Владимир Ушаков.

Радиационные приборы. Эксплуатация



скачать книгу бесплатно

© Владимир Ушаков, 2018


ISBN 978-5-4490-2309-4

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

В настоящем материале рассматриваются основы эксплуатации радиационных приборов, использующихся для решения задач обеспечения радиационной безопасности. Отдельно излагаются вопросы метрологического обеспечения измерения ионизирующих излучений, а также методы отбора и обработки радиоактивных проб.

Материал предназначен для специалистов в области обеспечения радиационной и ядерной безопасности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ДМА – допустимая массовая активность;

ДОА – допустимая объемная активность;

ИИ – ионизирующее излучение;

ИИИ – источник ионизирующего излучения;

ЗИП – запасные части, инструмент и принадлежности;

ЛПА – ликвидация последствий аварии;

НРБ – нормы радиационной безопасности;

ОРБ – обеспечение радиационной безопасности;

ОСГИ – образцовый спектрометрический гамма-источник;

РБ – радиационная безопасность;

РВ – радиоактивное вещество;

РК – радиационный контроль;

РОО – радиационно-опасный объект;

РП – радиационный прибор;

РПД – радиоактивные продукты деления;

СЛП – средняя лабораторная проба;

ТЗ – техническое задание;

ТО – техническое обслуживание;

ТУ – технические условия;

УОА – удельная объемная активность;

УПА – удельная поверхностная активность;

ФЭУ – фотоэлектронный умножитель.

ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ РАДИАЦИОННЫХ ПРИБОРОВ

Эксплуатация приборных средств обеспечения радиационной безопасности (РБ) – этап их жизненного цикла, включающий использование радиационных приборов (РП) для измерения физико-радиологических параметров ионизирующих излучений (ИИ), по которым оценивается степень радиационного воздействия и опасность этих излучений для человека и других биологических организмов, а также комплекс работ по поддержанию РП в постоянной готовности к применению. Этап эксплуатации начинается с момента передачи РП от предприятия-изготовителя той организации, в которой непосредственно должны эксплуатироваться приборы, а заканчивается списанием приборов (обычно по окончании гарантийного срока их работы).

Эксплуатация приборов для измерения ИИ производится в целях радиационного контроля – получения информации о радиационной обстановке и дозах облучения персонала при выполнении работ с радиационно-опасными объектами (РОО). Особую роль играют приборные средства радиационного контроля (РК) при эксплуатации и ликвидации последствий аварий (ЛПА) ряда радионуклидных объектов.

При РК используется определенный комплект технических средств, в который входят радиометрические, дозиметрические и спектрометрические приборы. Говоря об эксплуатации РП в целом, будут иметься в виду все их разновидности.

Эксплуатация измерительных приборов – комплексное понятие. Оно включает в себя не только непосредственное использование приборов для выполнения каких-либо измерений и получения определенной количественной информации об измеряемых величинах, но и ряд мероприятий по обеспечению работоспособности этих приборов, по их поддержанию в исправном техническом состоянии и постоянной готовности к использованию по назначению, по приведению метрологических параметров приборов в соответствие с паспортными характеристиками.

В число таких мероприятий входят: проверка работоспособности, техническое обслуживание (ТО), поверка приборов (включая при необходимости калибровку и градуировку), их ремонт, хранение, транспортирование.

Все мероприятия должны проводиться в соответствии с определенными эксплуатационными правилами, выработанными на базе теории и практики.

Только при правильной эксплуатации приборы дают достоверные показания, всегда готовы к работе и сохраняют работоспособность в течение длительного времени. Статистика показывает, что до 20 – 25% неисправностей измерительных приборов возникает из-за их неграмотной эксплуатации. Практический опыт свидетельствует о том, что ошибочные результаты измерений получались вследствие использования РП в тех условиях, когда данный тип прибора неприменим, или по незнанию особенностей метрологического обеспечения измерений.

Основу эксплуатации приборов составляет их применение по целевому предназначению. Обычно используется типовая последовательность операций при работе с прибором: подготовка к работе, включение, проверка и регулировка режима работы, проверка работоспособности, выполнение рабочих измерений, снятие показаний, обработка результатов измерений.

Подготовка к работе включает в себя контрольный осмотр внешнего вида, проверку целостности конструктивных элементов, особенно – исправность органов управления и электрических разъемов, установку источников электропитания в переносные приборы и их подключение, другие операции. Например, на этой стадии при необходимости производится сборка схемы соединений отдельных блоков прибора между собой, подключение стационарных приборов к сети переменного тока, установка переносных ремней портативных приборов, которые при работе должны размещаться на груди оператора, и т. п.

Включение прибора обычно производится с помощью переключателя рода работы при переводе его из положения «ВЫКЛ» в положение «ВКЛ». В этих же целях в ряде приборов используются специальные тумблеры или кнопки. О включении прибора в работу может свидетельствовать загорание светового индикатора (обычно зеленого цвета).

