Началась эта статья как ответ в тему о дозиметрах, но вот разрослась. Думаю, будет неплохо немного отвлечься от глобальных ядрёных проблем, поговорив о делах практических.



Итак. Тема радиации ранее на сайте поднималась неоднократно, однако в применении к конкретным приборам, по-моему, только здесь (к тому же, рассматривалось исключительно гамма-излучение). Многократно излагалась теория, однако, на мой взгляд, несколько однобоко: преимущественно в разрезе «сколько надо получить для острой лучевой болезни и от чего помрёшь сразу». То есть без особой практической привязки к нормальным реалиям мирного времени.

С другой стороны, говорить про альфу и гамму, микрозиверты и поток излучения вообще без объяснений, что это такое, также полагаю бессмысленным.

Соответственно, чтобы не повторять ранее опубликованные материалы, вначале немного картинок из Инета, наглядно показывающих, о чём идёт речь (источник — ekosf.ru).

Все излучения



Альфа, бета и гамма



Наглядно про проникающую способность



Далее. Самое основное про термины и единицы измерения.

Единицей измерения активности радионуклидов в системе СИ является беккерель (Бк). 1Бк = 1 распад в секунду.

Внесистемной единицей активности является ныне устаревшая величина Кюри (Ки). 1Ки = 3,7 *10000000000 Бк.

Дозы излучения. Когда ионизирующее излучение проходит через вещество, то на него оказывает воздействие только та часть энергии излучения, которая передается веществу, поглощается им. Порция энергии, переданная излучением веществу, называется дозой.

В дни моей юности излучение измеряли экспозиционной дозой, которая определяет ионизационную способность рентгеновского и гамма-излучений в единственном веществе, в воздухе.Внесистемной единицей экспозиционной дозы является широко известный рентген (Р). Надо сказать, что используется он в настоящее время только для совместимости со старыми приборами и таблицами.

Наука же шагнула вперёд и понятие экспозиционной дозы сейчас на практике не применяется (а меряют её теперь, к слову, в кулонах на килограмм). Количественной характеристикой взаимодействия ионизирующего излучения с веществом является поглощенная доза – отношение средней энергии, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к единице массы вещества в этом объеме.
Единица поглощенной дозы называется рад (от английского radiation absorbed dose). В системе СИ используют другую единицу — грей (Гр). 1 Гр = 100 рад = 1 Дж/кг.

Далее, биологический эффект различных видов излучения неодинаков. Это связано с отличиями в их проникающей способности и характере передачи энергии органам и тканям живого организма. Для оценки биологических последствий ранее использовалась единица «биологический эквивалент рентгена» — бэр (в английском языке — rem). 1 бэр = дозе любого излучения, производящая такое действие, как и доза гамма- или рентгеновского излучения в 1 Р.

В то же время современные радиометры и дозиметры вместо экспозиционной дозы в рентгенах показывают эквивалентную дозу – поглощенную дозу в греях, умноженную на коэффициент качества излучения. Это понятие введено специально для оценки воздействия на человека относительно малых доз излучения и неприменимо в общем случае к большим дозам. В системе СИ эквивалентная доза измеряется в зивертах (Зв). 1 Зв = 100 бэр.

Имеется также понятие эффективной дозы — величина, используемая как мера возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. То есть когда внешне всё нормально, но через какое-то время последствия уже могут наступить. Измеряется эффективная доза также в зивертах.

Соответственно, мощность эквивалентной и эффективной дозы будет измеряться в зивертах в час (Зв/ч). А поскольку зиверт, хоть и про малые дозы, но всё же до хрена много, нормальная градация для радиометра – микрозиверты в час, мкЗв/ч, то есть одна миллионная зиверта в час, а нормы указываются, как видно ниже, в миллизивертах, то есть тысячных долях зиверта.

Соотношение между применяемой ранее единицей мощности дозы гамма-излучения в микрорентгенах в час (мкР/ч) и микрозивертах в час принято следующим:

1 мкР/ч = 0,01 мкЗв/ч или 100 мкР/ч = 1 мкЗв/ч для излучения с коэффициентом качества излучения = 1 (вообще-то 1 Р примерно равен 0,0098 Зв).

