Радиоизотопная и рентгеновская дефектоскопия

Радиоизотопная и рентгеновская дефектоскопия

В основе методов дефектоскопии лежат законы ослабления различных видов ионизирующего излучения веществом и способы ре- гистрации излучения, несущего информацию о контролируемом объекте.

Основной способ получения информации о контролируемом объекте в дефектоскопии с помощью ионизирующего излучения - просвечивание на рентгеновскую пленку вместе с усиливающими экранами (металлическими, флюороскопическими) или без них. Возможны и другие способы получения информации о контролируемых объектах: радиометрический, радиоскопический и др.

В качестве источников ионизирующего излучения служат такие радиоактивные изотопы, как б0Со, 75Se, 170Tm, 192Ir, и различные рентгеновские установки.

С помощью методов γ-дефектоскопии контролируют качество материалов и готовых изделий с большим диапазоном толщины (от 0,5 до 250 мм стали).

В последние годы находят широкое применение методы радиоизотопной дефектоскопии, основанные на использовании β- и нейтронных источников.

Изделия толщиной до 20 мм просвечивают тормозным излучением (β-источниками 90Sr 147Pm и 204Т1). При нейтронной радиографии используют потоки тепловых и промежуточных нейтронов.

В практике метод нейтронной радиографии, основанный на воздействии вторичного излучения, возникающего в результате за- хвата нейтронов ядрами материала экрана (фотопленку и усиливающий экран помещают вместе в поток нейтронов за просвечиваемой деталью), нашел применение при просвечивании тяжелых металлов и водородсодержащих материалов.

В качестве нейтронных источников служат радиоактивные препараты на основе 244Cm, 252Cf и 241Am.

Изделия с помощью радиоизотопных препаратов просвечивают дефектоскопами, представляющими собой защитное устройство с источником излучения, системой управления, выпусков и перекрытием пучка излучения, системой сигнализации о положении источника.

В зависимости от условий применения γ-дефектоскопы могут быть стационарными, передвижными (возможно многократное перемещение дефектоскопа к месту просвечивания) и переносными (транспортировка одним человеком или двумя), а в зависимости от формы пучка для просвечивания изделий - фронтальными (направленный пучок излучения с углом выхода 2π) и панорамными (просвечивание изделий пучком излучения с углом 2π).

Краткие технические характеристики некоторых дефектоскопов приведены в табл. 28.

Наряду с радиоизотопными источниками в дефектоскопии применяют рентгеновские аппараты (стационарного и переносного типа) и ускорители электронов.

Максимальная толщина просвечиваемых изделий рентгеновскими аппаратами составляет 20-30 мм стали. Качество изделий толщиной более 200 мм контролируют высокоэнергетическими установками тормозного излучения, бетатронами, линейными ускорителями, микротронами.

Таким образом, в дефектоскопической практике налицо большое количество разнообразных источников ионизирующего излучения, различных методов просвечивания и, следовательно, имеются различные факторы опасности для персонала и отдельных лиц из населения.

Таблица 28. Краткие технические характеристики некоторых дефектоскопов

Среди этих факторов необходимо указать на возможность внешнего (при эксплуатации всех видов радиационной техники) и внутреннего (при эксплуатации радиоизотопньгх приборов, ускорителей с энергией более 15 МэВ) облучения, а также на вероятность непланируемого облучения при нарушении технологии просвечивания.

Следует отметить, что в настоящее время в нашей стране имеется значительное количество стационарньх установок, из них в 90% случаев эффективны рентгенодефектоскопические аппараты, в 10% - радиоизотопные установки и менее чем в 1% - ускорители электронов различной энергии.

Организация системы мероприятий по обеспечению радиационной безопасности зависит от типа источников излучения, особенностей технологии просвечивания изделий, планировочных решений (выбор необходимой толщины стен перекрытий, защитных дверей или конфигурации лабиринтов) и других факторов.

В общем виде схема радиационной безопасности при промышленной дефектоскопии состоит из двух элементов, включающих средства снижения уровня облучения и средства контроля. При решении задачи по снижению уровня облучения при стационарных методах просвечивания главное внимание уделяют радиационной защите помещений, блокировке, сигнализации и планировке, при проведении переносной дефектоскопии - радиационной защите установок, организационным мероприятиям по обеспечению радиационной безопасности персонала и населения.

При обсуждении средств контроля следует обращать основное внимание на экспертизу технических заданий и проектов строи- тельства и реконструкцию средств защиты, контроль качества защитных сооружений и эффективность защиты радиационных головок дефектоскопических аппаратов, а также радиационный контроль (оценка индивидуальных и коллективных доз облучения, уровня излучения на рабочих местах и в смежных помещениях, оценка эффективности радиационной защиты помещений, предназначенных для просвечивания, проверка исправности систем блокировок и сигнализации).

