СПОСОБ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ПРОДУКЦИИ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G01T1/161 

Изобретение относится к контролю объектов, подвергшихся радиационному воздействию в зонах с повышенным уровнем радиации. Главным образом это относится к прижизненному радиационному контролю сельскохозяйственных животных, предназначенных к убою, но может быть использовано для массового контроля больших партий объектов (преимущественно крупногабаритных) перед их переработкой и/или потреблением. К таким объектам можно отнести молоко в бидонах, затаренные картофель, зерно, овощи и другие продукции сельскохозяйственной деятельности.

Радиационный контроль вышеперечисленных объектов предполагает определение степени их пригодности для дальнейшего пользования. Критерием оценки служат предельно допустимые уровни (ПДУ) содержания в объектах тех или иных радиоактивных нуклидов.

Для радиационного контроля объектов в настоящее время известны различные способы. Известен способ контроля, заключающийся в том, что предварительно отбирают пробы объектов контроля (мяса, молока, воды и т. д. ), которые затем размещают в специальных емкостях, установленных в соответствующей геометрии измерения. Измерения проводят, например, с помощью прибора РУБ 01 П1 (1) по бета-излучению радионуклидов, присутствующих в пробах. По данным измерений определяют содержание в пробе тех или иных радионуклидов и соответственно степень пригодности объектов контроля.

Детектор бета-излучения по (1) выполнен из органических поверхностно-активированных сцинтилляционных пластин толщиной 2,5-3 мм и во время измерений размещен в защите из свинца толщиной 10 см. Емкость для пробы размещают внутри детектора между гребенками пластин и имеет объем 1 л. Для пассивной защиты (экранировки от фонового излучения) используют свинец.

Существенным недостатком известного способа является то, что данные, полученные лишь для пробы, приписывают всему объекту, а то и всей партии объектов. Это обстоятельство может привести к пагубным последствиям вследствие недостоверного характера контроля. Проба может оказаться лишь частью локально загрязненного участка, когда вся партия в целом является радиационно чистой. Или наоборот, проба оказывается чистой, в то время как объект в принципе является радиационно загрязненным. Последствия такого контроля очевидны. Устройство обладает малой производительностью, содержит много дефицитного свинца.

Известен также способ радиационного контроля объектов, заключающийся в том, что осуществляют регистрацию излучения, испускаемого исследуемыми объектами, в определенной геометрии, с последующим спектрометрическим анализом, по которому судят о характере и уровне радиационного заражения объекта. Для спектрометрического анализа по гамма-излучению может быть использован прибор РУБ-01 П6 [2] . Детектор выполнен на основе NaJ размером 63х63 и размещен в свинцовой защите.

Способ также основан на отборе проб для измерений. Емкость для пробы с фиксированным весом выполнена в виде чашки Маринелли, которую ставят на детектор. Затем закрывают верхнюю крышку свинцовой защитой и производят соответствующие измерения.

Способ обладает теми же недостатками, что и известное решение по [1] по части контроля объектов лишь по пробам.

Однако наиболее существенным недостатком известных решений является необходимость проведения всего комплекса регламентированных спектрометрических измерений с отобранными пробами, как с действительно радиационно зараженными, так и с чистыми. Это значительно усложняет и удлиняет процедуру контроля.

Целью изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а именно снижение себестоимости способа, повышение достоверности и производительности контроля путем радиационной прижизненной сортировки объектов без отбора пробы.

Цель достигается тем, что в предлагаемом способе радиационного контроля сельскохозяйственных животных (объектов) и продукции, заключающему в том, что осуществляют регистрацию излучения, испускаемого исследуемыми объектами, в определенной геометрии измерений, с последующим спектрометрическим анализом, по которому судят о характере и уровне радиационного загрязнения объекта, регистрацию излучения от этих объектов производят предварительно в режиме турникета в спектральном диапазоне гамма-излучения от 0-250 кэВ с помощью детектирующей системы с порогом чувствительности, меньшим наименьшего предельно допустимого уровня радионуклидов в объектах, а спектрометрический анализ производят только для тех объектов, для которых результаты предыдущих измерений превышают установленный допустимый уровень радиоактивного загрязнения. Для осуществления такого способа предлагается устройство радиационного контроля сельскохозяйственных животных и продукции, содержащее зону измерения и систему спектрометрического анализа, в котором зона измерения выполнена в виде турникета, а устройство дополнительно содержит детектор ионизирующего излучения, выполненный из пластмассового сцинтиллятора с размерами чувствительной поверхности не менее 10х10 см²и толщиной 5-20 см, окруженный со всех сторон, кроме стороны, обращенной к зоне измерения - турникету, защитными блоками с радиационно чистой водой, а система спектрометрического анализа выполнена со съемной головкой на сцинтилляторах из йодистого натрия размерами 8 х (8-40) см и установлена в защите в зоне измерения с фиксированным углом измерения.

