Радиационная безопасность при эксплуатации источников ионизирующих излучений. Учебник

Существуют также комбинированные системы, объединяющие оба метода. Например, двухпроекционный сканер «Контур» позволяет получать одновременно два изображения: одно в полный рост человека (трансмиссионное), а второе – изображение зоны брюшной полости с повышенной детализацией, что существенно расширяет возможности обнаружения небольших объектов, включая проглоченные контейнеры с наркотиками, драгоценные камни и металлы.

В практике таможенного контроля рентгеновские сканеры человека применяются для решения широкого круга задач. Прежде всего, это выявление контрабанды наркотических средств, которые злоумышленники пытаются провезти, скрывая их под одеждой или внутри тела. Сканеры эффективно обнаруживают также ювелирные изделия, драгоценные камни, крупные суммы наличных денег, оружие, взрывчатые вещества и другие предметы, запрещенные к перемещению через границу. Известны случаи, когда при досмотре с использованием рентгеновских сканеров в аэропорту Шереметьево у пассажиров обнаруживали тысячи единиц ювелирных изделий общим весом более 13 кг, а также драгоценные камни общей массой почти 4 тысячи карат.

Особую ценность представляют РСЧ для выявления предметов, спрятанных в естественных полостях тела. Мобильные телефоны, сим-карты, контейнеры с наркотиками – все эти объекты, содержащие металлические элементы или обладающие характерной формой, уверенно идентифицируются на рентгеновских изображениях. В пенитенциарных учреждениях такие сканеры стали незаменимым инструментом предотвращения проноса запрещенных предметов.

1.2.7. Основные блоки и узлы, принцип работы рентгеновских сканеров человека

Конструкция рентгеновского сканера для персонального досмотра человека представляет собой сложный комплекс, включающий несколько основных функциональных элементов. В типовом исполнении, характерном для систем типа «Сибскан» или «Контур», установка состоит из двух вертикальных стоек или шкафов, размещенных на некотором расстоянии друг от друга. В одной стойке располагается рентгеновский излучатель с системой коллимации, в другой – приемная система (детекторы). Пространство между стойками является зоной сканирования, куда помещается досматриваемый человек.

Рентгеновский излучатель в таких установках представляет собой маломощную рентгеновскую трубку с анодным напряжением, как правило, не превышающим 160 кВ для трансмиссионных систем и несколько меньшим для систем обратного рассеяния. Особенностью конструкции является формирование чрезвычайно узкого пучка излучения. В системе «Сибскан» используется плоский веерообразный луч толщиной около 1,5 мм, формируемый специальной системой коллиматоров. В сканере «Контур» ширина пучка не превышает 2 мм, что позволяет минимизировать дозовую нагрузку на досматриваемого человека.

Принцип работы основан на сканировании человека узким пучком, который перемещается вдоль тела. В зависимости от конструктивного решения, сканирование может осуществляться двумя способами. В первом варианте излучатель и детекторная система синхронно перемещаются вдоль неподвижно стоящего человека. Так реализована работа сканера «Сибскан», где механическая система обеспечивает вертикальное перемещение со скоростью до 40 см/с. Во втором варианте, примененном в сканере «Контур», излучатель и детектор остаются неподвижными, а сканирование происходит за счет перемещения человека на специальной движущейся платформе. В любом случае обеспечивается последовательное просвечивание всего тела.

Детекторная система в современных РСЧ представляет собой линейку высокочувствительных полупроводниковых сцинтилляционных детекторов, расположенных вертикально. В трансмиссионных системах детекторы регистрируют излучение, прошедшее через тело человека и ослабленное в различной степени разными тканями и предметами. В системах обратного рассеяния детекторы располагаются с той же стороны, что и излучатель, и улавливают отраженное от тела и скрытых предметов излучение. В двухпроекционных системах может использоваться комбинация обоих типов детекторов.

Сигналы с детекторов оцифровываются и поступают в компьютер, где специальное программное обеспечение синтезирует из последовательных строк сканирования полноценное двумерное изображение. Получение изображения происходит практически в реальном времени. Так, в системе «Сибскан» после окончания сканирования, занимающего не более 5 секунд, снимок сразу появляется на экране дисплея. Низкий уровень геометрических искажений и высокое пространственное разрешение (до 1,5×1,5 мм в системе «Сибскан» и до 2,5 мм в сканере «Контур») позволяют оператору уверенно идентифицировать подозрительные предметы.