Всё предыдущее касается ионизирующего излучения – гамма-лучей и рентгеновских лучей (то же самое, что и гамма, но энергия поменьше, и могут вызываться не только радионуклидами, но и рентгеновской трубкой, кинескопом телевизора и тд).

Про альфа и бета. И одно, и другое – это поток летящих частиц. Бета – летят электроны, альфа – частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Соответственно, летят недалеко, но бьют по организму серьёзно.

Количество альфа- и бета-излучения определяется как плотность потока частиц с единицы площади, в единицу времени (мой домашний радиометр градуирован в «частиц в минуту на квадратный сантиметр», «частиц*мин/кв.см», раньше, помню, меряли «в секунду» и потом требовалось переводить это дело на «в минуту» вручную).

Про коэффициент качества. Для рентгеновских, бета- и гамма-лучей он считается равным единице, то есть бэр соответствует раду. Для альфа-частиц коэффициент качества равен 20 (это означает, что альфа-частицы вызывают в 20 раз более сильное повреждение живой ткани, чем та же поглощенная доза бета- или гамма-лучей). Для нейтронов коэффициент составляет от 5 до 20 в зависимости от энергии (нейтронное излучение я тут не рассматриваю, о нём особый разговор).

Кстати, зачем в принципе нужен здесь этот коэффициент качества, если учесть, что альфа и бета в зивертах всё равно не меряются, а для гамма он равен единице – вот не знаю, честно. На общую картинку это не влияет. Не упомянуть об этом коэффициенте тоже вроде как нельзя, но в результате для гамма- и рентгеновского излучения с коэффициентом 1 получается, что 1 Зв = 1Гр = 100 бэр = 100 Р, 1 бэр = 1 рад = 1 Р. И к чему было огород городить с разными единицами – хз.

Можно ещё упомянуть, что излучение может быть разной энергии (меряется в электрон-вольтах, эВ, или, точнее, в миллионах эВ, МэВ). Как понимаю, речь в данном случае идёт о бете, гамме и рентгеновском. В общем, там до хрена всего, читать и читать. Пора остановиться.

Итак, в сухом остатке имеем. Самая главная гадость из рассматриваемых – гамма-излучение, поскольку дальнобойное. Степень вреда меряется в микрозивертах в час. Менее опасно бета-излучение, которое распространяется недалеко, его останавливает одежда и кожа. Альфа-частицы прыгают на совсем небольшое расстояние, их задерживает даже бумага, зато они в 20 раз мощнее гаммы и уж если проникли внутрь человека – мало не покажется. Степень вреда от альфы и беты меряется в количестве частиц на квадратный сантиметр в минуту.

Источники: nkj.ru, studopedia.org и др.

Извиняюсь за всю эту теорию, но без неё санитарные нормы просто будут непонятны. Да, если видите какие-то неточности, говорите. Я считаю, что для себя в вопросе минимально разобрался, но, конечно, могу и ошибаться.

Далее. По нормам. Не буду переписывать зверские дозы облучения, которые влекут за собой свечение в темноте, болезнь и смерть, они на сайте есть. В мирной же повседневной жизни у нас в стране действуют нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009 (СанПиН 2.6.1.2523-09).

Кто хочет, может почитать их подробнее, они есть, например, в Консультанте. Однако для общего понимания ситуации с гамма- и рентгеновским излучением, с моей точки зрения, вполне достаточно таблицы 3.1 «Основные пределы доз». Вот какие нормы предписываются для населения, не связанного по работе с излучениями:

Эффективная доза – 1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год;

Эквивалентная доза за год в:
хрусталике глаза — 15 мЗв;
коже — 50 мЗв;
кистях и стопах — 50 мЗв;

Допускается одновременное облучение до указанных пределов по всем нормируемым величинам.

Из них путём нехитрых вычислений получаем следующее.

