Автоматизация ядерно-физических измерений при производстве специальной радиационно-защитной одежды для пожарных на АЭС

Лифанов, Михаил Николаевич

Автоматизация ядерно-физических измерений при производстве специальной радиационно-защитной одежды для пожарных на АЭС тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Лифанов, Михаил Николаевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2005 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.01 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Автоматизация ядерно-физических измерений при производстве специальной радиационно-защитной одежды для пожарных на АЭС»

Автореферат диссертации на тему "Автоматизация ядерно-физических измерений при производстве специальной радиационно-защитной одежды для пожарных на АЭС"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

На правах рукописи

ЛИФАНОВ Михаил Николаевич

Автоматизация ядерно-физических измерений при производстве специальной радиационно-защитной одежды для пожарных на АЭС

Специальность 01.04.01 - приборы и методы экспериментальной

физики

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2005

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Направахрукописи

ЛИФАНОВ Михаил Николаевич

Специальность 01.04.01 - приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Москва-2005

Работа выполнена в Лаборатории атомного ядра

Института ядерных исследований РАН. Научный руководитель -

доктор технических наук Бенецкий Борис Алексеевич Официальные оппоненты:

доктор технических наук

Андреев Анатолий Васильевич (ФГУП ВНИИА) кандидат физико-математических наук Кузнецова Евгения Васильевна (ИЯИ РАН) Ведущая организация -

Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН

Защита диссертации состоится на заседании диссертационного совета Д 002.119.01 Института ядерных исследований РАН по адресу: 117312, Москва, проспект 60-летия Октября, д. 7а

2 3.0 б.20052005г.,/^СоВ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института ядерных исследований РАН

Автореферат разослан

20.0 5.2005

2005 г.

Учёный секретарь Диссертационного совета кандидат физико-математических наук

Б.А. Тулупов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Данная работа пополняет список тех исследований, которые направлены на минимизацию риска для жизни и здоровья персонала, занятого ликвидацией последствий аварии на ядерных объектах.

Анализ данных медицинской статистики, в том числе по лечению моряков атомной подводной лодки К-19 (1961), пожарных Чернобыльской АЭС (1986) показал, что острая лучевая болезнь протекает намного легче, если дополнить существующие средства индивидуальной защиты (СИЗ) одеждой из материала, в состав которого включены добавки из тяжёлых металлов1. Расчёты и испытания показали, что одежда изолирующего типа с экранирующим эффектом защищает от бета-лучей, а как, средство, дополняющее фактор времени, защищает также и от высоко поглощаемого компонента гамма-излучения (энергии до 200 кэВ). При общей поверхностной плотности композиционного материала (КМ) 1 г/см2, по содержанию свинца -0,5 г/см2 вес СИЗ составит около 20 кг. Такая одежда в условиях радиоактивного загрязнения типа чернобыльского предотвращает лучевой ожог, снижает дозу проникающего облучения примерно в два раза, а степень поражения снижает на единицу. При аварийном неконтролируемом повышенном облучении она может оказаться единственным средством спасения жизни людей. Новая концепция защиты от излучений, характерных для ядерной аварии, была реализована при создании специальной защитной одежды типа СЗО-1, предназначенной для пожарных, охраняющих АЭС.

Актуальность темы

Спецодежда имеет радиационно-защитные свойства (РЗС), т.е. качество, которое представляет новизну для швейного производства. Серийный выпуск СЗО-1 был невозможен без осуществления непосредственно на швейном производстве входного, промежуточного и выходного контроля РЗС материалов и изделий. Необходимость создания такого контроля и определяет актуальность данной работы.

Цель работы:

создать и внедрить автоматизированный измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) для осуществления входного, промежуточного и выходного контроля радиационно-защитных свойств КМ и изделий в условиях малосерийного производства специальной защитной одежды пожарных СЗО-1

1 Гогин Е.Е., Емельяненко В.М., Бенецкий Б.А., Филатов В.Н. Сочетанные радиационные

поражения. М.: Известия, 2000.

(ТУ 17-09-14-353-91), основанного на неразрушающем радиационном методе. При этом 1) контроль должен быть безопасным для оператора и производственной среды, 2)измерительная аппаратура- отечественного серийного производства для обеспечения выпуска сертифицированной продукции, 3) управление - адаптировано к эксплуатации персоналом, не имеющим специального образования.

Для достижения поставленной цели было необходимо:

1) установить параметр для оценки радиационно-защитных свойств КМ;

2) разработать методику безопасных измерений с использованием гамма-излучения;

3) создать технические средства измерения (аппаратную часть, программное обеспечение, эксплуатационно-техническую документацию);

4) определить источники погрешностей и меры по их нейтрализации;

5) разработать алгоритм автоматизированных измерений РЗС.

В ходе разработки применялись следующие методы исследования:

1) анализ: радиационного метода контроля качества продукции, методов автоматизации физического эксперимента, опыта использования вычислительной техники в физическом эксперименте;

2) синтез ИВК с учётом критерия: "точность измерения - безопасность -простота обслуживания";

3) эксперимент для проверки взаимодействия элементов ИВК при эксплуатации в производственных условиях персоналом, не имеющим специального образования.

Новизна

В производстве КМ и защитной одежды данная разработка не имеет аналогов. Её новизну составляют пять факторов:

1. Впервые в систему испытаний на швейном производстве внедрён неразрушающий радиационный метод контроля радиационно-защитных свойств новых свинецсодержащих композиционных материалов и изготавливаемой из них спецодежды пожарных, охраняющих АЭС.

2. Установлен параметр для оценки радиационно-защитных свойств данных материалов и изделий. Таким параметром служит коэффициент ослабления потока моноэнергетического гамма-излучения изотопа кобальт-57 с энергией 122 кэВ (к122).

3. Для точечного просвечивания материалов использовано гамма-излучение особо слабой интенсивности, получаемое от образцовых

спектрометрических гамма-источников (ОСГИ), предназначенных для калибровки аппаратуры. Активность ОСГИ менее 100 кБк. Это значение на порядок меньше минимальной значимой активности источника на рабочем месте (МЗА) по действующим Нормам радиационной безопасности (НРБ-99, приложение П-4, с. 102). Вклад в мощность дозы на расстоянии 0,5 метра от такого источника ниже естественного фона. Это позволяет оборудовать участок контроля в помещении без специальной защиты и избежать значительных расходов на организационные и технические мероприятия по защите персонала и производственной среды от радиации.

4. Адаптирован к применению в швейном производстве сцинтилляционньш гамма-спектрометр для измерения коэффициента ослабления (к]22) с точностью 1,5 — 3% с помощью вычислительной техники, специальной методики и оригинального программного обеспечения, разработанного под задачу.

5. Новизна состоит также в доступности для неспециалистов ядерно-физических методов измерений, использовавшихся ранее профессионалами-физиками.

Практическая ценность

I. Разработка ИВК привела с созданию на швейном производстве автоматизированного рабочего места для контроля РЗС. Следует подчеркнуть, что данная разработка, в которой используется гамма-излучение, отличается безопасностью при одновременно высокой точности измерения. Это стало возможным благодаря специальной методике, предусматривающей использование источника слабой активности в сочетании с эффективным детектором и аппаратурой достаточно высокого разрешения. Таковыми служат ОСГИ, 0]ЩЖГЖИСШЫЙ счетчик и гамма-спектрометр, работу которого поддерживает мини-ЭВМ. Последняя позволяет автоматизировать измерения, связанные с регистрацией сравнительно малых потоков излучений в режиме реального времени с последующей автоматизированной обработкой массивов данных по формулам математической статистики.

II. В результате развития опытного производства, включающего участок контроля РЗС материалов и изделий, с 1993 г. пожарные службы АЭС в России стали оснащаться специальной защитной одеждой типа СЗО-1, предназначенной для работы при авариях на АЭС.

