СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СПЕЦОДЕЖДЫ Российский патент 2023 года по МПК G01N23/02 

Изобретение относится к неразрушающему радиоизотопному способу контроля, проводимого без контакта с контролируемым объектом, без подготовки его поверхности, и как новая составляющая текстильного материаловедения может быть использована для проверки радиационно-защитных свойств материалов специальной защитной одежды пожарных и спасателей, применяемой при ликвидации последствий радиационных аварий и ядерного терроризма. Защитный материал содержит два компонента: матрицу - резину или иной синтетический материал, и наполнитель - тяжёлый металл, как правило, свинец, придающий материалу свойство ослаблять рентгеновское и гамма-излучение. Измеряется показатель защиты от ионизирующих излучений - коэффициент ослабления материалом гамма-излучения с энергией 122 кэВ от источника кобальт-57 (К122), установленный ГОСТ Ρ 53264-2009 п. 5.3.15. К122 определяется как отношение интенсивности излучения, нормально падающего от источника на материал, к интенсивности излучения, ослабленного материалом.

Аналогичные способы контроля, основанные на наблюдении изменения интенсивности излучения, падающего на детектор, вследствие поглощающих свойств среды, находящейся между излучателем и детектором, широко применяются в листопрокатной промышленности (Гусев Е.А., Королёв М.В., Карпельсон А.Е., Соснин Ф.Р., «Приборы неразрушающего контроля толщины в машиностроении», М., Машиностроение, 1993). Рентгеновские и изотопные установки, измеряющие толщину материала с точностью 0,5- 1,5%, имеют высокую производительность: скорость движения контролируемого листа может достигать десяти метров в секунду, при этом используются высокоактивные источники излучения. Эксплуатация таких установок требует повышенных мер радиационной безопасности, а их производительность для нашего случая избыточна.

Прототипом служит радиационный способ испытания эластомерных металлосодержащих материалов, например, просвинцованной резины, предназначенных для изготовления средств индивидуальной защиты (СИЗ) от рентгеновского и мягкого фотонного излучения в области энергий до 100 кэВ, изложенный в ГОСТ 12.4.217-2001 (Приложение Г) «Метод определения коэффициента защиты материала для СИЗ от мягкого фотонного излучения радионуклидов». Коэффициент защиты от мягкого

фотонного излучения- характеристика материала- определяется как отношение мощности дозы на внешней стороне материала СИЗ к мощности дозы на внутренней (прилегающей к телу) стороне материала СИЗ. Мощность дозы фотонного излучения измеряют с помощью дозиметра. Для испытаний применяют коллимированный источник

6 8

фотонного излучения америций-241 энергии 59,5 кэВ активностью 10 - 10 Бк при неизменной геометрии источника и детектора относительно друг друга. Измеряются следующие параметры излучения: во-первых, мощность дозы фотонного излучения Р_ист, Зв/с в отсутствие материала, во-вторых, фоновое показание дозиметра Рфон в отсутствие источника, в-третьих, мощность дозы фотонного излучения, ослабленного материалом, в нескольких пробных участках СИЗ Р„_р, располагаемых между источником и детектором. Коэффициент защиты Ягамма данного участка СИЗ определяют по формуле: #гамма=(Л|сг--РфонУСЛф-^фон). За результат испытаний принимают минимальный результат. Испытания проводятся с соблюдением требований радиационной безопасности работ с закрытыми источниками ионизирующего излучения в специально спроектированном помещении с применением защитных экранов из тяжелых элементов, например, из свинца. Метод распространяется на материалы, защищающие от мягкого фотонного излучения с энергией не более 100 кэВ, содержащие свинец, лантаноиды, барий, кадмий, молибден, вольфрам (пп. 1 и 5.3.4 ГОСТ 12.4.217-2001). Прототип имеет следующие недостатки:

1) измерения, проводимые с помощью дозиметров, имеют точность 20- 30%, что
ведёт к выпуску излишне тяжёлой одежды (лучшая модель дозиметра ДРГЗ-02,
предназначенная для работы в лабораторных и производственных условиях, имеет
основную погрешность 15%, однако нижний порог регистрации 20 кэВ прибора не
соответствует требованию п. Г.1 ГОСТ 12.4.217-2001, который устанавливает нижний
порог регистрации не более 10 кэВ);

2) точность измерений снижена из-за наличия погрешности от фактора накопления;
3 Использование указанного высокоактивного гамма-источника требует

значительных расходов на проведение технических и организационных мероприятий по радиационной защите персонала и окружающей среды.