Весь технологический процесс просвечивания изделий при стационарной дефектоскопии включает следующие этапы:

•  1-й - монтаж, наладка и испытание радиационной техники;

•  2-й - установка изделий для просвечивания;

•  3-й - просвечивание изделий;

•  4-й - транспортировка изделия из помещения, предназначенного для просвечивания.

При просвечивании рентгенодефектоскопических установок и ускорителей различного типа радиационную опасность представляют 1-й и 3-й этапы, а при просвечивании радиоизотопными аппаратами - все этапы.

Монтаж, наладку и испытание радиационной техники проводят, проверяя правильность монтажа пульта управления и уста- новки для просвечивания и испытания. В целом защита персонала при дефектоскопических работах в стационарных условиях достаточно надежна благодаря выполнению требований к планировке, стационарной защите и всему комплексу мероприятий, который осуществляют при эксплуатации источников излучения большой мощности.

При дефектоскопических исследованиях с помощью переносных установок степень радиационной опасности несколько воз- растает. Последнее обусловлено тем, что на формирование дозовых нагрузок влияют многие факторы (тип источников и конструкция аппаратов, местоположение оператора по отношению к аппарату, размер просвечиваемого изделия, телесный угол просвечивания и др.). Как правило, технологический процесс контроля качества изделия с помощью переносной аппаратуры складывается из следующих этапов:

•  1-й - транспортировка дефектоскопа к месту просвечивания;

•  2-й - установка и крепление дефектоскопа на контролируемом стыке;

•  3-й - выведение источника в рабочее положение;

•  4-й - просвечивание;

•  5-й - закрытие затвора;

•  6-й - демонтаж дефектоскопа;

•  7-й - транспортировка дефектоскопа (вручную) к следующему стыку.

Из указанного перечня этапов технологического процесса видно, что наибольший вклад в дозу облучения оператора при доста- точно эффективной защите аппарата имеют 3-й и 4-й. При этом особое значение приобретают расстояние оператора от аппарата и время его работы. Этим можно объяснить тот факт, что дозы

облучения (на 1 стык) при контроле сварных швов корпуса судна у операторов, вынужденных находиться вблизи от аппарата и даже придерживать его в труднодоступных местах, выше, чем дозы облучения операторов, занятых контролем качества сварки магистральных трубопроводов. Степень радиационной опасности более высокая при зарядке, перезарядке и ремонте дефектоскопов, поэтому проводить эти работы разрешено специализированным мастерским, лабораториям и заводам-изготовителям. Зарядку и перезарядку дефектоскопов осуществляют в специальных помещениях с помощью дистанционных инструментов и приспособлений за надежной защитой при обязательном присутствии ответственного лица службы безопасности и непрерывном радиационном контроле. Выпускаемые отечественной промышленностью аппараты для радиационной дефектоскопии отвечают требованиям радиационной безопасности. При соблюдении «Санитарных правил по радиоизотопной дефектоскопии» уровень облучения персонала составляет 20-30% годовых ПД.

Радиоизотопные приборы технологического контроля

Автоматизация производственных процессов в различных отраслях народного хозяйства вызвала необходимость применения большого количества контрольно-измерительных приборов, в том числе и радиоизотопных.

Задачи, решаемые с помощью этих приборов, весьма разнообразны: это контроль уровня жидкостей в закрытых сосудах, плотности материалов, влажности и т.д. Данные приборы позволяют анализировать состав вещества и определять его концентрацию, измерять давление и температуру, расход газов, проводить счет предметов, осуществлять блокировку автоматов и т.д.

Широкое внедрение в практику радиоизотопных приборов (РИП) обусловлено прежде всего их бесконтактностью, высоким быстродействием, непрерывностью и точностью измерений, а также возможностью использования для контроля твердых, жидких, газообразных, химически агрессивных, взрывоопасных и других сред.

В настоящее время существенно расширилась сфера применения РИП: для измерения уровня жидкостей и газов (γ-реле типа ГР, АРПУ, ИУР, РГЭ, РТР, РВР и следующие уровнемеры типа

УР, УДАР,УРМС), толщины материалов покрытий (толщиномеры типов ИТУ-495, ИТШ-496, отражательный толщиномер ТОР-1 и β-толщиномер покрытий БТП-4) и толщины льда при обледенении самолетов (сигнализатор обледенения РИО), для определения плотности жидкостей и пульп (плотномеры 7 типа ПЖР и ПР-1020), для установления плотности и влажности почвогрунтов (плотномеры типов ГГП, ПГП и влагомеры ИИВА, ВПГР), для счета предметов (радиоизотопные счетчики предметов типа РСП-11 и РСП-12).