III. Параметры защиты, полученные в результате исследований, вошли в "Специальные требования для специальной защитной одежды изолирующего типа, используемой при выполнении работ, связанных с тушением пожаров и

ликвидацией аварий на АЭС и других радиационно-опасных объектах" (Нормы пожарной безопасности НПБ-162-2002, п. 9.2.2).

IV. ИБК, обеспечивающий контроль с применением безопасных ОСГИ, может использоваться при испытаниях других материалов.

V. Отдельные компоненты автоматизации ИВК (принцип формирования ряда файлов, обеспечивающий сохранность данных в случае аппаратных сбоев; автоматическая нумерация первичных данных, позволяющая автоматизировать последующие расчеты) могут быть использованы при автоматизации других исследований.

Реализация результатов

Измерительно-вычислительный комплекс по контролю радиационно-защитных свойств КМ и изделий при производстве защитной одежды пожарных, охраняющих АЭС, установлен на испытательном участке дочернего государственного предприятия "Защитная одежда" при НИИТМ в 1995 г., о чём имеется акт о внедрении.

Апробация результатов

Результаты работы докладывались на научно-практических конференциях "Радиационные поражения и перспективы развития средств индивидуальной защиты от ионизирующих излучений" в ИЯИ РАН (Москва,

1999 г.) и в Медицинском центре Управления делами Президента РФ (Москва,

2000 г.), а также обсуждались на семинарах в Гос. ин-те физико-технических проблем РАН, ИЯИ РАН. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

На защиту выносится:

• Применение радиационного неразрушающего метода контроля в новой сфере - производстве специальной радиационно-защитной одежды пожарных, охраняющих АЭС.

• Установленный параметр для оценки РЗС данных материалов и изделий- коэффициент ослабления потока моноэнергетического гамма-излучения изотопа кобальт-57 с энергией 122 кэВ (к122).

• Методика безопасного контроля РЗС с использованием ОСГИ.

• ИВК, обеспечивающий автоматизированный контроль РЗС по данной методике.

• Автоматизированное рабочее место на основе данного ИВК, предназначенное для малосерийного швейного производства.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, изложенных на 127 страницах; содержит 25 рисунков, 7 таблиц, список литературы из 64

наименований, а также 6 приложений, представленных на 65 страницах.

* * *

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулированы основные положения: актуальность, цель и задачи работы, методы исследования, новизна, практическая ценность, реализация и апробация результатов, структура работы.

В первой главе изложена история вопроса, рассматриваются способы определения радиационно-защитных и других характеристик материалов с помощью неразрушающего радиационного метода. Анализируются способы контроля, осуществляемого путём просвечивания объекта ионизирующим излучением, имеющим ту же природу, что и излучение, вредное воздействие которого должен ослабить испытываемый материал. Обсуждаются преимущества и недостатки различных измерительных систем в случае их использования на производстве для контроля РЗС тонких экранирующих материалов и спецодежды пожарных. Дан обзор опубликованных работ по следующим вопросам:

1. Метод неразрушающего радиационного контроля, его свойства, система "источник-детектор"; радиометрический способ детектирования, позволяющий автоматизировать измерения благодаря преобразованию энергии излучения в электрические сигналы.

2. Опыт использования гамма- и рентгеновского излучений для оценки эффективности радиационной защиты, для толщинометрии, плотнометрии, а также в области биологической дозиметрии.

3. Радиоизотопный способ контроля, наиболее полно отвечающий критерию "точность-безопасность"; источники излучения, способы детектирования, преобразование сигнала в цифровую форму; регистрация энергетического спектра гамма-излучения, прошедшего через контролируемый объект; характеристики контролируемого объекта, измерение которых обеспечивает радиоязотопный способ.

4. Аппаратура ядерной электроники в схеме ядерного сцинтилляционного гамма-спектрометра.

5. Опыт автоматизации ядерно-физического эксперимента и обработки результатов измерений с помощью ЭВМ .

6. Опыт использования измерительно--вычислительного комплекса, состоящего из серийной ядерной электроники отечественного производства, мини-ЭВМ (включая программное обеспечение), а также персонального компьютера.

Главу заключает вывод о необходимости синтеза специальной системы контроля и сертификации радиационно-защитных свойств КМ, поскольку ни одна из рассмотренных систем не решает поставленную задачу в полной мере.

Во второй главе рассматриваются физические основы контроля РЗС КМ, производимого с помощью неразрушающего радиационного метода. Параметр для оценки РЗС — коэффициент ослабления (к]22) — установлен с учётом следующих факторов:

1. Характеристик радиационных полей: а) в аварийных ситуациях в Виндскейле (1957), Тримайл Айленде (1979), Чернобыле (1986); б) по трудам Радиевого института АН СССР; в) по американским материалам об испытаниях и применения ядерного оружия и данным японо-американского Фонда Хиросимы; г) по результатам исследований ИЯИ РАН. Спектр энергий фотонных излучений или дозовых спектров при возникновении ядерной аварии простирается от единиц до 2200 кэВ. Мягкий компонент, который может быть существенно ослаблен защитным материалом, имеет эффективную энергию около 100 — 136 кэВ. Установлено ограничение в использовании костюма для защиты от жёсткого компонента (эффективная энергия 740 - 800 кэВ); по этой причине меры по его экранированию не рассматриваются; единственным фактором защиты от жёсткого компонента остаётся время.

2. Результатов испытаний образцов КМ с помощью сцинтилляционного гамма-спектрометра, биологической дозиметрии в лабораторных условиях, а также в условиях полигона на ЧАЭС в 1987 г. с помощью физической дозиметрии. Данные, полученные разными лабораторными методами, совпадают с данными натурных испытаниях в Чернобыле; в целом они совпадают с итогами расчётов, изложенных выше в п. 1.

3. Фактора накопления- источника погрешности от воздействия на детектор вторичного и рассеянного излучений и способа устранения этой погрешности путём просвечивания материала гамма-излучением, имеющим дискретный спектр в отличие от непрерывного рентгеновского, и наблюдения за ослаблением излучения в области гамма-пика.

4. Закона ослабления излучения, проникающего через вещество в геометрии узкого моноэнергетического пучка:

где Nu — число частиц от источника излучения, упавших на материал в течение фиксированного времени; N0 - число частиц ослабленного излучения, прошедших через материал за то же время; ц- массовый коэффициент ослабления; d- поверхностная плотность материала. Измерения Nu и N0 при неизменной геометрии системы ''источник-детектор" позволяют оценить экранирующие свойства материала с помощью коэффициента ослабления (к), который определяется следующими соотношениями:

5. Зависимости fj. от эффективного атомного номера вещества (Z) и энергии фотонного излучения (£), выраженной формулой:

¡u = const x(Zs/E°), (3)

где const- коэффициент пропорциональности; и - постоянная материала в ограниченном интервале энергий £<1 МэВ. Из формулы (3) следует, что для эффективного поглощения фотонов материал должен содержать атомы тяжелых металлов; в силу относительной дешевизны наиболее широко используется свинец.

6. Свойств коэффициента ослабления, который: а) измеряется косвенно на основе прямых измерений б) не зависит от интенсивности излучения; в) является относительной величиной, что даёт возможность исключить калибровку аппаратуры с помощью образцовых мер.

7. Следствия, вытекающего из п. 66: в испытательной лаборатории не требуется имитировать условия повышенной радиации, при которых применяется защитная одежда; материал просвечивается с помощью безопасного ОСГИ; в условиях применения слабого источника с учётом влияния гамма-квантов фона коэффициент ослабления, измеренный в п-ои точке объекта (к„), вычисляется по формуле:

кп=(^ф)/(Хоп~Щ), (4)

где- Иф число гамма-квантов фона измеряется в отсутствие источника и контролируемого объекта в течение фиксированного времени.