Часов в году – 24*365=8760

Таким образом, средняя допустимая мощность гамма- и рентгеновского излучения:

в разрезе эффективной дозы – минимально 1000 мкЗв/8760 ч = 0,114 мкЗв/ч (11,4 мкР/ч), максимально – 5000/8760 = 0,57 мкЗв/ч (57,1мкР/ч)

в разрезе эквивалентной дозы – по хрусталику глаза 1,712 мкЗв/ч (171,2 мкр/ч), по коже, кистям и стопам – 5,708мкЗв/ч (570,8мкР/ч)

То есть предельно грубо – на постоянное гамма- или рентгеновское излучение ниже 0,1 мкЗв/ч можно вообще не обращать внимания. То же излучение выше 0,1 мкЗв/ч уже как-то на нас влияет, пусть и в очень отдаленном будущем. Однако до 0,6 мкЗв/ч мы ещё в тех пределах, когда будущим этим можно и пренебречь. От постоянного излучения 0,6 мкЗв/ч до 1,7 мкЗв/ч этот отдалённый риск всё приближается и приближается. А вот с 1,7 мкЗв/ч, опять же, если находиться в них постоянно, начинается уже зона реального риска для незащищённых глаз, с 5,7 мкЗв — для незащищенной кожи.

Теперь про альфу и бету.

Поскольку летают эти частицы недалеко, актуальнее всего, с моей точки зрения, становится загрязнение соответствующими радионуклидами одежды и поверхностей. Замечу, что значений для населения именно по данным излучениям в Нормах я не нашел. Так что, думаю, имеет смысл руководствоваться таблицей 8.9 «Допустимые уровни радиоактивного загрязнения поверхностей рабочих помещений и находящегося в них оборудования, кожных покровов, спецодежды, спецобуви и других средств индивидуальной защиты персонала, част/(см2 x мин.)», взяв оттуда минимальные значения.

Соответственно, имеем:

Неповрежденная кожа, спецбелье, полотенца, внутренняя поверхность лицевых частей средств индивидуальной защиты

альфа – 2 частицы на кв.см. в минуту, бета – 200 частиц на кв.см. в минуту

Основная спецодежда, внутренняя поверхность дополнительных средств индивидуальной защиты, наружная поверхность спецобуви

альфа – 5, бета – 2000

Поверхности помещений постоянного пребывания персонала и находящегося в них оборудования

альфа – 5, бета – 2000

Поверхности помещений периодического пребывания персонала и находящегося в них оборудования

альфа – 50, бета – 10000

Наружная поверхность дополнительных средств индивидуальной защиты, снимаемых в саншлюзах

альфа – 50, бета – 10000

Замечу, что, в отличие от показаний радиометра по гамма-излучению, данные замеры делаются не напрямую! Далее при описании работы на своём домашнем приборе рассмотрю этот вопрос подробно.

Ну и очень важно помнить, что

1) измерения имеют погрешность, и она довольно высока; погрешность эта уменьшается при увеличении времени непрерыной работы радиометра и серьёзная машинка эту погрешность показывает на экране большими буквами;

2) однократные измерения практически ни о чём не говорят, их надо производить минимум раз пять и брать среднее значение;

3) методика проведения измерений прилагается к радиометру и если ей не следовать – смысла в показаниях будет не очень много.

Да, ещё одно – и переходим к практике. Касательно названий измеряющих приборов. В Инете по этому поводу бродят различные мнения, я же скажу, что с детства привык: «дозиметр» – это прибор, отвечающий на вопрос «сколько в сумме рентген я получил». Были такие (да и сейчас есть), в виде толстой авторучки, ДКП-50А, например. «Радиометр» – устройство, на котором видно, «сколько рентген я получу, если простою здесь час». Современные приборы, совмещающие обе эти функции, я для себя называю радиометрами. А вы как хотите.)

Так вот. Задумавшись о необходимости контроля радиационной обстановки в непосредственной близости от уязвимых частей тела и прикидывая, какие задачи должен исполнять радиометр в повседневной жизни, почти сразу обнаружил нехилое такое противоречие.

С одной стороны, мне нужен приборчик, который оперативно информировал бы, что я залез в неприятности. То есть машинка должна рассказывать мне о наличии самого неприятного излучения – гамма- либо рентгеновского, и, кроме того, быть маленькой, неприхотливой, лёгкой, предупреждать о неприятностях «из кармана», в том числе в бесшумном режиме, питаться обычными батарейками и долго работать от них.

С другой стороны, необходимо устройство, которое позволило бы не допустить возможные проблемы в дом (или любое другое помещение). А это предполагает умение распознавать весь диапазон вредных излучений. Поскольку, например, принесённый домой красивый камень может не излучать в гамма-диапазоне, зато вовсю фонитьв альфа. Оно, конечно, кажется неопасным – но вот откололась от камешка крошка, подцепилась рукой там или кошачьей лапой – и попала на стол, а оттуда в рот. И на пустом месте образуется конкретная задница. Так что подобная машинка, с моей точки зрения, нужна. В то же время для ежедневного таскания с собой в лес или под землю она уже не особо подходит – неудобная по габаритам, существенно более тяжёлая и хрупкая.