Важным элементом конструкции является система обеспечения безопасности. В соответствии с требованиями, РСЧ оснащаются световой и звуковой сигнализацией, информирующей о включении генерации излучения. Устройство пульта управления должно исключать возможность несанкционированного включения, например, с помощью замкового устройства или ввода специального пароля. Обязательным является наличие блокировок, исключающих возможность генерации излучения при открытой досмотровой камере или при любых неисправностях, влияющих на облучение людей.

1.2.8. Энергия излучения и дозовые характеристики

Энергетические характеристики рентгеновского излучения, создаваемого сканерами для персонального досмотра, подбираются таким образом, чтобы обеспечить оптимальный баланс между проникающей способностью и безопасностью. Анодное напряжение рентгеновской трубки в различных моделях может варьироваться, но в целом находится в диапазоне, достаточном для просвечивания тканей человека и выявления скрытых предметов.

Главным параметром, характеризующим безопасность РСЧ, является индивидуальная эффективная доза, получаемая человеком за одно сканирование. Действовавшие санитарные правила СанПиН 2.6.1.3106—13 устанавливали, что сканеры, обеспечивающие дозу не более 0,3 мкЗв за одно сканирование, могут использоваться для персонального досмотра любыми организациями, имеющими соответствующую лицензию. Данное значение выбрано не случайно – оно составляет примерно 10% от суточной фоновой дозы, получаемой человеком от естественных источников излучения на поверхности Земли.

Современные микродозовые сканеры уверенно укладываются в данное требование. Так, система «Сибскан» обеспечивает дозу около 0,3 мкЗв за один досмотр. Сканер «Контур» имеет полностью настраиваемую дозу в диапазоне от 0,10 до 4,5 мкЗв, при этом в однопроекционном режиме типовое значение составляет 0,25 мкЗв, а в двухпроекционном – около 2,0 мкЗв. Даже в последнем случае доза остается значительно ниже установленного предела годовой эффективной дозы для населения, который составляет 1 мЗв (1000 мкЗв) в год.

Важно отметить, что для обеспечения безопасности лиц, которые могут многократно проходить сканирование (например, сотрудники служб безопасности или часто летающие пассажиры), санитарными правилами установлен дополнительный предел: годовая эффективная доза облучения критической группы населения за счет любого разрешенного использования РСЧ не должна превышать 0,3 мЗв, что означает, что даже при регулярном досмотре накопленная доза не превысит допустимого уровня.

Энергия излучения также определяет проникающую способность сканера. Для трансмиссионных систем важным параметром является способность обнаруживать предметы за плотными тканями. Сканер «Контур», например, обеспечивает проникающую способность до 34 мм по стали, что вполне достаточно для выявления металлических предметов, скрытых за мягкими тканями. Системы обратного рассеяния, использующие меньшие энергии, эффективны для выявления органических материалов на поверхности тела.

Принципиальное значение имеет то обстоятельство, что все современные РСЧ относятся к генерирующим источникам ионизирующего излучения, что означает, что излучение существует только в процессе сканирования и мгновенно прекращается при его завершении или при срабатывании систем блокировки. В выключенном состоянии такие установки не представляют никакой радиационной опасности.

Соблюдение дозовых пределов и требований к конструкции обеспечивается проведением регулярного радиационного контроля. В соответствии с санитарными правилами, перед началом работы персонал обязан проверять соответствие дозы за одно сканирование требованиям технической документации. Кроме того, осуществляется периодический контроль мощности амбиентного эквивалента дозы на расстоянии 10 см от внешней поверхности сканера, которая не должна превышать 1 мкЗв/ч при любом допустимом режиме работы.

Таким образом, знание видов, устройства и энергетических характеристик рентгеновских сканеров для персонального досмотра людей является необходимым условием их грамотной эксплуатации. Понимание того, как формируется изображение, от чего зависит дозовая нагрузка и какие конструктивные решения обеспечивают безопасность, позволяет должностным лицам таможенных органов эффективно применять эти технические средства при неукоснительном соблюдении принципа радиационной безопасности.