8. Погрешности от нелинейности k=exp(/i,d), для минимизации которой необходим подбор гамма-излучения с энергией, соответствующей ожидаемым свойствам объекта контроля, чтобы значения к находились между двойкой и тройкой. В нашем случае содержание свинца в КМ, используемом для

изготовления спецодежды, составляет от 0,1 до 0,3 г/см2, в защитных слоях костюма - от 0,2 до 0,5 г/см2.

9. Наконец, ограниченного числа изотопов, излучающих гамма-кванты определенных энергий.

Представленные данные позволяют сделать вывод, что для оценки РЗС материалов и специальной одежды рационально использовать коэффициент ослабления потока моноэнергетического гамма-излучения изоюпа кобальт-57 с энергией 122 кэВ (к ¡22)•

Показано также, что параметры излучения (, Л^,) как первичные данные, полученные для определения могут использоваться и для других косвенных измерений: а) поверхностной плотности поглощающей добавки, содержащейся в материале; б) коэффициента ослабления гамма-излучения других энергий до 1 МэВ; в) свинцового эквивалента для КМ, содержащих иные поглощающие добавки; г) кратности ослабления экспозиционной дозы при наличии данных о спектральных характеристиках излучения.

В третьей главе изложена методика измерений к^2 с помощью спинтилляционного гамма-спектрометра, разработанная в Лаборатории атомного ядра ИЯИ РАН.

Измерения выполняются в два этапа (см. формулу 4). 1) прямые измерения параметров излучения и 2) косвенные измерения

параметра материала. Установка состоит из трех систем (рис. 1): 1) системы "источпик-дегектор", 2) системы измерения первичных данных, 3) системы обработки информации.

Система "источник-детектор"

Система измерения первичных данных

Система обработки информации

АЦП А V АА А| ФМПД V1 ЭНЗУ А| ВМ -и ы Результат

Рис. 1. Функциональная схема установки. ПрЭИ - преобразователь энергии излучения в электрический импульс, АЦП- амплитудно-цифровой преобразователь, АА- амплитудный анализатор, ФМПД- формирователь массива первичных данных, ЭНЗУ- энергонезависимое запоминающее устройство, ВМ-вычислительный модуль.

В первой системе с помощью сцинтилляционного блока детектирования (СБД) выполняется преобразование энергии гамма-квантов в электрические

импульсы пропорциональной амплитуды. Обеспечивается постоянная геометрия эксперимента, а также безопасность контроля благодаря применению ОСГИ.

Во второй системе выполняется преобразование импульсов в цифровой код, формирование энергетического гамма-спектра, наблюдение эффекта фотопоглощения и прямые измерения Л^, Иф, №0п. Спектрограмма фона близка к прямой линии. Наличие в фоновом излучении составляющей изотопа приводит к увеличению счёта гамма-квантов в определенном интервале энергий; на соответствующем участке спектрограммы регистрируется характерный гамма-пик. Помещение в зазор "источник-детектор" объекта исследования приводит к уменьшению пика при неизменном времени набора спектра t и расстоянии Ь между источником и детектором. Вершина пика соответствует наиболее вероятной энергии гамма-квантов, испускаемых изотопом (в данном случае - 122 кэВ от а площадь равна сумме гамма-

квантов пика в фиксированном интервале энергий- так называемой "зоне интереса" (АЕ). Зона интереса устанавливается симметрично относительно пика и включает примерно 3/4 площади пика. Сумма гамма-квантов АЕ принимается за конечный результат измерения спектра. Значение суммы при измерениях с источником соответствует при просвечивании объекта - N Для учета влияния фона измеряется Nф - количество гамма-квантов, регистрируемых в отсутствие источника при фиксированных

Для повышения точности каждый параметр N¡1, Иф, Идп измеряется многократно, к тому же - в нескольких произвольно выбранных точках материала, а для одежды - в точках, определенных ТУ. Циклы измерений N¡1 и проводятся дважды - до и после измерений с объектом. В результате на выходе, второй системы формируется пять массивов первичных данных, которые записываются в ЭНЗУ.

В третьей системе выполняются косвенные измерения. Исходной информацией служат первичные данные, которые система считывает из ЭНЗУ. Вычисляются средние значения Затем вычисляются

коэффициенты ослабления для каждой из п точек (кп) и другие параметры, обусловленные ТУ. Результат измерений записывается в протокол. Схема накопления и обработки данных, включающая прямые измерения параметров излучения, формирование массивов первичных данных, косвенные измерения параметра материала приведена на рис. 2.

Точность измерений обеспечивает комплекс мер: исключение фактора накопления за счёт настройки контроль аппаратного дрейфа также с

помощью ЛЕ, проведение многократных измерений для получения среднего значения и других, изложенных в гл. 6.

Для реализации схемы измерения в один измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) объединяются два устройства: прибор специального назначения - спектрометр и устройство широкого применения для обработки цифровой информации- компьютер стандартной комплектации: системный блок, экран, клавиатура, накопитель на магнитных дисках (НМД), принтер.

Технические параметры установки определяются точностью измерений, которая может быть достигнута при использовании ОСГИ, имеющих активность 105 Бк. Если диаметр сцинтилляционного детектора составляет 4 см, эффективность- 100%, расстояние между источником и детектором-20 см, то число импульсов от источника на выходе СБД (так называемая загрузка) составит

Исходя из соотношения относительной погрешности 8 и числа отсчётов N при регистрации ядерных частиц , для обеспечения точности

измерения 1% необходимо, чтобы сумма ЛЕ составляла около 12000, что при указанной загрузке достигается при экспозиции около 15 сек. В четвертой главе приведены сведения об ИВК на основе мини-ЭВМ, обеспечивающей как прямые, так и косвенные автоматизированные измерения. • Тип ЭВМ обусловлен рамками задания, предписывающего использовать отечественное сертифицированное оборудование. Технические данные ЭВМ -быстродействие, разрядность, набор команд, наличие адаптеров для сопряжения с внешними устройствами, а также комплектация должны соответствовать ряду условий: загрузке, размеру суммы ЛЕ, набору вычислительных операций; в качестве ЭНЗУ используется накопитель на магнитных дисках (НМД).

Функции гамма-спектрометра выполняются благодаря оснащению ЭВМ внешними устройствами специального назначения (ВУС). Используются функциональные блоки ядерной электроники стандарта "Вектор" отечественного производства: СБД, усилитель-формирователь (УФ), амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП), быстродействующее запоминающее устройство (БЗУ), таймер. Испытания различных вариантов привело к внедрению ИВК, конфигурация которого представлена на рис. 3 и 4а.

Прямые измерения параметров излучения

Косвенные измерения параметров материала

Рис. 2. Схема накопления и обработки данных при измерении радиационно-защитных свойств композиционных материалов.

[—><• Выходной сигнал СБД

Сцинтилляционный блок детектирования (СБД): фотоэлектронный умножитель и предусилитель кристалл №.1(Т1)

Источник гамма-излучения

__Объект контроля

— Штатив Рис. 3. Система "источник-детектор".

СБД - головная часть измерительного канала, входит в состав системы "источник-детектор" (рис. 3). СБД в виде выносного блока закреплен в штативе. В состав СБД входят: кристалл (NaJ(Tl) 40x40 мм), фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) и предусилитель. Для просвечивания материалов используются ОСГИ: в основных измерениях- изотоп 57Со (энергия гамма-излучения 122 кэВ), во вспомогательных (для выполнения ТУ)- 113Sn (393 кэВ), 27Na (511кэВ). Штатив обеспечивает неизменную геометрию измерения: расстояние L между источником и детектором, а также их соосность. Конструкция штатива позволяет просвечивать полости.