Снять данное противоречие поиском компромиссного варианта не получилось. Либо – либо.

Таким образом, подумавши и прикинув возможности, решили мы с женой, что радиометра у нас будет два.

В качестве лёгкого «походного» варианта после рассмотрения кандидатур выбрана модель Radex One (далее – Радекс).

Универсальным домашним прибором стал МКС-03СА.

Теперь подробнее о них и об опыте их использования.

1. Радекс выглядит вот таким образом



и имеет следующие заявленные характеристики.

Диапазон измерения мощности дозы мкЗв/ч – от 0,05 до 999
Диапазон измерения дозы – от 0 мкЗв до 9,99 Зв
Погрешность – ±(15+6/Р)%, где P — мощность дозы в мкЗв/ч
Время измерения – 10с
Индикация показаний непрерывно
Время непрерывной работы – 500 ч
Диапазон температур – от -20 до +50С
Габаритные размеры – 112х32х23мм
Вес – 40 г
Элементы питания – 1хААА

На весах вместе с батарейкой и шнурком прибор тянет на 50 г – практически ничего. При этом он «заточен» под вертикальное ношение (индикатор на торце) и при превышении выставленного предельного значения может как попискивать, так и молчаливо сигнализировать об этом вибрацией.

Вибросигнал, кстати, мощный и хорошо ощутимый.

Плюс у него имеется дополнительный режим, в котором он показывает непосредственно количество импульсов от пролетающих сквозь него частиц – для поиска их источника методом «горячо-холодно».

По опыту использования. Машинка работает уже два с лишним года и со мной практически на каждом выезде и вылазке, поскольку не весит ничего, места не занимает, никаких дополнительных познаний и навыков не требует.



Радиометр ездил со мной в командировки, бродил по лесу, лазил под землю.В штольнях Адыгеи давешней осенью, к слову, Радекс прошёл боевое испытание, добросовестно предупредив нас о повышении радиационного фона до вполне неслабых 3 мкЗв/ч.



Минусы – ну, пара найдётся. Так, непонятно, почему не сделали встроенную подсветки индикатора. Вот не помешала бы. И штатная клипса откровенно хреноватенькая – впрочем, не пользуюсь, шнурок на шею или пояс удобнее.

По точности. Показания Радекса практически соответствуют показаниям гораздо более точного и сертифицированного для государственных измерений МКС-03СА. Мне, скажем, этого более чем достаточно, чтобы данной машинке верить.

Подводя итоги – удобный приборчик, рекомендовал бы.

2. Теперь про «домашний» радиометр – уже упомянутый МКС-03СА (далее – МКС).

Внешне он представляет из себя увесистый брусочек и с лицевой стороны выглядит так



Снабжен гораздо более «солидным» датчиком, чем Радекс, и умеет следующее.

Диапазон измерения дозы – от 0,0001 до 1000мЗв
Диапазон измерения мощности дозы – от 0,1 до 10000мкЗв/ч
Диапазон измерения плотности потока бета-частиц (по 90 Sr+ 90 Y ) – от 3 до 30000
Основная погрешность во всех режимах измерения –± 25%
Диапазон индикации плотности потока альфа-частиц (по 239 Pu )– от 10 до 30000частиц на кв.см в минуту
Уровень собственного фона:
— в режиме ГАММА – не более0,06мкЗв/ч
— в режиме БЕТА – не более 6,00 частиц на кв.см в минуту
Время установления рабочего режима – не более1 мин
Время непрерывной работы от двух элементов типа АА «DURACELL» не менее 400 ч, от сети 220 В,50Гц (через адаптер)– не ограничено
Время измерения мощности дозы при фоне 0,15 мкЗв/ч– не более20с, при фоне более 1 мкЗв/ч – не более 3 с
Диапазон установки порогов дозы, мощности дозы, плотности потока частиц, речевой вывод результата измерений мощности дозы– с интервалами 30, 60 или 120с
Звуковая сигнализация при превышении установленного порога мощности дозы и плотности потока альфа-, бета- частиц
Речевые сообщения:
— при включении прибора
— при выключении прибора
— при превышении предела измерения мощности дозы, плотности потока альфа- или бета- частиц
— при превышении установленного порога дозы
Интервалы записей в журнал – 1; 5; 30 минили ВЫКЛ
Емкость журнала – 2000 записей
Язык вывода информации на дисплей – Русский/английский
Условия эксплуатации:
— температура от минус 20 до +50 С
— влажность при 30 С до 75 %
Габаритные размеры – 150x75x30 мм
Поиск источника излучения – Да
Подключение выносных детекторов – Да
Подключение к компьютеру – Да (USB-порт)
Вес – 360 г
Питание – 2хАА

