-кванта и окончанием световой вспышки) у самых «быстрых» сцинтилляторов (это, как правило, органические материалы) приближается к одной наносекунде. В то же время у полупроводниковых излучателей света, возбуждаемых электрически, коэффициент полезного действия приближается уже к 80% за счет применения наноструктурных систем квантовых ям и квантовых точек, а длительность вспышек упомянутых выше полупроводниковых наноизлучателей на практике может составлять менее одной пикосекунды. Для сцинтилляционных детекторов достижение такого быстродействия особенно важно, поскольку короткий временной интервал вспышки при фиксированной ее интегральной энергии позволяет значительно повысить отношение «сигнал–шум» и тем самым повысить чувствительность детектора.

Возможность достижения высоких показателей чувствительности и быстродействия сцинтилляционных детекторов путем дальнейшего совершенствования монокристаллических сцинтилляторов далеко не очевидна, так как до сих пор эти параметры удалось улучшить всего в полтора-два раза. С другой стороны, исследования сцинтилляционных материалов на базе нанотехнологий, то есть использование в их составе наночастиц или нанотехнологических приемов при выращивании объемных материалов, показали, что их использование может обеспечить радикальное улучшение параметров сцинтилляционных детекторов.

Себестоимость приборов не увеличится, наоборот, в целом ряде случаев она может быть снижена. Это связано с уменьшением использования количества дорогостоящих материалов (например, бромида лантана) при оптимизации свойств и существенном упрощении технологии изготовления сцинтилляторов.

Например, в составе БД спектрометрического типа обычно используют сцинтилляторы из монокристаллов. Чаще всего для получения высокоточных результатов по спектрометрическому разрешению используются кристаллы бромида лантана, спектрометрическое разрешение которых составляет 2,5-3% при энергии 662 КэВ. Следует отметить, что цена на кристаллы бромида лантана очень высока, а технологией их изготовления в настоящее время обладает только фирма Saint-Gobain.

Рис. 2. Образец монокристалла бромида лантана, изготовленного с использованием нанотехнологических приемов

Вместе с тем применение определенных нанотехнологических приемов позволило создать промышленные образцы, не уступающие, а в ряде случае превосходящие зарубежные аналоги (рис. 2). Сегодня на базе отечественного производства кристаллов бромида лантана разрабатывается обнаружитель с рекордными показателями спектрометрического разрешения.

Другим примером улучшения параметров сцинтилляционных детекторов является изготовление стеклянных пластин с осажденными на них наночастицами разных сцинтилляционных материалов (рис. 3), например, бората лютеция или оксисульфида иттрия. Причем в данном случае оксисульфид иттрия, в отличие от объемного материала, обладает очень коротким временем высвечивания, определяемым полимерным связующим. Такие пластины могут быть использованы в качестве сцинтиллятора при создании регистратора β-излучения и других детекторов в биометрических устройствах СКУД.

Рис. 3. Стеклянные пластины с осажденными на них наночастицами оксисульфида иттрия

Авторы:

К.Е. Борисов, к.ф.-м.н., Е.К. Логунов, М.Н. Попов (ФГУП «СНПО «Элерон»)

Дата публикации:

IV квартал 2008 года.