Преобразование импульсов в цифровой код производится в крейте стандарта "Вектор" (рис. 4а), в котором размещены УФ, АЦП. Связь между каналами крейта и ЭВМ осуществляется через блок управления БУП и интерфейсную плату ПСК. Особенность конфигурации состоит в отсутствии Б ЗУ- коды регистрируются непосредственно в оперативной памяти (ОЗУ) мини-ЭВМ по программе обработки прерывания АЦП, и в организации контроля экспозиции с помощью таймера, который формируется также в ОЗУ. Такой подход обусловлен низкой загрузкой и одноканальной схемой измерения.

Математическое обеспечение состоит из двух программных модулей: программы работы спектрометра и программы расчетов; первый формирует систему измерения первичных данных (рис. 1), второй, по завершении прямых измерений,- систему обработки информации. НМД является связующим звеном между этапами измерений для передачи информации, что позволяет автоматизировать испытания. Программа спектрометра написана, в основном, на фортране; части, связанные с управлением ВУС - на ассемблере (PDP-11). На фортране целиком написана программа расчетов. Оба модуля хранятся в файлах на магнитном диске; первый модуль занимает22 кб, второй— около 18,5 кб.

Сигнал от СБД

УФ рцп

( Протокол

БУП

Канал крейта

ПСК ОЗУ ~ т Экран Кл НМД Пр

31 п ЛПНГ

Канал ЭВМ

К р е й т "Вектор"

Сигнал от СБД

Компьютер стандартной комплектации

а)

га

Ж-

С-^

УФ

АЦП

БЗУ

ОЗУ Экран Кл НМД

Пр

шпоии

Канал ЭВМ

Компьютер стандартной комплектации

б)

Рис. 4. Схемы структурные ИВК: а - оснащённого модулями "Вектор" б- с использованием встраиваемого АЦП. УФ- усилитель-формирователь, АЦП- амплитудно-цифровой преобразователь, БЗУ-быстродействующее запоминающее устройство, БУП- блок управления, ПСК- плата сопряжения каналов, ОЗУ- оперативная память, Т - таймер, Кл - клавиатура, НМД - накопитель на магнитном диске, Пр - принтер.

Разработан алгоритм, обеспечивающий простоту измерений. Под управлением первого программного модуля выполняются прямые измерения в автоматическом режиме. Используются следующие функции сцинтилляционного гамма-спектрометра: амплитудный анализ импульсов, поступающих от СБД; формирование спектрограммы; отсчет живого времени экспозиции; выполнение паузы между экспозициями; уставка зоны интереса; вычисление суммы в зоне интереса, автоматическая запись суммы, а также

номера точки объекта и номера испытания, в файл на НМД; открытие-закрытие файла с фиксированным названием, соответствующим измеряемому параметру: Nu, Ыф или N0n. Запуск программы сопровождается чтением уставок из отдельного файла-данных, благодаря чему спектрометр автоматически выводится в исходное положение, заданное в предыдущий сеанс; то же происходит при возобновлении работы после аппаратного сбоя, например, из-за нарушения электропитания. При измерениях параметра Non организована автоматическая запись данных, в объеме одного буфера НМД, в ряд последовательных файлов, чтобы в условиях длительных измерений свести к минимуму потери информации при аппаратном сбое. Программа формирует среду дружественного интерфейса "ЭВМ-оператор": используется графический режим экрана ЭВМ с элементами анимации для отображения спектрограммы, управления маркером, назначения зоны интереса, изменения масштаба и т.п. На экран выводятся тексты подсказок и списки команд (меню) в соответствии с ситуацией; активизацию команды оператор производит с клавиатуры после установки отметчика на нужный пункт меню.

Второй программный модуль выполняет косвенные измерения, которые начинаются с ввода оператором комментария к протоколу и числа файлов, содержащих массив Nm. Последующие операции протекают автоматически: чтение массивов первичных данных из НМД, вычисление средних Nu, N,ф, Non. В заключение вычисляются параметры материала для каждой из п точек. В зависимости от поставленной задачи параметрами могут быть: поверхностная плотность поглощающей добавки, коэффициент ослабления непосредственно измеряемого гамма-излучения и другие (см. заключение гл. 2). Для каждого случая необходима своя программа вычислений. Результат испытаний записывается в файл-протокол, который содержит комментарий, номер точки, среднее значение параметра материала, среднеквадратичное отклонение.

Имеется опыт использования нового поколения АЦП марки NVL32, встраиваемого в материнскую плату персонального компьютера (ПК) IBM, 486-й процессор (рис. 46). Плата АЦП оснащена БЗУ емкостью 128 кбайт, в котором регистрируются коды в порядке поступления. По заполнении БЗУ возбуждается аппаратное прерывание, которое ПК обслуживает по программе амплитудного анализатора. Первичные данные в виде сумм накапливаются на винчестере. Мертвое время, затрачиваемое на обработку прерывания, учитывается таймером, который организован программно в оперативной памяти ПК. Выносной блок системы "источник-детектор" включает хорошо зарекомендовавшие себя модули системы "Вектор": СБД, блоки питания, усилитель-формирователь.

В пятой главе приведено краткое описание программ.

Программный модуль спектрометра включает основную программу, написанную на фортране, и 13 подпрограмм, написанных на ассемблере. Команды фортрана используются для чтения-записи в файл уставок спектрометра; записи в файлы результатов измерений. Оператору представляется список задач (меню) первого уровня: измерение фона первое/ измерение источника первое/ измерение объекта/ измерение источника второе/ измерение фона второе/ настройка/ выход. На ассемблере описан доступ к контроллеру графического дисплея для формирования изображения спектрограммы и анимации её элементов: кадра, маркера, зоны интереса. Написаны программы обслуживания аппаратных прерываний, поступающих от АЦП, таймера, клавиатуры. Организован вывод меню второго уровня по управлению спектрометром: выход/ пуск/ установка параметра. Меню третьего уровня предназначено для обработки операции "установка параметра": время набора/ время паузы/ номер точки/ номер испытания/. Параметр выбирается с помощью отметчика, который оператор перемещает по списку с помощью клавиш со стрелками.

Программный модуль вычислений разрабатывается экспериментатором в соответствии с поставленной задачей и с учетом формата записи исходных данных, сохранённых на НМД. Работа программы дм данного случая изложена в гл. 4.

В пакет матобеспечения ИВК включены также два файла-данных с уставками для спектрометра и коэффициентами для проведения вычислений, что обеспечивает легкую переналадку ИВК. Файлы с уставками, файлы первичных данных и файл-протокол занимают около 6 кб.

В шестой главе рассматриваются факторы, влияющие на точность измерений. Источниками систематических погрешностей являются: нарушение геометрии эксперимента, нестабильность времени экспозиции, просчеты при регистрации гамма-квантов, повышенный счёт из-за влияния фотонов вторичного излучения, аппаратный дрейф. Указаны способы их нейтрализации.

При испытаниях с применением слабого источника основной вклад в погрешность измерения вносит статистическая ошибка, возникающая при счёте гамма-квантов. Поскольку излучение гамма-квантов источником-процесс стохастический, поток излучения флюктуирует. При этом величина флюктуации функционально связана с числом зарегистрированных квантов. Приведена оценка относительной статистической погрешности (8//к) при

измерении к^2■ С учетом того, что к]22 определяется косвенно по результатам прямых измерений, получена формула:

5,/Ь

№-»ф)

("о-"*) К"^)

где Б/с - среднеквадратичная статистическая погрешность для к}22 ~ функции трех зависимых параметров:

Для планирования измерений с помощью формулы по компьютерной программе рассчитана таблица значений относительной статистической погрешности (в %%) в зависимости от счета гамма-квантов источника влияния фона (отношение Л^/Л'ф) и коэффициента ослабления к/22-

Для типичного материала, имеющего к]22= 3,5; при ИиШф = 30; = 12000 значение ^/¿составляет 2,11%. При необходимости;.^;/^: можно довести до 1,50%, если увеличить счёт Л^ до 24000, но в этом случае возрастает время эксперимента. Значение 3//к падает с уменьшением к¡22', например, для к!22 — 1,82% и т.д. Объём таблицы составляет 6 страниц.