Цель изобретения - обеспечить промышленность безопасным способом контроля качества радиационно-защитных материалов и готовых изделий по ГОСТ Ρ 53264-2009. Для просвечивания материала используется коллимированное излучение гамма-источника кобальт-57 энергии 122 кэВ, имеющего активность около 10⁵ Бк - меньшую минимально значимой на рабочем месте (МЗА), установленной Нормами радиационной безопасности, (НРБ-99/2009, прилож. П-4), что обеспечивает безопасные условия труда метролога. Измерения осуществляются в «хорошей» геометрии, т.е. при неизменном и соосном

положении источника и детектора относительно друг друга и с применением селектора, пропускающего на регистрацию сигналы, соответствующие фотонам области гамма-пика 122 кэВ. В таких условиях излучение трансформируется в соответствии с законом ослабления веществом моноэнергетического узкого пучка: Non ~ Νχ exp(-¡u d), где No_n -интенсивность ослабленного материалом излучения в данной точке, JV# - интенсивность

•у

излучения источника, μ- массовый коэффициент ослабления [см /г], d- поверхностная

'У

плотность материала [г/см ]. Из приведённой формулы следует соотношение Ki22n⁼ exp(w d) показывающее, что при данной энергии значение коэффициента ослабления в определённой точке {Ктп) определяется только параметрами материала и не зависит от интенсивности излучения, поэтому в испытательной лаборатории не требуется имитировать условия повышенной радиации, при которых применяются радиационно-защитные изделия. Тот факт, что коэффициент ослабления является относительной величиной, даёт возможность исключить калибровку аппаратуры с помощью образцовых мер. Также преимущество данного способа контроля, основанного на измерении потока гамма-квантов в узком диапазоне энергий, состоит в отсутствии погрешности, связанной с фактором накопления.

В условиях применения источника слабой активности следует учитывать влияние гамма-квантов фона, поэтому коэффициент ослабления для «-ой точки объекта определяется по формуле: Ктп ⁼(Νχ-Ν_φ)/(Ν₀-Ν_φ), где Ий- число частиц от источника

излучения и фона в течение фиксированного времени; N_Qn - число частиц ослабленного

излучения и фона, прошедших через п-ю точку материал за то же время; Ν_φ- число

гамма-квантов фона, измеренных в отсутствие источника и контролируемого объекта за то же время. Т.е. коэффициент ослабления определяется косвенно на основе прямых измерений параметров излучения.

Ослабление гамма-излучения происходит в основном за счёт фотопоглощения, при этом значение массового коэффициента ослабления μ, а, следовательно, и коэффициент ослабления К¡22, определяется содержанием в материале тяжёлых элементов наполнителя (свинца), поскольку парциальный эффект лёгких элементов матрицы, большей частью состоящей из углерода, а также водорода, азота, серы, на 3-4 порядка ниже по сравнению со свинцом (Маренков О.С., Комяк Н.И. Фотонные коэффициенты взаимодействия в рентгенометрическом анализе: Справочник.- Л.: Энергоатомиздат. Ленинград, отд., 1988). Ничтожный вклад матрицы в ослабление излучения позволяет оценивать поверхностную плотность наполнителя в материале и качество материала по такому параметру как неравномерность распределения металлического наполнителя.

Схема установки для выполнения прямых и косвенных измерений представлена на фиг.1, где:

1 - источник излучения

2 - коллиматор

3 - объект контроля

4 - блок детектирования

5 - селектор

6 - таймер

7 - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

8 - энергонезависимое запоминающее устройство (ЭНЗУ)

9 - вычислительный модуль

10 - протокол результатов измерений

Nm- излучение источника, No- ослабленное материалом излучение, Νφ- излучение фона.