Реализация заявленного предложения обусловлена следующими факторами, представляющими собой существо данного изобретения. Прежде всего контролю подвергаются объекты в том состоянии, в котором предполагается их дальнейшее использование. Это сельскохозяйственные животные (коровы, овцы, поросята и т. д. ), которые направляются на мясокомбинаты или убой. Либо это овощи, фрукты, молоко или другие продукты в затаренном виде (в мешках, ящиках, коробках, бидонах и т. д. ) перед их закладкой на хранение или продажу.

Для их радиационного контроля устанавливается режим турникета, когда объекты по очереди пропускают через зону измерения. Животных можно прогонять через турникет, а другую продукцию в таре можно пропустить через ту же зону с помощью транспортера, установленного на уровне объектива измерения.

В зоне измерения устанавливают две детектирующие системы, одну из которых выбирают с меньшим порогом чувствительности и высоким быстродействием 1-10 с. Ее роль сводится к выявлению тех объектов, которые имеют заражение выше национального предельно допустимого уровня (ПДУ). В случае отсутствия сигнала предупреждения о превышении ПДУ, объект направляют по своему назначению. В случае сигнала превышения ПДУ срабатывает вторая детектирующая система на полный спектрометрический анализ объекта, которая дает сведения о характере и степени радиоактивного заражения объекта. На основании этих данных вырабатываются рекомендации о дальнейших действиях (дальнейшем выгуле животных, разбавлении продуктов до допустимого уровня радиации в них и т. д. ).

Возможность такого контроля обусловлена еще и тем обстоятельством, что установлен энергетический диапазон предварительного анализа (10-250 кэВ), характер излучения в котором позволяет достоверно выявить случаи превышения ПДУ для всех радионуклидов, имеющих практическое значение.

На фиг. 1 приведена схема проведения контроля в режиме турникета; на фиг. 2 - схема измерений по методу "толстослойного" источника с фиксированным телесным углом измерения α ; на фиг. 3 - возможные варианты исполнения одного из детекторов переносного турникета.

На фиг. 1 показан спектрометрический детектор 1, размещенный в защите 2, а также пластмассовый детектор 3. Зона измерений - турникет образована между двух блоков защиты 2 таким образом, что входные окна - объективы α₁ и α₂ - спектрометрического или радиометрического детекторов просматривают зону измерений одновременно. Вход и выход из турникета ограничен напpавляющими 4.

Для локализации поверхностной загрязненности или для анализа заражения по бета-излучению этот комплекс может быть дополнительно снабжен перемещаемым в пространстве над турникетом детектором 5. В зависимости от комплектации комплекс снабжен следующей периферией: пульт управления 6 или компьютер 7, трехцветный светофор 8 и цифропечать 9.

На фиг. 2 приведена схема измерений излучения из "толстослойного" источника 10.

В случае поверхностного загрязнения объекта 10 угловое распределение потока излучения 11 - изотропное, а спектр излучения 12 - с характерным фотопиком. В случае объемного заражения объекта - угловое распределение 13 потока излучения - косинусоидальное, а форма спектра 14 - экспоненциальная с минимальным спадом в области 250 кэВ.

На фиг. 3 приведен облегченный вариант 15 одного из детекторов переносного турникета и вариант 16 выносного детектора 5.

Предлагаемый способ основан на двухстороннем методе измерения потока излучения, выходящего из "толстослойного" источника - объекта контроля (фиг. 2). При фиксированном угле α поток N излучения в выбранном энергетическом диапазоне, попадаемый на детектор 1 или 2, будет всегда пропорционален удельной активности Q уровня радиоактивного заражения объекта, т. е.

N = BQ, (1) где В - чувствительность детектора в (имп/с кг/ки) в данной геометрии для данного радионуклида, равномерно растворенного в объекте.

А минимально детектируемая (порог чувствительности) удельная активность МДQ равна
MDQ = 3B, (2) где N_ф - фон; t - время измерения; m - степень подавления фона.

