Радиационные методы
УДК 620.179.15
ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ "КОРУНД-201-ТЛ"
В.С. Красноперов, Ю.Б. Атнашев, Е.В. Моисейкин, И.И. Мильман, А.И. Сюрдо, Р.М. Абашев, М.И. Власов, Г.К. Хохлов
Приведен краткий обзор некоторых существующих систем индивидуального дозиметрического контроля, основанных на явлении термостимулированной люминесценции и дано описание нового автоматизированного термолюминесцентного дозиметрического комплекса "Корунд-201-ТЛ".
Ключевые слова: радиационный дозиметрический контроль, дозиметрическая система, ТЛД-500, термолюминесценция.
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы наметилась четкая тенденция количественного и качественного расширения области практического применения ионизирующих излучений. Вместе с традиционной промышленной радиационной дефектоскопией, ядерной энергетикой, быстрыми темпами развивается ядерная медицина. Решение с ее помощью задач, связанных с диагностикой заболеваний, радиационной терапией и хирургией, стерилизацией материалов и изделий медицинской техники, стало возможным благодаря использованию излучений, генерируемых рентгеновскими аппаратами, ускорителями электронов и ионов, циклотронов, ядерными реакторами, изотопными источниками гамма-, нейтронных и позитронных излучений. Появились новые методы и средства регистрации излучений. Важнейшими из них являются технологии получения изображений распределений радиоактивных индикаторов, введенных в объект: позитронная эмиссионная томография и однофотонная компьютерная томография, позволяющие исследовать биологические функции в организме человека и животных для выявлений отклонений, характерных для заболеваний, включая обнаружение опухолей, картирование мозга и диагностику сердечно-сосудистых заболеваний [1—6].
Следует отметить, основные идеи, аппаратура и методы, развитые в ядерной медицине, используют в промышленной дефектоскопии для создания рентгеновских вычислительных томографов [7, 8], деятельности таможенных инспекционно-досмотровых комплексов в пунктах контроля грузов (на железных дорогах, в морских портах и аэропортах), основанных на применении тормозного излучения ускорителей электронов и рентгеновских установок [9].
Владимир Станиславович Красноперов, начальник конструкторского бюро ФГУП УЭМЗ. Тел. 8(343) 383-23-73. E-mail: krasnoperov@uemz.ru
Юрий Борисович Атнашев, директор гражданского производства ФГУП УЭМЗ. Тел. 8(343) 341-67-34. E-mail: atnashev@uemz.ru
Евгений Витальевич Моисейкин, старший научный сотрудник УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. Тел. 8(904) 549-43-41. E-mail: e.v.moiseykin@ustu.ru
Игорь Игориевич Мильман, профессор УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. Тел. 8(343) 375-47-11. E-mail: i.i.milman@ustu.ru
Александр Иванович Сюрдо, главный научный сотрудник Института промышленной экологии УрО РАН. Тел. 8(343) 362-34-35. E-mail: surdo@ecko.uran.ru
Ринат Мансурович Абашев, аспирант Института промышленной экологии УрО РАН. Тел. 8(950) 631-88-90. E-mail: ren-crassi@mail.ru
Максим Игоревич Власов, аспирант Института промышленной экологии УрО РАН. Тел. 8(904) 982-47-68. E-mail: max8989333@yandex.ru
Георгий Константинович Хохлов, аспирант Института промышленной экологии УрО РАН. Тел. 8(343) 375-93-70. E-mail: gogo013@yandex.ru
По мере роста масштабов применения радиационных технологий в науке, технике, медицине растет количество персонала, работающего с источниками ионизирующих излучений. Это диктует необходимость создания новых, надежных и высокопроизводительных как полностью автоматизированных стационарных комплексов индивидуального дозиметрического контроля (ИДК), так и автономных полуавтоматических малогабаритных дозиметрических систем.
ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СИСТЕМЫ ИДК
Радиационная безопасность при любом виде деятельности, связанном с использованием источников ионизирующих излучений, нормируется российским законодательством [10]. В санитарных правилах и нормах радиационной безопасности [10] в общем виде сформулированы требования к организации и проведению дозиметрического контроля облучения персонала. Для внедрения указанных документов в практику проводят детализацию установленных в них требований с учетом специфики проводимых работ в виде методических указаний и регламентов по радиационному контролю (см., например, [11, 12]). Анализ содержания многих из этих документов показывает, что термолюминесцентные (ТЛ) системы ИДК занимают лидирующее положение в индивидуальной дозиметрии персонала.
Основы термолюминесцентной дозиметрии
Метод термолюминесцентной дозиметрии (ТЛД) основан на накоплении в электронных и дырочных центрах носителей заряда (электроны и дырки), образующихся под действием ионизирующего излучения в термолюминофоре (детекторе), их длительном хранении в этом состоянии. При нагревании облученного детектора, обычно по линейному закону до 250—300 °С, захваченные носители заряда освобождаются из ловушек и рекомбиниру-ют с центрами свечения. В результате происходит испускание квантов света или термолюминесценция, интенсивность которой пропорциональна поглощенной дозе ионизирующего излучения [13, 14]. Для регистрации малоинтенсивной ТЛ используют фотоэлектронные умножители (ФЭУ) [13]. Метод ТЛД особенно эффективен при регистрации доз с целью технической диагностики оборудования вблизи мощных импульсных источников излучений, когда на показания электронных дозиметров сильно влияют генерируемые одновременно высокоинтенсивные электромагнитные поля [15].