Масштабы использования РИП в различных отраслях народного хозяйства следующие (в %):

•  горнодобывающая промышленность - 18;

•  черная и цветная металлургия - 15;

•  химическая промышленность - 12;

•  промышленность строительных материалов - 10;

•  легкая и пищевая промышленность - 8;

•  другие отрасли - 37.

В соответствии с основными принципами радиационной безопасности эффективность биологической защиты при эксплуатации РИП может быть оценена следующими основными показателями: мощностью экспозиционной дозы излучения на поверхности блока с источником и на расстоянии 1 м от него; обоснованностью выбора применяемых источников излучения; уровнем не только загрязненности рабочей поверхности оборудования, спецодежды и т.д., но и дозы облучения персонала в зависимости от типа эксплуатируемых РИП, а также прогнозом радиационной обстановки в результате возможных аварийных ситуаций.

Согласно действующим «Санитарным правилам устройства и эксплуатации радиоизотопных приборов», в зависимости от актив- ности источников (по степени радиационной опасности), устанавливают 3 группы РИП:

•  I группа - РИП с источниками α- и β-излучения активностью до 1,85?108 Бк (нейтрализаторы статического электричества, дымоизвещатели) и светознаки с тритием до 7,4?1010 Бк;

•  II группа - РИП с источниками α- и β-излучения активностью от 1,85?108 до 1,85?109 Бк и светознаки с тритием от 7,4?1010 до 9,25?1011 Бк;

•  III группа - РИП с источниками γ-излучения, создающими мощность экспозиционной дозы излучения более 0,057 нА/кг

на расстоянии 1 м от источника без защиты или источника β-излучения активностью более 1,85?109 Бк и светознаки с тритием до 9,25?1011. Мощность дозы излучения на поверхности РИП не должна превышать 0,1 мЗв/ч, а на расстоянии 1 м - 3 мкЗв/ч.

Технологическая схема внедрения РИП в народное хозяйство складывается из взаимосвязанных отдельных элементов этой схемы, из которых каждый требует осуществления тех или иных мер, направленных на обеспечение радиационной безопасности персонала. В общем виде она состоит из:

•  перезарядки радионуклида из транспортного контейнера в рабочий;

•  транспортирования рабочего контейнера к месту зарядки блока РИП;

•  наладки РИП;

•  монтажа и эксплуатации;

•  сбора и удаления отработавших источников. Рассмотрим вопросы обеспечения радиационной безопасности

при осуществлении указанных элементов технологического процесса. Перезарядка радионуклидов из транспортного контейнера осуществляется, как правило, в течение 10-20 с за защитой и не представляет опасности для персонала. Так, при перезарядке источника 137Cs активностью до 18,5?1010 Бк без защиты доза облучения персонала не превышает 1,3?10-6 Кл/кг.

Сборка радиоизотопных блоков источников относится к наиболее радиационно опасной операции, поэтому она осуществляется в специализированных лабораториях, оборудованных необходимыми защитными боксами, различными манипуляторами и другими средствами, снижающими до минимума возможность прямого воздействия ионизирующего излучения на персонал, проводящий зарядку блоков.

Зарядка блоков источников слагается из следующих последовательных операций: установки рабочего контейнера в защитный бокс, извлечения из контейнера радиоактивного препарата при помощи дистанционных манипуляторов, зарядки радиоактивным препаратом блока источника.

Такое схематическое построение процесса зарядки блока источников позволяет сократить время пребывания оператора в зоне излучения и снизить дозу облучения.

Следует отметить, что при эксплуатации РИП II и III групп частота случаев радиоактивной загрязненности рабочей поверхности, оборудования, спецодежды составляет 3-5%, частота случаев радиоактивной загрязненности при эксплуатации нейтрализаторов статического электричества - 5-7%. Таким образом, при работе с радиоизотопными приборами I и III групп возможно воздействие на персонал внешнего и внутреннего облучения. Мероприятия по обеспечению радиационной безопасности РИП I группы сводятся в основном к обеспечению их сохранности. Обеспечение радиационной безопасности РИП III группы требует особого подхода, так как в них имеются различные по активности и радиотоксичности источники, а также конструктивные особенности блоков с источниками, воздействие различных вредных факторов на них (высокая температура, агрессивные среды, вибрация и т.д.). Эксплуатация в условиях агрессивных сред и вибрации может привести к нарушению целостности эмалевого покрытия радионуклида у нейтрализаторов статического электричества, выпадению источника из блока прибора и, следовательно, к радиоактивному загрязнению рабочей поверхности, оборудования или к внешнему облучению персонала. Особое внимание необходимо обращать на эксплуатацию РИП III группы в полевых условиях. В этих случаях наиболее радиационно опасны транспортирование и эксплуатация этих приборов.

В нашей стране успешно действует система санитарного надзора за внедрением, монтажом и эксплуатацией РИП, состоящая из двух подсистем: средств контроля и средств обеспечения радиационной безопасности.

