ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2014, том 78, № 5, с. 642-646
УДК 539.1.047:621.039
РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ БАГАЖА, ДОСМОТРЕННОГО В АЭРОПОРТАХ ФОТОЯДЕРНЫМИ ДЕТЕКТОРАМИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
© 2014 г. А. И. Карев1, В. Г. Раевский1, С. Н. Черепня1, Л. З. Джилавян2, С. С. Белышев3, А. Н. Ермаков3, Б. С. Ишханов3, В. В. Ханкин3, Н. И. Пахомов3, В. И. Шведунов3, В. А. Берлянд4
E-mail: raevsky@venus.lpi.troitsk.ru
Были измерены дозы ионизирующего излучения от имитаторов багажа авиапассажиров после их облучения в условиях, соответствующих облучению при прохождении досмотра в фотоядерном детекторе взрывчатых веществ. Показано, что ионизирующее излучение, обусловленное наведенной активностью, не представляет опасности ни для населения, ни для персонала аэропорта.
БО1: 10.7868/80367676514050135
ВВЕДЕНИЕ
Фотоядерная методика обнаружения скрытых взрывчатых веществ (ВВ) [1] предполагает облучение обследуемого объекта импульсом гамма-квантов с энергией в несколько десятков МэВ. При наличии в объекте химических веществ, содержащих азот или углерод, за счет возникающих фотоядерных реакций на ядрах этих элементов образуются радиоизотопы 12М и 12В, имеющие уникально малые периоды полураспада, равные соответственно (11.0 и 20.2 мс). Уникальность этих периодов полураспада позволяет надежно отделять сигналы, вызванные распадами 12М и 12В, от сигналов, связанных с распадами других образовавшихся радионуклидов. Это позволяет делать заключения о наличии в объекте азота и углерода — элементов, составляющих основу всех современных боевых ВВ. Дополнительный анализ зарегистрированных временных спектров от распадов радионуклидов позволяет не только отделять сигналы ВВ от сигналов, вызванных другими веществами, содержащими азот и/или углерод, но даже определять конкретный тип обнаруженного ВВ.
1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук, Москва.
2 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наук, Москва.
3 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В Скобельцына.
4 Федеральное государственное унитарное предприятие
Всероссийский научно-исследовательский институт физи-
ко-технических и радиотехнических измерений, Москва.
Распады всех сгенерированных во время облучения радионуклидов сопровождаются ионизирующим излучением, которое может представлять опасность для здоровья. Наиболее остро радиационная опасность вызывает озабоченность при применении фотоядерной методики поиска ВВ для досмотра багажа авиапассажиров. Ранее в [2, 3] была проанализирована степень радиационной опасности при генерации изотопов с различными периодами полураспада. В данной работе проведено экспериментальное исследование доз ионизирующего излучения от имитаторов багажа авиапассажиров, подвергшихся облучению, аналогичному имеющимся при процедурах досмотра.
1. КРИТЕРИЙ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ, ПРИНЯТЫЙ В РАБОТЕ, И ВЫБОР ИМИТАТОРОВ СОДЕРЖИМОГО БАГАЖА
Основными нормативными документами, действующими в настоящее время на территории РФ, определяющими санитарные правила и нормативы обеспечения радиационной безопасности человека во всех условиях воздействия на него ионизирующего излучения искусственного или природного происхождения, являются "Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99/2010)" [4] и "Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)" [5], которые вводят различные ограничения, призванные уменьшить негативное воздействие ионизирующего излучения. Однако, согласно п. 1.7 ОСПОРБ-99/2010 и п. 1.4 НРБ-99/2009, требования этих документов не распространяются на источники излучения, создающие при любых условиях обращения с ними индивидуальную годовую эффективную дозу облуче-
ния не более 10 мкЗв. Такие источники освобождаются от радиационного контроля и учета, т.е. фактически признаются безопасными для населения. В этой связи "критерий 10 мкЗв" был принят в данной работе в качестве основного критерия радиационной безопасности. Конкретно выполнение этого критерия предполагает, что багаж или содержащиеся в нем отдельные предметы, прошедшие досмотр в фотоядерном детекторе ВВ, считаются безопасными в радиационном отношении, если создаваемая ими годовая доза облучения не превышает 10 мкЗв.
Содержимое багажа можно условно разделить на две категории. В первую категорию входят предметы одежды, которые достаточно равномерно заполняют все пространство багажа и составляют, как правило, основную часть его массы. Ко второй категории можно отнести отдельные предметы, имеющие сравнительно ограниченные массы и объемы.