Таким образом, пропадает необходимость в таких условиях, производить пробоподготовку и взвешивание пробы. Как только объект перекрывает объектив L детектора на расстоянии Н от него, происходит автоматическое взвешивание части (ограничение апертурой L и толщиной d, заштрихованная часть объекта 10) источника при условии, что этот объект толстослойный. Так, например, при заражении объектов цезием-137 (энергия гамма-излучения 662 кэВ), толщина d, формирующая внешнее поле 13 и 14 излучения, должна быть не менее 20 см, что для крупного рогатого скота и другой сельскохозяйственной живности выполняется с достаточной точностью. Уровень заражения крупного рогатого скота и другой сельскохозяйственной живности колеблется в разных районах в пределах от 10^-10 до 6 ˙ 10^-8 Ки/кг. Для обеспечения достаточного быстродействия контроля (время t экспозиции объекта), чтобы не снижать производительности агропроизводства, необходимо в соответствии с предлагаемой таблицей применять съемные головки с различными размерами кристаллов. Так, например, нецелесообразно и весьма дорогостояще применять сборку из восьми кристаллов размером 8х40 см для регистрации и анализа спектров с уровнем заражения 2 ˙ 10^-8 Ки/кг, если с такой задачей за удовлетворительное время может справиться детектор на основе одного кристалла размером 8х8 см.

Детектор 3 (фиг. 1) может иметь произвольную апертуру L₂, так как в его задачу входит лишь обнаружить превышение над фоном от объекта и оценить предварительно уровень заражения. Для этой цели важно максимально приблизить к поверхности объекта 10 (фиг. 2) детектор 3. Однако при этом увеличивается фон детектора (фиг. 1) в отсутствие объекта, так как в детектор будет попадать излучение от калия-40 из окружающей среды и неэкранированное защитным блоком спектрометрического детектора 1. Кроме того, объект 10 может и не перекрыть полностью объектив L₂ этого детектора и поэтому точные измерения уровней заражения необходимо проводить в геометрии из ограниченного угла (фиг. 2).

Деградированный спектр 14 (фиг. 2) "толстослойного" источника обогащен "мягкой" компонентной спадающей по экспоненте от 10 кэВ до 250 кэВ. Для регистрации гамма-излучения в этом диапазоне и обнаружения минимальных детектируемых активностей (МДQ) за приемлемое время (t = = 1-10 с) наиболее целесообразен, по соображениям простоты и дешевизны, пластический сцинтиллятор. Порядковый номер материала этого сцинтиллятора Z ≈ 7, т. е. он является тканеэквивалентным детектором. Поэтому для практически полного поглощения необходима толщина детектора 20 см, при этом достигается 50% эффективная регистрация моноэнергетического гамма-излучения с энергией 662. Однако как видно из экспериментов, средневзвешенная энергия гамма-излучения, выходящего из "толстого" слоя, имеет энергию 80-120 кэВ. Поэтому минимально допустимый размер по толщине этого детектора достаточен на пределе 5 см для обеспечения 30% эффективности регистрации.

Минимальный размер по чувствительной поверхности выбирается из соображения достаточности решения задачи для выполнения основных максимальных условий - быстродействия 1-10 с, наивысшего допустимого уровня заражения 6 ˙ 10^-8 Ки/кг, достаточной чувствительности детектора при заданном фоне, определяемом защитой, а также возможностью его использования в переносном варианте без защиты или с облегченной защитой. Этот размер в соответствии с приведенной таблицей соответствует пределам 10 х 10 см².

Защита выполнена из фигурных баков (фиг. 1-3) с возможностью их выполнения из нескольких частей для облегчения транспортировки и сборки, залитых радиационно чистой водой, т. е. с уровнем активности не выше 3 ˙ 10^-11 ки/л. Максимальная толщина слоя воды в защите 50 см, минимальная 10-15 мс. Слой воды порядка 50 см эквивалентен слою свинца 5 см для диапазона гамма-излучения с энергией ниже 662 кэВ.

В связи с тем, что средневзвешенная энергия от "толстослойных" источников калий-40 и радон-222, растворенных в земле, строительных бетонных перекрытиях, настилах и в атмосферном воздухе также лежит в пределах 80-120 кэВ, а вклад моноэнергетического излучения 1,462 и 1,76 мэВ примерно в 100 раз меньше вклада в поток фона в диапазоне 80-120 кэВ, то такая водяная защита должна занять соответствующее место в решении задач агропромышленного комплекса. Целесообразность ее диктуется прежде всего достигаемой мобильностью и доступностью, а также дефицитом свинца.