Проверка и регулировка режима работы включает в себя контроль напряжения электропитания и его подстройку до требуемого значения. В случае разрядки, например – элементов питания, производится их замена. Регулировка режима работы может предусматривать выполнение ряда дополнительных настроечных операций. Так, в измерителях дозы ИИ типа ИМД-21 (ДП-23) при настройке прибора производится операция «установки шкалы», когда стрелка вольтметра выводится на крайнюю правую отметку шкалы прибора. В приборах типа ДК-02 перед началом измерений указатель дозы совмещается с нулевой отметкой шкалы.

Нередко в переносных РП, предназначенных для полевых измерений, предусматривается операция проверки работоспособности прибора от контрольного радионуклидного источника ИИ (ИИИ), который или встраивается в прибор, или отдельно придается к нему, включается в комплект прибора. Такая проверка позволяет убедиться в работоспособности всего измерительного тракта прибора, включая детектор ИИ. В ряде случаев применяется проверка работоспособности лишь части прибора, например только электрических цепей преобразования сигналов. Для этого используются встроенные импульсные генераторы, имитирующие работу детекторной части прибора (например, такой прием использован в приборах типа ИМД-21, ДП-3Б).

Выполнение рабочих измерений имеет свою специфику. При измерении малых активностей и связанных с ними величин необходимо устанавливать определенное время замеров (экспозиции), учитывать влияние естественного радиационного фона, наличие сопутствующих ИИ. Измерения должны начинаться при установке сначала наиболее грубых поддиапазонов работы с последующим переключением прибора на более чувствительные показания, пока не будут соответствовать примерно середине шкалы поддиапазона.

Снятие (считывание) показаний прибора определяется конструкцией использованных средств отображения информации. Чаще всего это стрелочный электроизмерительный прибор или цифровое устройство, собранное, например, на кристаллических знаковых индикаторах. Результат измерения определяется произведением показаний по шкале прибора на множитель, соответствующий установленному поддиапазону работы.

Обработка результатов измерений нередко тоже является необходимой операцией при эксплуатации РП. Даже при выполнении простейших радиометрических измерений приходится производить вычитание радиационного фона. Для определения эквивалентной или эффективной дозы излучения необходимо вводить весовые множители, учитывающие вид ИИ, их энергию и локализацию облучения (вид облучаемых органов или тканей). Наиболее сложной является обработка энергетических спектрограмм в целях идентификации радионуклидного состава ИИИ. Для решения этой задачи используются автоматизированные методы обработки информации с использованием анализаторов спектра и средств электронно-вычислительной техники. В ходе обработки результатов измерений производится оценка их точности.

Таким образом, эксплуатация РП характеризуется рядом особенностей по сравнению с использованием обычных электроизмерительных приборов. Из таких особенностей можно выделить следующие:

1. Сфера применения – измерение ИИ, когда сам объект измерения может представлять опасность для оператора и необходимо предпринимать меры по обеспечению его РБ, особенно при проведении измерений с открытыми источниками. Дозиметрический контроль с использованием индивидуальных дозиметров – одно из основных правил по обеспечению радиационной безопасности (ОРБ) персонала, работающего с ИИИ.

2. Необходимость установки определенной экспозиции замеров, которая бы обеспечивала заданную точность измерений. Для определения такой экспозиции нужно иметь хотя бы ориентировочные данные об ожидаемых значениях измеряемых величин. Тогда при заданной погрешности измерений и известном уровне радиационного фона необходимая величина экспозиции текущего и «живого» времени определяется по известным методикам.

3. Влияние на результаты измерения ИИ естественного радиационного фона. Как постоянная составляющая, фон включается в результат любого измерения, и для получения истинных данных из показаний прибора его надо исключать. Поскольку фон подвержен вариациям, его приходится контролировать с заданной периодичностью (проводить дополнительные измерения). Отрицательно сказывается влияние фона и на точности измерений. Например, когда значение измеряемой величины соизмеримо с уровнем фона, среднеквадратическая погрешность результатов измерений увеличивается примерно на 40%. Для снижения влияния фона приходится использовать или схемные, или конструкционные меры защиты, причем масса такой защиты может доходить до десятков тонн.

4. Для измерения спектральных распределений ионизирующих частиц (квантов) по энергии, массе или другим параметрам необходимо использовать достаточно сложную импульсную технику, отвечающую уровню требований к самым современным электронным приборам. В спектрометрах уже нередко используются многоканальные анализаторы импульсов, в которых число каналов измеряется тысячами. При построении таких приборов широко используются большие интегральные схемы, микропроцессоры и другие подобные элементы.