Натуральные и искусственные волокна, из которых изготовляются текстильные материалы, содержат ограниченный набор химических элементов. В основном это кислород, углерод и водород. Так, хлопчатобумажные и льняные ткани на 99% состоят из целлюлозы (С6Н10О5), натуральный шелк имеет в своем составе примесь азота, а натуральная шерсть — до 2% серы. Практически все синтетические ткани (капрон, нейлон, полиэстер, акрил, лавсан, микрофибра, люрекс и др.) выполнены из полиэфирных, акриловых или полиамидных волокон, построенных из углерода, водорода, азота и кислорода. Столь однородный элементный состав всех текстильных материалов позволяет получить достаточно общие выводы из результатов исследования интенсивности излучения, обусловленного наведенной активностью, ограничившись небольшим списком облучаемых веществ. Конкретно в эксперименте облучались хлопчатобумажная ткань, вискоза, натуральная шерсть, полиэстер, нейлон и дерматин.
Для оценки мощности дозы от предметов, имеющих в багаже ограниченный объем, облучались очки, наручные часы, фотоаппарат, обувь, бумага, изделия из ювелирного золота и серебра. Кроме того, для получения сведений об излучении от различных металлических предметов облучались пластинки из стали, меди и алюминиевого сплава.
2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Исследование проблем радиационной безопасности проводилось на базе установки ДЕМО, которая была создана в России по контракту между ФИАН и Ливерморской национальной лабораторией (США) и представляет собой лабораторный прототип фотоядерного детектора ВВ. Она состоит из электронного импульсного уско-
рителя — разрезного микротрона РАМ-55 [6] на энергию 55 МэВ, детектора вторичного излучения и компьютеризированной системы обработки сигналов детектора и управления всего комплекса.
Согласно проекту в фотоядерном детекторе ВВ для аэропорта, способном обнаруживать 40 г тринитротолуола, за один токовый импульс ускоритель должен облучать на поверхности багажа зону диаметром ~80 мм при падении на тормозную мишень 1012 электронов, что соответствует току 30 мА в импульсе длительностью 6 мкс. Для того чтобы обеспечить в установке ДЕМО требуемый режим облучения для управления ускорителем РАМ-55 использована специальная схема. Сигнал от ионизационной камеры, предварительно прокалиброванной с помощью цилиндра Фара-дея, оцифровывался и интегрировался во времени. Когда суммарный заряд достигал заданного значения, работа ускорителя прекращалась. Для того чтобы определить место установки облучаемых образцов, с помощью активационной методики и малообъемной (0.6 см3) ионизационной камеры был измерен профиль сечения конуса тормозного излучения. В результате было найдено, что диаметр облучаемой зоны составляет 80 мм на расстоянии 40 см от вольфрамового радиатора.
При работе фотоядерного детектора ВВ с помощью системы сканирования после каждого токового импульса ускорителя должно изменяться направление электронного пучка, падающего на радиатор в направлении, перпендикулярном движению багажа на конвейере. В результате вся поверхность объекта последовательно облучается и будет проконтролирован весь объем багажа. В настоящее время установка ДЕМО не укомплектована системой сканирования, и мы имели возможность облучать только одну досматриваемую зону. Для того чтобы определить мощность дозы от всего объема багажа, состоящего из совокупности облученных цилиндрических объемов по измерениям мощности дозы только от одного цилиндра, была разработана специальная методика. В предположении, что багаж имеет форму параллелепипеда с заданными размерами, для такого пересчета было достаточно произвести несколько измерений мощности дозы от одного излучающего цилиндра на определенных расстояниях от него. Эти измерения нами были проделаны, причем в качестве излучающего цилиндрического объема использован бумажный тонкостенный цилиндр заполненный радиоактивным препаратом ЭШГ 12/4, который представляет собой эпоксидные гранулы диаметром ~3 мм, содержащие изотоп европия 152Еи.
Конкретно процедура проведения эксперимента состояла в следующем. Торец бумажного цилиндра, заполненного соответствующим веществом,
Tаблица 1. Результаты экспериментов по облучению объемных материалов
Материал Значение Н на поверхности багажа, мкЗв Значение Н на расстоянии 65 мм от поверхности, мкЗв Значение Н на расстоянии 230 мм от поверхности, мкЗв
Нейлон 7.47 4.17 1.28
Полиэстер 7.07 3.95 1.21
Вискоза 6.87 3.83 1.81
Шерсть 5.88 3.29 1.01
Хлопчатобумажная ткань 7.05 3.94 1.21
Дерматин 5.05 3.07 0.95
помещался на расстоянии 40 см от радиатора перпендикулярно к направлению тормозного пучка и облучался при контроле величины заряда попавшего на радиатор. Через 2 мин после окончания облучения на торце цилиндра измерялась зависимость мощности дозы от времени. При этом измерения велись до тех пор, пока излучение от цилиндра не переставало выделяться над фоном. По полученным данным проводился расчет значения дозы на определенном расстоянии от поверхности багажа за заданный промежуток времени.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ОТ РАСПАДОВ РАДИОНУКЛИДОВ
Суммарные результаты экспериментов при облучении различных видов текстиля приведены в табл. 1, где величина Н соответствует амбиент-
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.