Радиационный контроль

В соответствии с основным назначением  аппаратуру радиометрического контроля относят к приборам, использующим ионизирующие излучения для измерения  физических характеристик просвечиваемых объектов. По характеру измеряемой на ОК величины различают радиометрическую дефектоскопию и радиометрическую толщинометрию. Кроме того, классификационными признаками являются условия измерения (поглощение излучения и его обратное рассеяние), вид используемого ионизируемого  излучения (рентгеновские трубки, изотопные  источники, ускорители) и конструктивно-эксплуатационные особенности.

При радиометрическом методе контроля детекторами излучения являются различного рода счетчики, ионизационные  камеры, сцинтилляционные преобразователи.

В радиометрических приборах может  быть использован аналоговый или  дискретный (счетный) метод представления  информации. Выбор метода обусловлен быстродействием, точностью, числом каналов, выходным устройством анализа и  принятия решения.

Радиометрические дефектоскопы и  толщиномеры обычно работают при  малых суммарных относительных  погрешностях. Вследствие этого закон  распределения статистических и  суммарных погрешностей можно считать  близким к нормальному.

При работе аналоговым методом возможны два режима: стационарный и нестационарный. Первый из них является режимом толщинометрии, когда измерение производится по установившемуся выходному сигналу.

Нестационарный режим является режимом дефектоскопии и характеризуется  тем, что измерение производится по мгновенному неустановившемуся  выходному сигналу. Если измерения  невозможно проводить дискретным методом (в случае источника тормозного излучения), то следует выбирать способ измерения  по среднему току в нестационарном режиме, который при малой погрешности  просчетов обеспечивает большую  точность.

При использовании среднетокового метода измерений в нестационарном режиме необходимо точно фиксировать  момент окончания измерения, что  усложняет схему и вносит дополнительную аппаратурную погрешность.

Источник — изотоп. Разработаны  различные схемы блоков регистрации  радиометрических дефектоскопов со сцинтилляционными счетчиками, работающих в среднетоковом (рисунок 1.4, а) и импульсном режимах (рисунок 1.4, б).

1—источник излучения, 2—изделие, 3—блок детектирования, 4—формирователь, 5—блок обработки, 6—блок регистрации.

Рисунок 1.4. – Структурные схемы радиометрических дефектоскопов

В аппаратуре, построенной по счетному принципу, измеряется средняя частота  следования импульсов, поступающих  с ФЭУ, амплитуда которых превышает  установленный порог дискриминации. Импульсы нормализуются по амплитуде  и длительности, что позволяет  снизить флуктуации на выходе интегратора  по сравнению со среднетоковым режимом.

Интегральный дискриминатор отрезает часть спектра импульсов, обусловленную  рассеянным излучением и шумами фотоумножителя. Это также повышает чувствительность аппаратуры. Устранение рассеянного  излучения необходимо также при  контроле изделий сложной конфигурации с использованием заполнителей, так  как спектры излучения за материалом изделия и заполнителя совпадают  только в области фотопика. В случае такой дискриминации отсекается часть несущих полезную информацию импульсов, вызванных квантами, рассеянными  в материале кристалла.

Источник излучения — ускоритель. При радиометрическом контроле существует зависимость между минимальным, выявляемым дефектом, флуктуацией напряжения питания ФЭУ и начальной интенсивностью излучения. При дифференциальном методе измерения за контролируемым изделием симметрично оси, вдоль которой  распространяется излучение, размещают  выносной блок с двумя детекторами. По соответствующей схеме сравниваются качества двух объемов контролируемого  изделия. При идентичных параметрах каналов измерения в двухканальном  дефектоскопе с использованием вычитающей схемы детерминированные погрешности  взаимно уничтожаются.

При контроле изделий больших толщин заметно возрастает влияние погрешностей, обусловленных квантовым характером излучения и наличием рассеянного  излучения. В этом случае наиболее целесообразно  проводить контроль компенсационным  методом, при котором один сцинтилляционный детектор расположен за контролируемым изделием, а второй — непосредственно в пучке излучения перед контролируемым изделием. В дифференциальном методе контроля с применением вычитающей схемы флуктуация регистрируемого сигнала линейно зависит от флуктуации начальной интенсивности излучения и коэффициента преобразования.