В седьмой главе обосновываются критерии выборочного контроля. Практика производства СЗО-1 показала, что входной контроль исходного материала является важнейшим, поскольку позволяет предупредить брак конечных изделий и избежать значительных экономических потерь. При высокой точности изготовления исходного материала можно отказаться от промежуточного контроля или выполнять его с минимальной выборкой, а массу костюма сделать минимальной.

Контроль неоднородности материала производится малым выборкам в произвольных точках с числом проб, определённых методами математической статистики. В результате получены следующие данные: для измерения Nф рекомендуется проводить 5-6 проб, для измерения Ыи - 3 - 4 пробы; для оценки качества материала при входном контроле рекомендуется производить измерения в 10 - 15 точках на рулон (10 - 12 м длиной, 1 м шириной), по 3 - 4 пробы на каждую точку.

Данные предварительных выборок при входном контроле показывают, что коэффициент вариации коэффициента ослабления меняется в пределах 3 -10%, что обусловлено неравномерным распределением поглощающей добавки в материале. Отслеживая коэффициент вариации, получаемого по результатам испытания отдельного рулона, можно производить отбраковку исходного материала. Тем самым предотвращаются брак конечной продукции и экономические потери.

Коэффициент вариации при измерении отдельной точки составляет от 5% (для Кф~\№) ДО 1% (ДЛЯ что находится в согласии с расчетной

точностью метода и свидетельствует о стабильной работе аппаратуры.

Область применения неразрушающего радиационного метода контроля можно расширить - использовать его на производстве, выпускающем КМ, с целью наладки оборудования для получения полотна с равномерным распределением поглощаюшей добавки Для этого требуется разработка отдельной методики. Например, статистическая обработка данных, получаемых при просвечивании полотна по краям, в середине, а также от ючки к точке в продольном направлении, позволяет выявить клиновидную или периодически меняющуюся неоднородность, возникающую от прокатки материала непараллельными валками или валками овального сечения, и получить параметры для наладки оборудования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе получены следующие результаты.

1. Разработан способ контроля РЗС композиционных материалов и спецодежды пожарных. Контроль производится неразрушающим радиационным методом с помощью сцинтилляционно1 о гамма-ейектромегра В условиях швейно1 о производства обеспечивается контроль материалов, имеющих общую поверхностную плотность около 1 г/см2, по содержанию свинца (или иной поглощающей добавки) - около 0,5 г/см2. Характеристиками материала служат: а) коэффициент ослабления материалом потока монохроматического гамма-излучения изотопа кобальт-57 с энергией 122 кэВ \kj22)- б) поверхностная плотность поглощающей добавки (свинца), содержащейся в материале.

2. Обеспечена безопасность контроля благодаря использованию для просвечивания материала спектромегрических гамма-источников (ОСГИ), предназначенных для калибровки аппаратуры Активность источников составляет менее 100 кБк, что на порядок меньше минимальной значимой активности (МЗА) источника на рабочем месте по Нормам радиационной безопасности (НРБ-99). Вклад в мощность дозы на расстоянии 0,5 метра ниже естественного гамма-фона. Такие показатели позволяют организовать участок контроля в помещении без специальной защиты.

3. Достигнута точность измерения составляющая 1,5 - 3%, что позволяет выпускать защитную одежду минимальной массы

4. Проведен анализ источников ошибок и определен метод расчёта по1решности при измерении к]22- Рассчитаны таблицы и составлены графики, позволяющие пользователю оптимизировать режим измерений.

5. Создано автоматизированное рабочее место, оснащенное измерительно-вычислительным комплексом, аппаратную часть которого составляют блоки ядерной электроники и мини-ЭВМ стандартной комплектации. Комплекс оснащен аттестованным серийным отечественным оборудованием, что является необходимым условием сертификации продукции.

6. Создан интерфейс ввода-вывода данных, обеспечивающий комплексную автоматизацию измерений, включая накопление первичных данных, их сортировку и вычисление характеристики материала.

7. Создан интерфейс "человек-машина", позволивший адаптировать ИВК к эксплуатации персоналом средней квалификации после недельного обучения на рабочем месте.

8. Разработана методика определения параметров приёмочного статистического контроля РЗС исходного материала.

9. Разработанный способ безопасного автоматизированного контроля радиационно-защитных свойств КМ может быть использован для испытаний других материалов, изделий и средств защиты.

Основные материалы диссертации опубликованы в работах:

1.Бенецкий Б.А., Кузнецов А.Н., Лифанов М.Н., Лобов А.П., Перцовский Г.А., Плотникова М.В., Филатов В.Н. Методика определения эффекгивности специальных радиационных материалов и изделий из них при воздействии гамма-излучения// Исследования в области создания текстильных материалов/ Под ред. В.М. Филатова. -М.: ЦНИИТЭлегпром, 1992.-С.8-15.

2. Лифанов М.Н. Комплекс для испытания радиационно-защитных текстильных материалов и защитной одежды/ЛГез. докл. третьей конференции: Радиационные поражения и перспективы развития средств индивидуальной защиты от ионизирующих излучений.-М.: Институг ядерных исследований Российской академии наук, 25-26 мая 1999.- С. 9.

3. Бенецкий Б.А., Лифанов М.Н., Самсонов А.Е. Испытания радиационно-защитных свойств образцов строительных материалов, изготовленных на основе переработки кинескопного стекла// Сб. науч. тр. Нелинейные явления в открытых системах/ под ред. академика ЛупичеваЛ.Н.-М.: Гос. ИФТП, 2000.-Вып. 11.-С. 151-159.

4. Лифанов М.Н. Модернизированный комплекс для испытания радиационно-защитных текстильных материалов и защитной одежды// Тез. докл. пятой научно-практической конференции: Радиационные поражения и перспективы развития средств индивидуальной защиты от ионизирующих излучений.7-8 декабря 2000 г.- М.: Медицинский центр Управления делами Президента РФ. 2000.- С. 23.

5. Лифанов М.Н. Технология контроля радиационно-защитных свойств композиционных материалов и специальной защитной одежды пожарных, охраняющих АЭС. - М.: Препринт Ин-та ядерных исследований (ИЯИ) РАН. 1129/2004. - 2004. - 16 с.

6. Лифанов М Н. Опыт автоматизации измерений с помощью гамма-спектрометра, адаптированного к работе на малосерийном производстве. - М.: Препринт Ин-та ядерных исследований (ИЯИ) РАН. 1132/2004. - 2004. - 12 с.

Ф-т 60x84/8 Уч-издл 1,5 Зак №21468 Тираж 100 экз Бесплатно

Отпечатано на компьютерной издательской системе Издательский отдел Института ядерньк исследований Российской академии наук 117312, Москва, проспект 60-летия Октября, 7а

11 ИЮЛ 2005

» . .•SB.í.-tí ¡W -

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Лифанов, Михаил Николаевич

Введение.

Глава 1. Обзор исследований.

1.1. История вопроса.

1.2. Метод неразрушающего радиационного контроля.

1.3. Опыт применения радиационного контроля.

1.4. Радиоизотопный способ контроля.

1.5. Измерительная система на основе ЭВМ.

Глава 2. Физические основы контроля РЗС композиционных материалов

2.1. Опыты по установлению защитных свойств КМ.

2.2. Параметры для оценки радиационно-защитных свойств КМ.

2.3. Универсальность измерений с помощью гамма-спектрометра.

Глава 3. Элементы измерительной системы.

3.1. Общие сведения.

3.2. Схема измерения.

3.3. Требования к аппаратуре /.