В соответствии с предлагаемым способом, контроль осуществляют следующим образом.

Объект (крупный рогатый скот, сельскохозяйственная живность и др. ) устанавливают в зону измерения - турникет, таким образом, чтобы перекрыть по возможности объективы L₁ и L₂ детекторов. Проводят измерение пластмассовым детектором 3. Если уровень не превышает допустимого, что фиксируется по зеленому и желтому сигналу светофора, то объект пропускается через турникет. Если уровень превышает заданный уровень, загорается красный сигнал светофора, то объект направляется на другой специализированный турникет, оснащенный спектрометрическими детекторами 1 на линии с компьютером. Производится анализ формы спектров 12 и 14 (фиг. 2), после чего устанавливается характер заражения и затем определяется радионуклидный состав в зараженном объекте и проводятся точные измерения в ограниченном телесном угле α₁ уровня заражения. По результатам измерений и по качеству радионуклидного состава судят о возрасте радиоактивного заражения, после чего принимают соответствующие решения о дальнейшей судьбе объекта.

При необходимости используют перемещаемый в пространстве над турникетом детектор 5, с помощью которого возможно локализовать заражение и провести анализ по бета-излучению на предмет наличия стронция-90.

Детектор 5 может быть комплексным и изготовлен из пластика с толщиной 5-6 см или на основе газоразрядного детектора с поверхностью 900 - 1280 см², наполненного ксеноном.

Таким образом, при использовании такого способа контроля объектов агропрома и устройства - турникета для его осуществления появляется возможность не менее чем в 10 раз увеличить пропускную способность средств радиационного контроля, а также выполнить устройства для его осуществления более дешевыми и приближенными к реальным условиям агропромышленного комплекса, а также к приусадебному частному животноводству. (56) 1. Каталог В/О "Изотоп", с. 14, Радиометр РУБ-01 П1, М. 1988.

2. Каталог В/О "Изотоп", с. 24, Радиометр РУБ-01 П6, М. , 1990.

Использование: область контроля объектов, подвергшихся радиационному воздействию в зонах с повышенным уровнем радиации, и может быть использовано при прижизненном контроле сельскохозяйственных животных, сущность изобретения: используют спектрометрический на основе йодистого натрия и радиометрический на основе сцинтилляционной пластмассы измерительный и обнаружительный каналы измерения. В процессе контроля - сортировки предварительно проводят экспрессную регистрацию гамма-излучения в диапазоне 10 - 250 кэВ в режиме турникета с помощью пластмассового детектора толщиной 5 - 20 см и размером чувствительной поверхности не менее 10×10 см², а в случае обнаружения радиоактивных веществ в объектах их направляют на прецизионный спектрометрический анализ. Детекторы этой системы размещены в защите, выполненной из баков, наполненных радиационно чистой водой. 2 с. п. ф-лы, 3 ил, 1 табл.

1. Способ радиационного контроля продукции агропромышленного производства, заключающийся в том, что осуществляют регистрацию излучения, испускаемого исследуемыми объектами, в определенной геометрии измерений, с последующим спектрометрическим анализом, по которому судят о характере и уровне радиационного заражения объекта, отличающийся тем, что, с целью снижения себестоимости способа, повышения достоверности и производительности контроля путем радиационной прижизненной сортировки объектов без отбора пробы, регистрацию излучения от объектов производят предварительно в режиме турникета в спектральном диапазоне гамма-излучения 10 - 250 кэВ с помощью детектирующей системы с порогом чувствительности, меньшим наименьшего предельно допустимого уровня радионуклидов в объектах, а спектрометрический анализ производят только для тех объектов, для которых результаты предыдущих измерений превышают установленный предельно допустимый уровень радиоактивного заражения. 2. Устройство для радиационного контроля продукции агропромышленного производства, содержащее зону измерения и систему спектрометрического анализа, отличающееся тем, что зона измерения выполнена в виде турникета, устройство дополнительно содержит детектор ионизирующего излучения, выполненный из пластмассового сцинтиллятора с размерами чувствительной поверхности не менее 10 · 10 см² и толщиной 5 - 20 см, окруженный со всех сторон, кроме стороны, обращенной к зоне измерения, защитными блоками с радиационно чистой водой, а система спектрометрического анализа выполнена со съемной головкой на сцинтилляторах из йодистого натрия размерами 8 · (8 - 40) см и установлена в зоне измерения с фиксированным углом измерения.