При реализации, дифференциального  и компенсационного методов контроля могут быть использованы различные  схемы измерения. Наиболее простой  способ обработки информации сцинтилляционных детекторов основан на применении вычитающей схемы в среднетоковом варианте. Однако схемы измерения среднего тока ФЭУ, являясь в большинстве  случаев оптимальными для изотопной  дефектоскопии, в случае использования  бетатрона неэффективны ввиду их низкой помехоустойчивости.

Широкое распространение в бетатронной  и рентгеновской дефектоскопии  получили схемы, основанные на измерении  разности усредненных с помощью  диодов и интегрирующих звеньев  импульсов первого и второго  сцинтилляционных детекторов. Существенным недостатком этих схем является необходимость  выбора параметров интегрирующих звеньев  строго одинаковыми.

В противном случае при нестабильно  работающем ускорителе точность определения  степени дефектности контролируемого  изделия не может быть высокой. Этот недостаток устраняется при сравнении  амплитуд импульсов сцинтилляционных детекторов, пропорциональных дозе в  импульсе излучения с их предварительным  преобразованием, которое осуществляется с помощью зарядного устройства и ключа.

Отношение напряжения первого и  второго каналов в двухканальном  дефектоскопе можно измерять с помощью  системы автоматической компенсации  измеряемого сигнала и схемы  отношения амплитуд двух импульсов.

Точность измерения любыми радиометрическими  устройствами с использованием сцинтилляционных детекторов, в том числе и дефектоскопов, в первую очередь определяется стабильностью  параметров детекторов. Однако в двухканальном  дефектоскопе, работающем по схеме  измерения отношения напряжений или логарифма отношения двух напряжений, нет необходимости сохранять  параметры фотоумножителей строго стабильными, достаточно поддерживать их одинаковыми. В дефектоскопе со схемой стабилизации питания ФЛ контрольные  импульсы расположены между импульсами излучения бетатрона. После разделения рабочих и контрольных импульсов  последние сравниваются по амплитуде  и управляют напряжением питания  одного из фотоумножителей таким  образом, чтобы параметры обоих  каналов измерения оставались одинаковыми.

Электрические сигналы с детектора  необходимо рассматривать как случайные  величины. В случае изотопного источника  случайной величиной является число  импульсов за определенный промежуток времени, в случае регистрации тормозного излучения ускорителей — амплитуда  импульсы с детектора. В том и  другом случае с изменением измеряемого  параметра (плотности или толщины) изменяется распределение сигнала  на выходе детектора.

2. Общие положения по радиационному контролю и пробоотбору

 Радиационный контроль (РК) и  пробоотбор предназначены для получения информации о радиационной обстановке и ее изменениях  на объектах   отрасли   с   повышенным   содержанием  естественных  и искусственных радионуклидов с целью:

       - оценки радиационного воздействия  на работников;

       - решения  вопросов  локализации   радиоактивных   загрязнений,    обращения    с   загрязненным   радионуклидами   оборудованием   и    образующимися радиоактивными отходами;

       - осуществления  мероприятий   по  снижению дозовых нагрузок  на    людей;

       - выработки  и  проведения  мероприятий по снижению последствий    вредного воздействия на окружающую среду.

Радиационный контроль включает:

• Определение мощности дозы (МД)  гамма  -  излучения  на местности  в  районе добычи нефти и газа,  складирования топлива и отходов при  дезактивации,  в  рабочих  помещениях  и  на  рабочих местах, местах выбросов и сбросов с объектов нефтегазодобычи.
• Определение  уровней  загрязнения  альфа-  и   бета   - активными   нуклидами   поверхностей   оборудования,  инструмента,  рабочих площадок,  помещений и технических средств,  спецодежды  и кожных покровов работающих,  а также, в случае необходимости, мест их проживания.
• Определение   удельной   активности  и  радионуклидного состава загрязненного грунта,  донных  отложений  и  отложений  на оборудовании, осадков в резервуарах и емкостях, топлива, пластовой воды и дезактивационных растворов, а также других твердых и жидких сред.
• Определение  объемной   активности   природного   газа, воздуха  рабочих  помещений,  в  местах пребывания людей,  а также атмосферного  воздуха  при  ветровом   переносе   естественных   и искусственных радионуклидов из мест нефтегазодобычи.