Глава 4. Измерительно-вычислительный комплекс.

4.1. Аппаратное обеспечение.

4.2. Программное обеспечение.

4.3. Настройка системы.

4.4. Упрощенная схема измерительного комплекса.

Глава 5. Краткое описание программ.

Глава 6. Оценка ошибок измерений.

6.1. Систематические ошибки.

6.2. Случайные ошибки.

Глава 7. Критерии выборочного контроля продукции.

Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Автоматизация ядерно-физических измерений при производстве специальной радиационно-защитной одежды для пожарных на АЭС"

Диссертация посвящена разработке способа контроля радиационно-защитных свойств (РЗС) свинецсодержащих композиционных материалов (КМ), основанного на неразрушающем радиационном методе. Отличительная особенность данного способа контроля состоит в его безопасности, поскольку для просвечивания объекта контроля применяются гамма-источники, имеющие активность, соизмеримую с активностью естественного фона. Безопасность в сочетании с высокой точностью измерений, проводимых в автоматическом режиме с помощью гамма-спектрометра, стала решающим фактором для внедрения данной разработки на швейном производстве и выпуску новых средств индивидуальной защиты (СИЗ)- специальной защитной одежды пожарных, охраняющих АЭС. * *

Аварии на АЭС в Виндскейле (1957), Тримайл Айленде (1979), Чернобыле (1986), а также на подводных лодках и ситуация на Кыштыме (1957) показали, что эксплуатация ядерных объектов не исключает риска аварий, связанных с разрушением основной, стационарной, защиты.

Проблема безопасности во всей полноте проявилась во время аварии на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) в 1986 г. Применяемые в то время СИЗ предохраняют органы дыхания, пищеварения и кожу от попадания радиоактивных и химических веществ и предназначены для ведения регламентных работ в условиях нормированного облучения. В аварийных условиях они в значительной мере потеряли свою эффективность. Многие спасатели, прежде всего пожарные, подверглись неконтролируемому облучению.

Анализ данных медицинской статистики, в том числе по лечению моряков атомной подводной лодки К-19 (1961), пожарных ЧАЭС, свидетельствуют о том, что острая лучевая болезнь протекает намного легче, если дополнить существующие СИЗ одеждой из материала, в состав которого включены добавки из тяжёлых металлов [1], [2], [3]. Расчёты и испытания показали, что одежда изолирующего типа с экранирующим эффектом защищает от бета-лучей, а как средство, дополняющее фактор времени, защищает также и от высоко поглощаемого компонента гамма-излучения (энергии до 200 кэВ). При общей поверхностной плотности материала 1 г/см2, по содержанию свинца - 0,5 г/см2 вес СИЗ составит около 20 кг. Такая одежда в условиях радиоактивного заражения типа чернобыльского предотвращает лучевой ожог и снижает дозу проникающего облучения примерно в два раза, а степень поражения снижает на единицу. При аварийном неконтролируемом повышенном облучении она может оказаться единственным средством спасения жизни людей. Новая концепция защиты от излучений, характерных для ядерной аварии, была реализована при создании специальной защитной одежды типа СЗО-1.

Актуальность темы

Спецодежда имеет радиационно-защитные свойства (РЗС), т.е. качество, которое представляет новизну для швейного производства. Серийный выпуск СЗО-1 был невозможен без осуществления непосредственно на швейном производстве контроля РЗС исходных материалов и готовой продукции. Необходимость создания такого контроля и определяет актуальность данной работы.

Цель работы: создать и внедрить автоматизированный измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) для осуществления входного, промежуточного и выходного контроля радиационно-защитных свойств КМ и изделий в условиях малосерийного производства специальной защитной одежды пожарных СЗО-1 (ТУ 1709-14-353-91), основанного на неразрушающем радиационном методе. При этом

1) контроль должен быть безопасным для оператора и производственной среды,

2) измерительная аппаратура- отечественного серийного производства для обеспечения выпуска сертифицированной продукции, 3) управление - адаптировано к эксплуатации персоналом, не имеющим специального образования.

Для достижения поставленной цели было необходимо:

1) установить параметр для оценки радиационно-защитных свойств КМ;

2) разработать методику безопасных измерений с использованием гамма-излучения;

4) определить источники погрешностей и меры по их нейтрализации;

5) разработать алгоритм автоматизированных измерений РЗС.

В ходе разработки применялись следующие методы исследования:

1)анализ: радиационного метода контроля качества продукции, методов автоматизации физического эксперимента, опыта использования вычислительной техники в физическом эксперименте;

2) синтез ИВК с учётом критерия: "точность измерения- безопасность-простота обслуживания";

3.Для точечного просвечивания материалов использовано гамма-излучение особо слабой интенсивности, получаемое от образцовых спектрометрических гамма-источников (ОСГИ), предназначенных для калибровки аппаратуры. Активность ОСГИ менее 100 кБк. Это значение на порядок меньше минимальной значимой активности источника на рабочем месте (МЗА) по действующим Нормам радиационной безопасности (НРБ-99, приложение П-4, с. 102). Вклад в мощность дозы на расстоянии 0,5 метра от такого источника ниже естественного фона. Это позволяет оборудовать участок контроля в помещении без специальной защиты и избежать значительных расходов на организационные и технические мероприятия по защите персонала и производственной среды от радиации.

4. Адаптирован к применению в швейном производстве сцинтилляционный гамма-спектрометр для измерения коэффициента ослабления (£/22) с точностью 1,53% с помощью вычислительной техники, специальной методики и оригинального программного обеспечения, разработанного под задачу.

Практическая ценность

I. Разработка ИВК привела с созданию на швейном производстве автоматизированного рабочего места для контроля РЗС [4], [5]. Разработана эксплуатационно-техническая документация: таблица для настройки спектрометра (приложение 1), инструкция по обслуживанию спектрометра (приложение 4) и две инструкции по технике безопасности (приложение 5). Следует подчеркнуть, что данная разработка, в которой используется гамма-излучение, отличается безопасностью при одновременно высокой точности измерения и простоте обслуживания. Это стало возможным благодаря специальной методике, предусматривающей использование источника слабой активности в сочетании с эффективным детектором и аппаратурой достаточно высокого разрешения. Таковыми служат ОСГИ, сцинтилляционный счётчик и гамма-спектрометр, работу которого поддерживает мици-ЭВМ. Последняя позволяет автоматизировать измерения, связанные с регистрацией сравнительно малых потоков излучений в режиме реального времени с последующей автоматизированной обработкой массивов данных по формулам математической статистики. Специально разработанный дружественный интерфейс "человек-машина" позволяет привлекать к работе персонал средней квалификации после недельного обучения на рабочем месте.

II. Параметры защиты, полученные в результате исследований, вошли в "Специальные требования для специальной защитной одежды изолирующего типа, используемой при выполнении работ, связанных с тушением пожаров и ликвидацией аварий на АЭС и других радиационно-опасных объектах" (Нормы пожарной безопасности НПБ-162-2002, п. 9.2.2).

III. В результате развития опытного производства, включающего участок контроля РЗС материалов и изделий, с 1993 г. пожарные службы АЭС в России стали оснащаться специальной защитной одеждой типа СЗО-1 [6], [7], имеющей следующие основные характеристики:

• СЗО-1 предназначен для работы при авариях на АЭС;

• в условиях сочетанного облучения при мощности доз по гамма- и рентгеновскому облучению - до 1 Зв/час, по бета-излучению - до 4 Зв/час обеспечивается защита в течение 20 мин (по нормам радиационной безопасности, действовавшим в то время);

• коэффициент ослабления гамма-излучения энергии 200 кэВ в области защищенных критических органов 1 и 2 групп - не менее 2;

• коэффициент ослабления бета-излучения энергии 2 МэВ составляет не менее 80;

• допустимое время работы, сек, не более при температуре: от-40°С до +40°С - 2400, от +40°С до +100°С - 1200, +200°С -420;

• контакт с открытым пламенем - не более 3 сек.