Как видно из характеристик, это уже гораздо более серьёзная машинка. Ну и, повторюсь, данный радиометр сертифицирован для «применения в сфере государственного регулирования единства измерений» и имеет в комплекте индивидуальное номерное свидетельство о поверке. То есть показания данного прибора при желании могут использоваться в официальных документах.

Что касаемо его использования.

Таскать МКС с собой «в леса», разумеется, жалко, да и весит он уже прилично (хоть и чуть меньше, чем заявлено) – с батарейками 347 г. С другой стороны, размер у прибора вполне компактный, если не для кармана, то для сумки или рюкзака годится.

Дома радиометр периодически включается для проверки гамма-излучения. Гамма измеряется напрямую, отображаясь на индикаторе в мкЗв/ч. Рядом показывается текущая погрешность.

Вот показания в сравнении с Радексом





Вспоминаем, что МКС может по паспорту в режиме ГАММА фонить до 0,06 мкЗв/ч (у Радекса данная величина в паспорте отсутствует, что, конечно, ни о чём не говорит). И вспоминаем о паспортных погрешностях того и другого прибора – у МКС честные ± 25%, у Радекса хитровыпендренные ±(15+6/Р)%, где P — мощность дозы в мкЗв/ч. После этого можно вполне законно гордиться, что показания приборов практически (или полностью) совпадают.

МКС также может применяться для локализации источников радиации – этого, слава Богу, мне делать не приходилось.

А вот при появлении дома камушков, окаменелостей и тд прибор сразу включается для их обследования.

Для примера возьмём кусочек окаменевшего дерева.



Единичная индикация бета-излучения в точном соответствии с инструкцией к прибору проводится следующим образом:

измеряем излучение в режиме БЕТА, расположив МКС с установленным фильтром бета-частиц (он у прибора выполнен в виде снимающейся крышки на нижней поверхности, гамма измеряется тоже с ним)в непосредственной близости от объекта



снимаем фильтр





снова измеряем мощность потока бета-частиц



И производим нехитрое математическое действие, вычитая первое значение из второго

9,11 — 8,16 = 1,05 частиц на кв.см в минуту

Учитывая, что норма – 200, а также принимая в расчёт погрешность измерения (усреднённо 8% от среднего значения 8,6 даст нам 0,7 частиц на кв.см в минуту), думаю, волноваться не о чем.

Проверка альфа.

Измеряем мощность потока частиц прибором в режиме АЛЬФА в непосредственной близости от объекта со снятой крышкой счётчика



Повторяем измерение, проложив между объектом и прибором лист бумаги



вычисляем

20,7–20,2 = 0,5 частиц на кв.см в минуту

Норма – 2, и можно как-бы не беспокоиться. Однако погрешность измерения в данном случае перекрывает «тревожный» диапазон (10,45% от 20,45 будет больше 2 частиц на кв.см в минуту), так что в данном случае замеры надо повторять, добиваясь большей точности. Скажу кратко, что всё в порядке.

Разумеется, все измерения чисто демонстрационные – для того чтобы они обрели силу факта, надо неоднократно повторять их и вычислять средние величины, считать не только погрешность измерения, но и приборную погрешность, и тд и тп.

Недостатков у МКС для его применения в рамках моих задач, я, честно, просто не вижу. Ну можно было бы, наверное, включить в программное обеспечение запоминание измерений по бета и альфа и автоматический подсчёт их разности. Однако для неспешных домашних замеров это и не нужно.

Подводя итог – хороший серьёзный прибор.

Всем поменьше вредной активности и побольше полезной!

========================
Все мнения, суждения и оценки — мои и необязательно верные.