5. Эксплуатационной особенностью РП является использование в них детекторов ИИ, требующих для своей работы высокого напряжения. Для работы сцинтилляционных детекторов с фотоэлектронными умножителями (ФЭУ) требуются напряжения порядка 1 – 2 кВ, для газоразрядных счетчиков – порядка 400 – 1000 В, для ионизационных камер и полупроводниковых детекторов – порядка сотен вольт. Таким образом, при эксплуатации РП необходимо учитывать и их потенциальную электроопасность.

6. В ряде случаев измерениям ИИ должны предшествовать вспомогательные операции по отбору радиоактивных проб и их обработке; наиболее часто с подобной ситуацией приходится сталкиваться при измерении удельной объемной активности (УОА) воздуха и воды, поскольку контролируемые величины оказываются ниже порога чувствительности приборов.

Из других особенностей эксплуатации РП можно отметить трудности, связанные с обеспечением работы спектрометрических германиевых детекторов ИИ, требующих низких температур (чаще всего они работают в атмосфере жидкого азота). Для питания ФЭУ требуется стабилизированное напряжение. Для измерения ионизационных токов должны использоваться специальные измерители слабых токов, которые строятся по особым схемам.

Указанные особенности обусловливают эксплуатационную специфику при измерении ИИ. Свои особенности имеют и операции по калибровке, градуировке, поверке РП, по условиям их хранения, ремонта, транспортирования. Рассмотрению этих особенностей и посвящен данный материал.

ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ РАДИАЦИОННЫХ ПРИБОРОВ

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИАЦИОННЫХ ПРИБОРОВ

Эксплуатационные характеристики измерительных приборов – совокупность технических параметров, позволяющих судить о применимости приборов и удобстве работы с ними в различных условиях эксплуатации.

В число этих параметров входят величины, определяющие допустимые внешние воздействия, характеристики качества изготовления прибора (его надежность, приспособленность к ремонту, гарантийный срок использования), удобство выполнения измерений и т. п.

Рабочие условия эксплуатации

Правила эксплуатации измерительных приборов требуют, чтобы они использовались только в регламентированных условиях окружающей среды и только при допустимых уровнях других неблагоприятных воздействий, т.е. лишь в определенных условиях эксплуатации. Выполнение этих требований обеспечивает паспортную точность измерений и стабильную работу прибора в течение всего гарантийного срока его использования.

По природе и характеру внешние факторы, влияющие на работу прибора, можно разделить на четыре основные группы: климатические, механические, электромагнитные и радиационные.

К климатическим относятся факторы, являющиеся климатическими показателями состояния воздушной среды: температура воздуха, влажность и атмосферное давление. В эту же группу включаются такие природные факторы, как дождь, снег, роса, иней, а также загрязненность, запыленность воздуха, содержание в нем микроорганизмов, грибков и т. п.

К механическим факторам относятся транспортная тряска и вибрации, удары при падении и др.; к электромагнитным – внешние электростатические и магнитные поля; к радиационным – ИИ. На приборы воздействует не только окружающая среда, но и тот микроклимат, который они сами создают при работе. Отдельную подгруппу составляют факторы, связанные с обеспечением электропитания прибора от внешних источников.

Влияние внешних условий на работу прибора характеризуют величинами дополнительных погрешностей – изменениями показаний прибора, возникающими при отклонении одного из влияющих факторов от нормального значения или выходе из нормальной области значений. Например, дополнительную температурную погрешность указывают на каждые 10 оС изменения температуры (как правило, она не должна превосходить половины основной погрешности прибора).

Совокупность характеристик внешней среды, в которой должен находиться прибор как во время работы, так и в выключенном состоянии, а также необходимых параметров электропитания прибора называют рабочими условиями его эксплуатации. Рабочие условия эксплуатации определяются диапазоном величин, характеризующих внешние воздействия, для которых нормируется дополнительная погрешность прибора или гарантируется сохранение характеристик в пределах норм, указанных для нормальных условий. Только в этих условиях приборы могут выполнять свои функции измерительных устройств.

Чаще всего РП, используемые для ОРБ, эксплуатируются в полевых условиях (вне помещений) или в закрытых отапливаемых помещениях. В ряде случаев, например при проведении радиационной разведки, приборы эксплуатируются в условиях размещения на транспортных средствах.

Приборы, эксплуатируемые в закрытых отапливаемых помещениях, защищены от влияния низкой температуры и непосредственного воздействия пыли и воды (дождя, брызг, инея), а также от механических воздействий. Однако при транспортировке и переноске они могут подвергаться ударам и вибрациям. Кроме того, в небольших помещениях температура окружающей среды может повышаться из-за выделения тепла самими приборами.