В Пояснительной записке к ТУ [10] указано, что "комплект защитной одежды превосходит по техническому уровню современные достижения и не имеет аналогов в отечественной и зарубежной практике".

IV. Подобные защитные костюмы могут использоваться в аварийных ситуациях без тушения пожара, а также ремонтно-эксплуатационными службами для снижения суммарной дозы в условиях хронического облучении в течение длительного времени при штатной работе [1, с. 210]. Конструкция таких костюмов может отличаться от СЗО-1.

V. Безопасный контроль с применением ОСГИ, может использоваться при других материаловедческих испытаниях [11].

VI. Отдельные компоненты автоматизации ИВК (принцип формирования ряда файлов, обеспечивающий сохранность данных в случае аппаратных сбоев; автоматическая нумерация первичных данных, позволяющая автоматизировать последующие расчёты) могут быть использованы для автоматизации других исследований [12].

Реализация результатов. Измерительно-вычислительный комплекс по контролю радиационно-защитных свойств КМ и изделий при производстве защитной одежды пожарных, охраняющих АЭС, установлен на испытательном участке дочернего государственного предприятия "Защитная одежда" при НИИТМ в 1995 г., о чём имеется акт о внедрении.

Апробация результатов. Результаты работы докладывались на научно-практических конференциях "Радиационные поражения и перспективы развития средств индивидуальной защиты от ионизирующих излучений": на III Конференции в

ИЯИ РАН (Москва, 1999 г.) и на V Конференции в Медицинском центре Управления делами Президента РФ (Москва, 2000 г.), а также обсуждались на семинарах в Гос. инте физико-технических проблем РАН, ИЯИ РАН. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

На защиту выносятся:

• Применение радиационного неразрушающего метода контроля в новой сфере -производстве специальной радиационно-защитной одежды для пожарных на АЭС.

• Установленный параметр для оценки радиационно-защитных свойств текстильных материалов и готовых изделий - коэффициент ослабления потока моноэнергетического гамма-излучения изотопа кобальт-57 с энергией 122 кэВ.

• Методика безопасного контроля РЗС с использованием ОСГИ.

• ИВК, обеспечивающий автоматизированный контроль РЗС по данной методике.

• Автоматизированное рабочее место на основе данного ИВК, предназначенное для малосерийного швейного производства. * *

Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, изложенных на 127 страницах; содержит 25 рисунков, 7 таблиц, список литературы из 64 наименований, а также 6 приложений, представленных на 65 страницах.

Заключение диссертации по теме "Приборы и методы экспериментальной физики"

ВЫВОДЫ

В настоящей работе получены следующие основные результаты:

1. Разработан способ контроля радиационно-защитных свойств (РЗС) композиционных материалов и спецодежды пожарных, охраняющих АЭС. Контроль производится неразрушающим радиоизотопным методом с помощью сцинтилляционного гамма-спектрометра. В условиях швейного производства обеспечивается контроль материалов, имеющих общую поверхностную плотность около 1 г/см2, поверхностную плотность свинца (или иной поглощающей добавки) - около 0,5 г/см2. Характеристиками материала служат: а) коэффициент ослабления материалом потока монохроматического гамма-излучения изотопа кобальт-57 с энергией 122 кэВ (А722); б) поверхностная плотность поглощающей добавки (свинца), содержащейся в материале.

2. Обеспечена безопасность процесса контроля благодаря использованию для просвечивания материала спектрометрических гамма-источников (ОСГИ), предназначенных для калибровки аппаратуры. Активность источников составляет менее 100 кБк, что на порядок меньше минимальной значимой активности (МЗА) источника на рабочем месте по Нормам радиационной безопасности (НРБ-99). Вклад в мощность дозы на расстоянии 0,5 метра от источника ниже мощности дозы естественного гамма-фона. Такие показатели позволяют организовать участок контроля в помещении без специальной защиты, что приводит к экономии значительных средств на организационно-технические мероприятия по обеспечению радиационной безопасности.

3. Достигнута точность измерения, составляющая 1,5- 3%, что позволяет выпускать защитную одежду минимальной массы.

4. Проведён анализ источников ошибок и определен метод расчёта относительной статистической погрешности при измерении к]22■ Рассчитаны таблицы и составлены графики, позволяющие пользователю оптимизировать режим измерений.

5. Создано автоматизированное рабочее место, оснащенное измерительно-вычислительным комплексом (ИВК), аппаратную часть которого составляют блоки ядерной электроники и мини-ЭВМ стандартной комплектации. Комплекс оснащен аттестованным серийным отечественным оборудованием, что является необходимым условием для сертификации продукции.

9. Система открыта для наращивания числа измерительных каналов и для полной автоматизации измерений - перемещения объекта контроля в зоне просвечивания.

10. Разработанный способ безопасного автоматизированного контроля РЗС композиционных материалов может быть использован для испытаний других материалов, изделий и средств защиты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Автор считает своим приятным долгом выразить глубочайшую благодарность Борису Алексеевичу Бенецкому, своему учителю, сумевшему найти убедительные доводы о необходимости написания диссертации, а как научному руководителю - за многолетнее постоянное внимание и поддержку на всех этапах работы.

Автор глубоко признателен Станиславу Ильичу Поташёву за участие в многочисленных обсуждениях, конструктивную критику и помощь в создании ряда формулировок.

Автор глубоко благодарен Владимиру Николаевичу Бочкарёву за многочисленные консультации и наладку электроники.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Лифанов, Михаил Николаевич, Москва

1. Гогин Е.Е., Емельяненко В.М., Бенецкий Б.А., Филатов В.Н. Сочетанные радиационные поражения. М.: Известия, 2000.-240 с.

2. Лифанов М.Н. Комплекс для испытания радиационно-защитных текстильных материалов и защитной одежды// там же 3. С. 9.

3. Лифанов М.Н. Технология контроля радиационно-защитных свойств композиционных материалов и специальной защитной одежды пожарных, охраняющих АЭС.- М.: Препринт Ин-та ядерных исследований (ИЯИ) РАН. 1129/2004.-2004.- 16 с.

4. Перцовский Г.А., Филатов В.Н., Лобов А.П., Бенецкий Б.А., Логинов В.И. Результаты испытаний специальной защитной одежды для пожарных, охраняющих АЭС, тип СЭО-1//там же 6.-С. 134.

5. Замирова Л.Б., Шарнин Г.П., ЖиляевГ.Г., Зарипов И.Н., Капустина Н.М. Разработки в области создания средств индивидуальной защиты от ионизирующего излучения// там же 6.-С. 129- 133.

6. Клюев В.В., Милентьев А.Б., Павленко Ю.Н., Талачев А.С., Тихонов О.А., Фрид Е.С. Индивидуальные средства защиты от гамма-излучения// там же 6. С. 141 - 143.

7. Комплект аварийной специальной одежды пожарных СЗО-1. Технические условия ТУ 17-09-353-95.

8. Лифанов М.Н. Опыт автоматизации измерений с помощью гамма-спектрометра, адаптированного к работе на малосерийном производстве.— М.: Препринт Ин-та ядерных исследований (ИЛИ) РАН. 1132/2004. -2004. 12 с.

9. Бенецкий Б.А. Методика выбора материалов и реализация противорадиационной индивидуальной защиты//там же 13.-С. 108- 134.

10. Филатов В.Н. Композиционные текстильные материалы и изделия на их основе для защиты от ионизирующих излучений//там же 13.-С. 135-146.

11. Нейфах А.А., Горголюк С.И., Клячко О.С. Использование биологической дозиметрии для оценки материалов, защищающих от ионизирующей радиации// там же 13.-С. 95-99.