Радиационный    контроль    и   пробоотбор   осуществляют   специалисты   штатной   или   внештатной    службы    радиационной безопасности, а также головной и базовой лаборатории радиационного контроля Минтопэнерго России (ГЛАРК) или независимых испытательных лабораторий радиационного контроля (ЛРК).

3. Источники ионизирующего излучения

В радиационном неразрушающем контроле используют три вида ионизирующих излучений: тормозное (х), гамма- ( ) и нейтронное (n).

Контроль с  применением нейтронного излучения  осуществляется только в стационарных условиях. Основными источниками нейтронного излучения являются ускорители заряженных частиц, ядерные реакторы и радиоактивные источники нейтронов. В полевых условиях при эксплуатации или строительстве объекта обычно используют х- или -излучения. Источниками х-излучения при этом служат переносные импульсные рентгеновские аппараты, а -излуче ния — радиоактивные источники. С их помощью можно просвечивать стальные изделия толщиной 1...200 мм.

Излучающим элементом  рентгеновских аппаратов являются вакуумные двухэлектродные рентгеновские трубки. На электрод трубки (с холодным катодом) полается импульс высокого напряжения, создаваемый путем разряда накопительной емкости через повышающий высоковольтный трансформатор. Под действием этого импульса происходит электрический пробой вакуума и при торможении электронов на аноде возникают кратковременные (0,1...0,2 мс) вспышки рентгеновского х-излучения.

При диагностировании оборудования в полевых условиях для, контроля металлоконструкций применяется  переносная рентгеновская аппаратура «Арина-0,5», «Шмель» и др., позволяющая  просвечивать стальные материалы толщиной 5...120 мм. Такая аппаратура состоит  из трех основных частей: переносного (транспортабельного) блока — трансформатора с рентгеновской трубкой, переносного  пульта управления чемоданного типа, комплекта соединительного низковольтных  кабелей, трубопроводов или шлангов, применяемых при охлаждении блока  трансформатора.

Контрольно-измерительная  часть представляет собой группу приборов, которые служат для измерения  и регулирования времени, тока, напряжения и частоты. Величина высокого напряжения, подаваемого на электроды рентгеновской трубки, составляет 100...400 кВ. С увеличением напряжения осуществляется смещение максимума излучения в сторону коротких волн, увеличивается проникающая способность излучения.

Рентгеновский излучатель, помимо рентгеновской трубки, включает защитный кожух, заполненный изолирующей средой — трансформаторным маслом или газом под давлением, а также коллиматор — устройство, предназначенное для формирования пучка направленного излучения.

Радиоактивные источники  -излучения применяются в гамма-дефектоскопии и поставляются в ампулах, транспортируемых в специальных контейнерах. В качестве радиоактивных источников обычно используются изотопы Со60, Se75, Ir192. Появление таких сравнительно дешевых радиоактивных источников привело к созданию специальных комплектов оборудования, названных гамма-дефектоскопами. Различают гамма-дефектоскопы для фронтального и панорамного просвечивания, а также универсальные шланговые гамма-дефектоскопы. Гамма-дефектоскопы первого типа представляют собой лишь излучающую радиационную головку, устанавливаемую в зону контроля и снабженную механизмом открывания и закрывания затвора. Наибольшее применение нашли универсальные приборы шлангового типа, состоящие из радиационной головки, i план га-ампул опро вода, пульта управления с механизмом перемещения ампулы с радиоактивным источником по ампулопроводу и коллимирующей насадки. В этих аппаратах ампула радиоактивного источника излучения из радиационной головки подается по ампулопроводу с помощью гибкого троса, приводимого от дистанционного пульта с ручным или апектри- ческим приводом. Наличие дистанционного привода позволяет свести до минимума радиоактивное облучение оператора за счет его удаления от источника излучения на 12 м и более.