1.2.9. Элементы конструкции рентгеновских сканеров человека, обеспечивающие радиационную безопасность сканируемых лиц, персонала и окружающих

При разработке рентгеновских сканеров для персонального досмотра людей вопросы радиационной безопасности приобретают особую значимость, поскольку объектом контроля здесь выступает непосредственно человек. В отличие от досмотровой техники для багажа, где допустимы существенно более высокие уровни облучения, конструкция РСЧ подчиняется главному принципу: обеспечение необходимой обнаружительной способности при минимально возможном воздействии на организм. Достижение данной цели обеспечивается целым комплексом инженерно-технических решений, которые можно разделить на несколько взаимосвязанных групп: средства минимизации дозы облучения сканируемого лица, средства внешней защиты окружающих и персонала, системы блокировок и сигнализации.

Международный стандарт IEC 62463:2024, являющийся основополагающим документом в области радиационной защиты при использовании рентгеновских сканеров для досмотра людей, устанавливает единые требования ко всем типам таких систем, независимо от применяемого физического принципа формирования изображения. Данный стандарт охватывает три категории лиц, чья защита должна обеспечиваться конструкцией: непосредственно сканируемые люди, лица, находящиеся вблизи оборудования, и операторы. Примечательно, что в новой редакции стандарта классификация систем изменена: вместо деления по типу технологии (трансмиссия или обратное рассеяние) введена классификация, основанная на уровне дозы и применяемых административных мерах контроля, что подчеркивает, что безопасность определяется не столько типом сканера, сколько его конкретными дозовыми характеристиками и конструктивными особенностями.

1.2.10. Минимизация дозы облучения сканируемого лица

Главным отличием РСЧ от других рентгеновских установок является то, что излучение воздействует непосредственно на тело человека. Поэтому конструкция сканера должна обеспечивать предельно низкую дозу облучения при сохранении требуемого качества изображения. Как отмечалось ранее, современные микродозовые сканеры обеспечивают дозу порядка 0,25—0,3 мкЗв за одно сканирование, что составляет примерно 10% от суточной фоновой дозы, что достигается совокупностью нескольких конструктивных решений.

Прежде всего, используется маломощная рентгеновская трубка, работающая в импульсном режиме с очень низким анодным током. В отличие от медицинских рентгеновских аппаратов, где требуется высокое качество изображения для диагностики, для задач обнаружения контрабанды достаточно меньшей детализации, что позволяет существенно снизить мощность излучения.

Ключевую роль играет система коллимации, формирующая чрезвычайно узкий пучок излучения. В сканерах типа «Сибскан» используется плоский веерообразный луч толщиной около 1,5 мм, в сканере «Контур» ширина пучка не превышает 2 мм, что означает, что в каждый момент времени облучению подвергается лишь узкая полоска тела, а не вся его поверхность. При сканировании пучок последовательно перемещается вдоль тела, и любая точка поверхности облучается лишь в течение долей секунды. Такой метод сканирования позволяет минимизировать интегральную дозу при сохранении возможности получения полноценного изображения всего тела.

Важным элементом является конструкция самого рентгеновского излучателя. Он должен обеспечивать минимальную утечку излучения во всех направлениях, кроме рабочего пучка. Согласно требованиям, радиационный выход за пределами полезного пучка должен быть сведен к практически фоновым значениям. В трансмиссионных системах дополнительное ослабление неиспользуемого излучения обеспечивается конструкцией штатива и защитных кожухов.

В системах обратного рассеяния, где детекторы расположены с той же стороны, что и излучатель, особое значение приобретает форма пучка. Использование игольчатого пучка, сканирующего объект по двум координатам, позволяет минимизировать площадь облучения в каждый момент времени и, соответственно, снизить дозу.

1.2.11. Защита окружающих и персонала от внешнего облучения

Хотя сам сканируемый человек получает минимальную дозу, основная задача конструкторов – не допустить облучения лиц, не участвующих в досмотре, и самого оператора. Для этого применяются различные средства внешней защиты, которые можно разделить на стационарные (встроенные в конструкцию сканера) и дополнительные (защитные кабины, ограждения).