Приборы, эксплуатируемые в полевых условиях, подвержены комплексу климатических воздействий. Это пониженная и повышенная температура окружающей среды, прямое воздействие воды (дождя, инея, росы) и воздуха с повышенной влажностью. Приборы этой группы подвергаются также большим механическим воздействиям, но, как правило, при транспортировке, т.е. в нерабочем состоянии.

Условия эксплуатации приборов, размещаемых на транспортных средствах (автомобили, вертолеты, самолеты, корабли и т.п.), характеризуются повышенными механическими воздействиями, причем как в выключенном, так и во включенном состоянии.

Внешние воздействия заметно усложняются в районах с тропическим климатом, где на приборы может длительное время действовать повышенная температура, а влажность воздуха доходить до 100%. В таких условиях активнее протекают процессы образования грибков, плесени и микроорганизмов как на внешней поверхности приборов, так и внутри них.

При предполагаемом применении измерительных приборов необходимо, прежде всего, проконтролировать соответствие конкретных условий окружающей среды, в которых должны производиться измерения, возможностям прибора по рабочим, допустимым условиям его эксплуатации. Паспортные данные о рабочих условиях эксплуатации являются первейшей эксплуатационной характеристикой прибора. Именно они определяют допустимость использования прибора в конкретных условиях окружающей среды.

Надежность приборов

Второй важнейшей эксплуатационной характеристикой приборов является их надежность. Надежность прибора – свойство (способность) выполнять заданные измерительные функции в определенных условиях эксплуатации в течение установленного времени. Другими словами, за это установленное время изменения метрологических параметров прибора или не должны происходить вовсе, или не выходить за допустимые пределы, регламентированные технической документацией: техническим заданием (ТЗ) или техническими условиями (ТУ).

Надежность – комплексное понятие и, в зависимости от условий эксплуатации приборов и предъявляемых к ним требований, может включать в себя безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность.

Безотказность – основная из характеристик надежности прибора, свойство сохранять состояние работоспособности без вынужденных перерывов (простоев) в работе в заданных условиях эксплуатации. Прибор считается работоспособным, если в данный момент времени он позволяет производить весь предусмотренный технической документацией комплекс измерений с заданной точностью.

Состояние, в котором прибор не удовлетворяет хотя бы одному из зафиксированных в документации требований, считается его неисправностью. Неисправности, приводящие прибор в неработоспособное состояние, называются отказами. Таким образом, не все неисправности (например, дефекты окраски, люфт органов регулирования и т.п.) являются отказами. Подобные неисправности часто называют дефектами.

Эксплуатационную надежность приборов по критерию безотказности принято характеризовать рядом статистических параметров, основными из которых являются вероятность безотказной работы и средняя наработка до отказа.

Исходной величиной для определения этих параметров является распределение плотности вероятности отказов во времени. Это распределение находится по данным опытной длительной эксплуатации достаточно больших партий одинаковых приборов, в ходе которой определяются моменты выхода их из строя. Если в первый момент времени обычно работоспособны все 100% приборов, то через какое-то время (оно может быть и сколь угодно большим) все приборы выйдут из строя. Вероятность безотказной работы прибора определяется как возможность того, что его отказ наступит только по истечении заданного времени.

Второй показатель безотказности – средняя наработка до отказа – определяется величиной математического ожидания времени до появления первого отказа прибора.

Этот показатель называют также средним сроком службы прибора.

В период нормальной эксплуатации средняя частота отказов равна интенсивности отказов.

Долговечность характеризует общий срок эксплуатации прибора. Под долговечностью прибора понимается его свойство сохранять работоспособность при установленной системе ТО и ремонтов до наступления предельного состояния, когда дальнейшая эксплуатация прибора должна быть прекращена. Предельное состояние наступает тогда, когда установленная система ТО и ремонтов не обеспечивает поддержание метрологических параметров на требуемом уровне. Причиной наступления предельного состояния могут быть неустранимые нарушения требований безопасности, уход метрологических параметров за допустимые пределы, резкое снижение эффективности эксплуатации. Долговечность количественно оценивается техническим ресурсом, который оговаривается в технической документации. Ресурс может выражаться в годах, часах, числе включений и т. д. Различают следующие разновидности ресурса: полный, доремонтный (до капитального или среднего ремонта), использованный, остаточный.

Фактическая календарная продолжительность эксплуатации прибора до физического, морального износа или до списания называется сроком его службы. Практический срок службы обычно меньше долговечности прибора. Физический износ возникает из-за нарушения правил эксплуатации прибора, необратимом выходе из строя его элементов и т. п. Моральный износ определяется техническим прогрессом, появлением новых, более современных элементов, изделий и приборов в целом. Для аппаратуры, измеряющей ИИ, период морального износа не превышает десяти лет.

Сохраняемость – свойство прибора сохранять исправное и работоспособное состояние в течение (и после) срока хранения и транспортирования, установленного в технической документации.



скачать книгу бесплатно

страницы: 1 2