12. Замирова Л.Б., Шарнин Г.П., ЖиляевГ.Г., Зарипов И.Н., Капустина Н.М., Ченборисов Р.Ш. Разработки в области создания средств индивидуальной защиты от ионизирующего излучения// там же 13.- С. 146- 153.

13. Гуськова А.К., Барабанова А.В., Другман Р.Д. и соавт. Руководство по организации медицинской помощи при радиационных авариях. М., Энергоатомиздат, 1989. 83 с.

14. Гусев Н.Г., Климанов В.А., Машкович В.П., Суворов А.П. Защита от ионизирующих излучений, т. 1. Физические основы защиты от излучений. М., Энергоатомиздат, 1989,510 с.

15. Неразрушаю щи й контроль и диагностика: Справочник. Под ред. Клюева В.В. -М.: Машиностроение, 1995. - 487 с.

16. Справочник по радиационным методам неразрушающего контроля. Под ред. Румянцева С.В. М.: Энергоатомиздат, 1982. - 240 с.

17. Материалы полимерные для космических аппаратов с ядерным реактором. Требования к проведению радиационных испытаний. ГОСТ Р 25645.332-94. -Госстандарт России.-М.: 1995.

18. Рентгенотехника: Справочник. В 2-х кн. Под ред. Клюева В.В. М.: Машиностроение. - 1992.25. 30 Лет производства и применения изотопов в СССР: Тез. докл. конф. Обнинск 10- 12 окт. 1978. М.: Атомиздат, 1978.-53 с.

19. Всероссийская конференция: 50 Лет производства и применения изотопов в СССР. Сб. рефератов и тез. докл. и сообщений. Обнинск, 1998. - 138 с.

20. Приборы неразрушающего контроля толщины в машиностроении/ Гусев Е.А., Королев М.В., Карпельсон А.Е., Соснин Ф.Р. М.: Машиностроение, 1993. - 143 с.

21. Котик У.И., Улитенко К.Я. Новый радиоизотопный плотномер/Щветные металлы. 1994.-№ 12.-С. 71 -72.

22. Антюхов В.А., амплитудный анализатор на 4096 каналов в стандарте КАМАК. Препринт Р10-80-312. ОИЯИ, Дубна. 1980.

23. Горшков Г.В. Гамма-излучение радиоактивных тел и элементы расчёта защиты от излучения. М., Изд. АН СССР , 1959, 292 с.

24. Машиностроение, 1992.-480 с.

25. Маренков О.С., Комяк Н.И. Фотонные коэффициенты взаимодействия в рентгенометрическом анализе: Справочник. JL: Энергоатомиздат. Ленинград, отд-ние, 1988.-224 с.

26. Таточенко Л.К. Радиоактивные изотопы в приборостроении. М.: Атомиздат, 1960.-366 с.

27. Калашникова В.И., Козодаев М.С. Детекторы элементарных частиц. М.: Изд-во "Наука", 1966.-407 с.

28. Воронков А.Е., Кораблев Л.Н., Мурин И.Д., Штраних И.В. Быстродействующий многоканальный анализатор БМА-20. М.: ВИНИТИ, 1959. - С. 55

29. Штраних И.В., Бочкарев В.Н., Волков А.Н., Клабуков A.M., Пузанов В.В. Лабораторный измерительно-регистрирующий центр.//Труды Ордена Ленина Физического института им. П.Н. Лебедева. М.: Изд-во "Наука", 1968. - С. 3 - 9.

30. Волков А.Н., Забиякин Г.И., Тишин В.Г., Штраних И.В. Аналого-цифровые преобразователи поразрядного "взвешивания" для амплитудного анализа импульсов. // там же 35.-С. 33-38.

31. Пузанов В.В., Штраних И.В. Промежуточные запоминающие устройства измерительно-регистрирующего центра.// там же 35. —С. 43-52.

32. Клабуков A.M., Штраних И.В. Устройства накопления информации в системе измерительно-регистрирующего центра.//там же 35. С. 53-57.

33. Штраних И.В., Клабуков A.M., Самсонов А.Е. Временной кодировщик для измерительно-регистрирующего центра.//там же 35. С. 69-72.

34. Волков А.Н., Штраних И.В. Блок дифференциального и интегрального счёта для стабилизаторов спектра.// там же 35. С. 87-89.

35. Клабуков A.M., Самсонов А.Е., Штраних И.В. Цепи мониторирования и измерения времени.//там же 35.-С. 78-80.

36. Курочкин С.С. Системы КАМАК-Вектор. М.: Энергоатомиздат. 1981.

37. Берлиев А.И., Карпович Л.Н., Носков С.А., Пономарев Е.В., Сабуров В.Б. Модули ядерной электроники. -М.: Препринт Ин-та ядерных исследований РАН. 804/93. -1993.-25 с.

38. Задков В.Н., Пономарёв Ю.В. Компьютер в эксперименте: Архитектура и программные средства систем автоматизации. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988376 с.

39. Вербицкий С.С., Веселовский А.В., Ефимов Ю.Н., Лапик A.M., Ратнер Б.С. Спектрометр фотонейтронов на линии с ЭВМ.- М.: Препринт ИЯИ АН СССР, 1986.-С.3-16.

40. Тупиков B.C. Автоматизация малых физических установок на основе встраиваемых контроллеров. Автореф. дис. канд. техн. наук. Новосибирск, Ин-т ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН 1999. - 18 с.

41. Виноградов В.И. Принципы построения модульных систем в международном стандарте VME-VX1. -М.: Ин-т ядерных исследований РАН. 1992. 107 с.

42. Веселовский А.В., Каравичев О.В. Модули VME для автоматизации физических экспериментов. М.: Препринт Ин-та ядерных исследований РАН. 0976/98. 1998.

43. Кузнецов А.А., Рыченков В.И., Сенько В.А., Сидоров А.В. 12-Канальный модуль параллельных АЦП в FASTBUS. Протвино: Препринт Ин-та физики высоких энергий. 92-4. ИФВЭ.- 1992.

44. Сайт National Instruments: ni.com/russia.

45. TREI 5В контроллеры нового поколения, управляющие, РС-совместимые// Каталог ©TREI GMBH/Stuttgart-Пенза. - ©WAE.2002. - 8 с.

46. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99): Гигиенические нормативы. М.: Центр санитарно-эпидемиологического нормирования, гигиенической сертификации и экспертизы Минздрава России, 1999. - 116 с.

47. Шевцов И.П. Композиционные материалы радиационно-защитного назначения с высокодисперсными метапло-силикатными наполнителями. Автореф. дис. канд. техн. наук. Белгород, 1997. - 17 с.

48. Бушуев А.В., Озерков В.Н. Применение гамма-спектрометров в исследованиях по физике ядерных реакторов. М.: Энергоатомиздат. 1989. - 96 с. - (Физика и техника ядерных реакторов; Вып. 37).

49. Кирисова Т.В. Разработка математического программного и экспертного обеспечения автоматизированных рабочих мест исследователя и технолога по анализу спектрометрической информации. Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1994. - 20 с.

50. Анализатор многоканальный амплитудный АМ-А-02Ф. Сборник технической документации, 1985.

51. Голашвили Т.В., Чечев В.П., Лбов А.А. Справочник нуклидов. М.: ЦНИИАТОМИНФОРМ, 1995.

52. Щербинин А.В. Диалог на языке ФОРТРАН-77 для мини-ЭВМ. М.: Машиностроение. 1993. - 142 с.

53. Гольданский В.И., Куценко А.В., Подгорецкий М.И. Статистика отсчётов при регистрации ядерных частиц. М.: Физматгиз. 1959.-411 с.

54. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятности и математической статистики для технических приложений. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1965.512 с.

55. Нормы пожарной безопасности НПБ 162-2002. Введ. 01.03.2003. - М.: ГУГПС и ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2003.