Поток гамма-излучения JV# от источника 1 через коллиматор 2 падает на объект контроля 3. Ослабленное материалом излучение No, а также излучение фона Νφ, воздействуют на вещество блока детектирования 4, где энергия гамма-квантов преобразуются в электрические импульсы, которые поступают на селектор 5, пропускающий на регистрацию в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 7 сигналы, соответствующие гамма-квантам области энергий 122 кэВ. ОЗУ 7, работающее под контролем таймера 6, ведет подсчёт поступающих импульсов. К концу экспозиции в ОЗУ 7 формируется число, отражающее интенсивность излучения. По сигналу таймера 6 «конец измерения» выполняется несколько операций: 1) производится запись числа из ОЗУ 7 в энергонезависимое запоминающее устройство (ЭНЗУ) 8, 2) очищается ОЗУ 7. При запуске таймера 6 ОЗУ 7 снова начинает подсчёт импульсов от селектора 5. По окончании прямых измерений в ЭНЗУ 8 накапливается массив данных, отражающий параметры излучения: интенсивность излучения источника (Νμ) в отсутствие материала, интенсивность ослабленного материалом излучения в каждой точке (Νοι, N02, N03, … Non), и интенсивность излучения фона, измеренная в отсутствие источника и материала (Л^). Измерения Νχ и Νφ выполняются дважды - до и после просвечивания материала.

Данные, накопленные в ЭНЗУ 8, используются затем в косвенных измерениях, выполняемых вычислительным модулем 9: вычисление средних значений Νπ, Νφ, затем -средних значений коэффициента ослабления в каждой точке п, а также средней квадратичной ошибки измерения - параметра для оценки неравномерности распределения

в материале металлического наполнителя. В итоге получают протокол результатов измерений 10.

Использование: для контроля радиационно-защитных свойств листовых материалов. Сущность изобретения заключается в том, что используют источник гамма-излучения, размещаемый с одной стороны материала, коллиматор, обеспечивающий просвечивание материала в геометрии узкого пучка, блок детектирования, расположенный на неизменном расстоянии и соосно с источником и коллиматором с другой стороны материала, выполняют метод произвольной выборки путем многократного в разных точках просвечивания материала, при этом сигнал от блока детектирования поступает на селектор, настроенный на пропускание сигнала, соответствующего области гамма-пика, который передается на контролируемое таймером оперативное запоминающее устройство, данные которого как результат прямых измерений интенсивности излучения поступают на энергонезависимое запоминающее устройство, в котором формируется массив данных, характеризующих интенсивность излучения источника, измеренную в отсутствие материала, а также интенсивность ослабленного материалом излучения в каждой точке и интенсивность излучения фона, измеренную в отсутствие источника и материала, которые далее используются в автоматизированных косвенных измерениях коэффициентов ослабления материалом гамма-излучения и определяются для каждой точки как отношение интенсивности излучения с вычетом фона к интенсивности ослабленного материалом излучения с вычетом фона, при этом излучение получают от источника, имеющего активность меньшую минимально значимой на рабочем месте (МЗА). Технический результат: обеспечение возможности безопасным образом и с высокой точностью осуществить контроль качества радиационно-защитных материалов и готовых изделий. 1 ил.

Способ контроля радиационно-защитных свойств листовых материалов, включающий использование источника гамма-излучения, помещаемого с одной стороны материала, коллиматора, обеспечивающего просвечивание материала в геометрии узкого пучка, блока детектирования, расположенного на неизменном расстоянии и соосно с источником и коллиматором с другой стороны материала, метода произвольной выборки путем многократного в разных точках просвечивания материала, отличающийся тем, что сигнал от блока детектирования поступает на селектор, настроенный на пропускание сигнала, соответствующего области гамма-пика, который передается на контролируемое таймером оперативное запоминающее устройство, данные которого как результат прямых измерений интенсивности излучения поступают на энергонезависимое запоминающее устройство, в котором формируется массив данных, характеризующих интенсивность излучения источника, измеренную в отсутствие материала, а также интенсивность ослабленного материалом излучения в каждой точке и интенсивность излучения фона, измеренную в отсутствие источника и материала, которые далее используются в автоматизированных косвенных измерениях коэффициентов ослабления материалом гамма-излучения и определяются для каждой точки как отношение интенсивности излучения с вычетом фона к интенсивности ослабленного материалом излучения с вычетом фона, при этом излучение получают от источника, имеющего активность меньшую минимально значимой на рабочем месте (МЗА).