В базовой комплектации любой сертифицированный РСЧ имеет встроенную радиационную защиту, обеспечивающую выполнение требования о мощности амбиентного эквивалента дозы на расстоянии 0,1 м от внешней поверхности сканера не более 1 мкЗв/ч при любом допустимом режиме работы, что достигается за счет экранирования корпуса материалами с высоким атомным номером, как правило, свинцом или его сплавами. Толщина и конфигурация защиты рассчитываются таким образом, чтобы ослабить как прямое излучение (в тех направлениях, где оно может выходить за пределы рабочей зоны), так и рассеянное от тела сканируемого и элементов конструкции.

Однако в реальных условиях эксплуатации, особенно в местах с высокой проходимостью, например в аэропортах или на пунктах пропуска, даже такого уровня ослабления может быть недостаточно, поскольку люди могут находиться в непосредственной близости от сканера постоянно. Для таких случаев разработаны специальные защитные кабины, представляющие собой внешнее ограждение, полностью изолирующее зону сканирования от окружающего пространства. Компания LINEV Systems, например, предлагает рентгенозащитную кабину для своих сканеров CONPASS и CONPASS SMART, которая позволяет минимизировать зону радиационной безопасности и размещать оборудование даже в местах с ограниченным пространством.

Защитная кабина оснащается передними и задними раздвижными дверями, что обеспечивает удобство прохода сканируемых лиц и может использоваться в различных операционных сценариях. Конструкция кабины обеспечивает свинцовый эквивалент, достаточный для того, чтобы операторы и посторонние лица могли находиться в непосредственной близости от сканера без какого-либо радиационного воздействия, что соответствует требованиям американского национального стандарта ANSI/HPS 43.17—2009. Важной опцией являются рентгенозащитные смотровые окна, позволяющие оператору наблюдать за поведением сканируемого человека на протяжении всего процесса досмотра. Такие окна изготавливаются из специального свинцового стекла, ослабляющего излучение до безопасного уровня при сохранении прозрачности.

Системы блокировок и сигнализации

Никакая пассивная защита не будет эффективной, если не исключена возможность случайного или преднамеренного облучения людей. Конструкция любого РСЧ в обязательном порядке включает несколько независимых систем блокировки и сигнализации, которые обеспечивают безопасность во всех режимах работы.

Главным элементом являются блокировки дверей. В сканерах, оснащенных защитными кабинами, двери оборудуются электромеханическими замками и датчиками положения, которые исключают возможность включения генерации излучения при открытых дверях. Более того, если дверь открывается во время работы, блокировка должна обеспечивать немедленное прекращение генерации, причем время срабатывания должно быть достаточно малым, чтобы исключить облучение даже при случайном входе человека в зону сканирования.

Помимо блокировок дверей, в конструкцию закладываются блокировки, исключающие возможность включения генерации при снятых или неправильно установленных защитных панелях, а также при любых неисправностях, влияющих на облучение людей. Эти блокировки, как правило, опломбируются, и их отключение невозможно без нарушения пломбы изготовителя или сервисной организации.

Устройство пульта управления должно исключать возможность несанкционированного включения сканера лицом, не имеющим допуска. Обычно это реализуется с помощью ключ-марки или ввода специального пароля. Кроме того, на пульте предусматривается кнопка аварийного останова, позволяющая оператору мгновенно прекратить генерацию в любой нештатной ситуации.

Световая и звуковая сигнализация является обязательным атрибутом любого РСЧ. В процессе сканирования должны включаться предупреждающие световые табло (например, «Не входить!»), хорошо видимые со всех подходов к сканеру, а также подаваться звуковой сигнал, информирующий о начале и окончании облучения. В защитных кабинах может использоваться дополнительная сигнализация внутри кабины, предупреждающая сканируемого о процессе.

Особенности защиты для систем обратного рассеяния

Системы, работающие по принципу обратного рассеяния, имеют специфические особенности формирования радиационной обстановки, которые учитываются при проектировании защиты. Поскольку детекторы и излучатель расположены с одной стороны, значительная часть рассеянного излучения направлена в сторону оператора и окружающего пространства, что требует более тщательного экранирования не только прямого пучка, но и направлений возможного выхода рассеянного излучения.

В таких системах особое внимание уделяется защите оператора, который при определенных конфигурациях может находиться относительно недалеко от зоны сканирования. Пульт управления обычно размещается за дополнительной защитной ширмой или в отдельном помещении. Кроме того, применяются специальные алгоритмы сканирования, при которых мощность излучения автоматически снижается до минимума, необходимого для получения изображения.