ТЛ-детекторы
Важнейшим элементом дозиметрической ТЛ-системы является вещество детектора, в котором, благодаря его целенаправленно созданным свойствам, происходит эффективное накопление и последующее (при нагревании) преобразование энергии ионизирующего излучения в эмиссию оптических квантов. В таблице приведен комплекс основных параметров наиболее распространенных в мировой практике соединений, использующихся в качестве ТЛ-детекторов излучений в ТЛД [16]. Приведенное в таблице вещество детектора Al2O3:C (ТОД-500) создано и аттестовано в России (УПИ им. С.М. Кирова, ТУ 2655-006-02069208-95). По совокупности служебных свойств детектор ТЛД-500 признан одним из лучших в практике твердотельной дозиметрии. Как правило, современные ТЛ-системы снабжаются комплектом разных по назначению детекторов для решения задач контроля радиационных полей в ядерной энергетике, ядерно-физических исследованиях, индивидуальной дозиметрии, гигиене окружающей среды, радиологическом исследовании пищевых продуктов, ядерной медицине.
Список основных материалов детекторов ионизирующих излучений и нейтронов
Международное название Материал Область применения Эффективный атомный номер Спектр свечения, им Чувствительность к 60Со относительно Ш Ход с жесткостью Диапазон доз Фединг
TLD-100 LiF:Mg, Ti Медицина 8,2 350—600 1 1,25 10 мкГр — 10 Гр 5 % в год при 20 °С
TLD-100H TLD-600 TLD-600H LiF:Mg, Си, Р (изотоп61л) LiF:Mg, Ti (изотогЙл) LiF :Mg, Си, P Дозиметрия персонала и окружающей среды Нейтронная дозиметрия Нейтронная дозиметрия 8,2 8,2 8,2 400 350—600 400 15 1 15 0,98 1,25 0,98 1 мкГр — 10 Гр 10 мкГр — 10 Гр 1 мкГр — 10 Гр Незначительный 5 % в год при 20 °С Незначительный
TLD-700 TLD-700H (изотогЛл) LiF:Mg, Ti (n30T0n7Li) LiF:Mg, Си, P Гамма- и бета-излучение Гамма- и бета-излучение окружающей среды 8,2 7,4 350—600 400 1 15 1,25 0,98 10 мкГр — 10 Гр 1 мкГр — 10 Гр 5 % в год при 20 °С Незначительный
TLD-200 CaF2:Dy Дозиметрия окружающей среды 16,3 Пик при 483,5 30 при 576,5 нм -12,5 0,1 мкГр — 10 Гр 10 % за первые 24 ч, 16 % всего за 2 недели
TLD-400 TLD-500 TLD-800 CaF2:Mn A1203:C Li2B4OrMn Дозиметрия окружающей среды и высокодозная Дозиметрия персонала и окружающей среды Высокодозная дозиметрия 16,3 10,2 7,4 440—600 (пик при 500) 420 530—630 (пик при 605) 10 30 0,15 -13 2,9 0,9 0,1 мкГр — 100 Гр 0,05 мкГр — 1Гр 0.5 мГр — 105Гр 8 % за первые 24 ч, 12 % всего за 3 месяца 3 % в год <5 % за 3 месяца
TLD-900 CaSO,:Dy Дозиметрия окружающей среды 15,5 480—570 20 12,5 1 мкГр — 100 Гр 2 % за первый месяц, 8 % всего за 6 месяцев
Для контроля доз короткопробежных частиц, например ß-излучения и мягкого фотонного излучения с энергией Eу менее 40 кэВ, применяют в кожной и глазной дозиметрии, как правило, те же материалы [17]. Однако для снижения вклада жесткого (Ey > 40 кэВ) фотонного компонента в суммарную ß-у-дозу в смешанных ß-y-полях толщину активного люминесцирующего слоя детектора делают много меньше. Согласно НРБ-99/2009 [10] массовая толщина активного слоя детектора должна быть равна средней толщине радиационно-чувствительного базального слоя кожи 5 мг/см2, что при переходе к линейным размерам составляет 10—20 мкм для таких термолюминесцентных материалов, как LiF (детекторы ТЛД-100, ТЛД-400, ДТГ-4, ТЛД-1011), a-Al2O3 (ТЛД-500); MgB4O7 (ТТЛД-580). Близкую к базальному слою толщину имеют эпителиальные чувствительные к радиации слои, покрывающие переднюю часть хрусталика и переходящие в экваториальную область, которая формирует зону роста хрусталика [12].
В НРБ-99/2009 также регламентируется толщина покровного (защитного) слоя детектора, который имитирует защитные слои кожного покрова и хрусталика глаза. Структурно кожа состоит из двух слоев: эпидермиса (внешнего рогового слоя) и дермы, находящейся под ним [12]. Основанием эпидермиса является слой базальных клеток, в результате деления которых образуются чешуйки рогового слоя. Средняя толщина эпидермиса для различных участков тела — туловище, лицо, руки, ноги (за исключением пяток) — составляет в среднем 5 мг/см2, а на ладонях, пальцах и запястьях — до 40 мг/см2 [12]. Поэтому в кожных дозиметрах для определения доз на открытых участках кожи и на ладонях используют два типа детекторов, различающихся толщиной защитного слоя, — 5 и 40 мг/см2 соответственно.
Эпителиальный слой и экваториальная область хрусталика глаза внешне защищены роговицей и передней камерой. Согласно современным представлениям [12] массовая толщина защитного слоя хрусталика не превышает 300 мг/см2. Поэтому согласно НРБ-99/2009 эквивалентная доза облучения хрусталика глаза должна определяться дет
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.