Средства контроля включают контроль за приобретением РИП, санитарно-гигиеническую экспертизу технической документации, санитарно-гигиеническую оценку опытных образцов и контроль за правильным размещением, монтажом и наладкой приборов.

Средства обеспечения радиационной безопасности включают следующие мероприятия: проведение работ на стадии проектирования (разработка технических условий и технической документации на РИП); санитарно-гигиеническое решение по размещению этих приборов; оптимальная организация технологического процесса использования РИП; решение организационных вопросов по обеспечению радиационной безопасности на объекте; установление средств защиты.

Важное место в подсистеме средств контроля занимают мероприятия по текущему санитарному надзору за правильностью эксплуатации РИП, контроль за хранением блоков с источниками и проведением ремонтно-профилактических работ, за частотой и полнотой осуществления радиационного контроля.

Необходимо отметить, что принятая в нашей стране система радиационной защиты на всех этапах технологического процесса при работе с РИП обеспечивает безопасные условия работы персонала и отдельных лиц из населения.

Обеспечение контроля за безопасными условиями работ

Служба радиационной безопасности учреждения контролирует организацию и проведение дефектоскопических работ персоналом данного учреждения.

Объем производственного радиационного контроля и его частота зависят от методов просвечивания, условий проведения дефектоскопических работ и применяемой радиационной техники. Так, при просвечивании в стационарных условиях радиоизотопными и рентгеновскими установками контролируют:

•  эффективность защиты радиоизотопной установки (измерение мощности экспозиционных доз на расстоянии 0,1 и 1 м от радиационной головки установки и на расстоянии 1 м от защитного кожуха рентгеновской трубки) - 1 раз в год;

•  эффективность защиты помещений (пультовая смежных помещений с залом для облучения) - 2 раза в год;

•  уровень мощностей доз и радиоактивной загрязненностью при работах, связанных с ремонтом, зарядкой и перезарядкой радиоизотопных дефектоскопических установок - 1 раз в год;

•  исправность системы блокировок и сигнализации - каждый раз перед началом работ.

Индивидуальный контроль не проводят.

При дефектоскопических работах с помощью переносной радиоизотопной аппаратуры контролируют:

•  эффективность защиты дефектоскопических установок (измерение мощности доз излучения на расстоянии 0,1 и 1 м от поверхности радиационной головки) - не реже 2 раз в месяц;

•  эффективность защиты помещений, предназначенных для хранения дефектоскопов, - не реже 2 раз в год;

•  мощность доз излучения на рабочих местах персонала и размер радиационно опасных зон - 1 раз в квартал;

•  мощность доз на рабочих местах персонала, осуществляющего зарядку, перезарядку и ремонт дефектоскопов;

•  уровень загрязненности радионуклидами дефектоскопов, транспортных средств, хранилищ и помещений, где заряжают и перезаряжают дефектоскопы, - 2 раза в год;

•  индивидуальные дозы облучения персонала - постоянно. При просвечивании переносными рентгеновскими аппаратами

необходимо контролировать эффективность защиты кожуха рентгеновской трубки (измерение мощности экспозиционных доз на расстоянии 1 м от кожуха) не реже 2 раз в год, мощность экспозиционных доз на рабочих местах, в смежных помещениях, размер радиационно опасных зон 1 раз в квартал. Индивидуально дозы облучения не оценивают.

При этом в зависимости от характера технологического процесса радиационной дефектоскопии объем проводимых исследований должен соответствовать общим задачам радиационного контроля, а выбор приборов и методов дозиметрического контроля в этом случае должен быть аналогичен данным, изложенным в главе 7.

Радиационный контроль при эксплуатации радиоизотопных приборов включает контроль за мощностью дозы γ- и тормозного излучения, плотностью потока β-частиц и нейтронов на рабочих местах на расстоянии 1 м от поверхности блока с источниками излучений и вплотную к нему; определение методом мазков уровня радиоактивной загрязненности поверхности оборудования. Индивидуальный дозиметрический контроль при эксплуатации радиоизотопных приборов не проводят.

Контроль мощности дозы и плотности потока излучений осуществляют с помощью универсального переносного радиометра типа МКС-01, МКС-02С, дозиметра типа ДРГЗ, «Аргунь» и др. Измерения проводят на рабочих местах персонала на уровне 1-1,5 м от пола. Периодичность контроля - 1 раз в неделю. Контроль за радиоактивной загрязненностью оборудования рабочей поверхности осуществляют методом мазков.

Отделы радиационной гигиены центров санэпиднадзора 1 раз в 3 года должны принимать участие с Госатомнадзором в инвентаризации радиоизотопных приборов, числящихся на учете предприятия.

YAmedik.org