Результат интеллектуальной деятельности: КОМПЛЕКС ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ И ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПОВЕРКИ ВОЙСКОВЫХ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ДОЗИМЕТРОВ

Изобретение относится к области метрологического обеспечения дозиметрического контроля облучения личного состава, действующего в условиях воздействия смешанного нейтронного и гамма-излучения, и может быть использовано для испытаний и поверки индивидуальных дозиметров.

При ведении боевых действий в условиях применения ядерного оружия для оценки боеспособности личного состава и определения требуемой медицинской помощи необходим постоянный контроль его облучения. Для его проведения применяются существующие и вновь разрабатываемые войсковые дозиметры. При их разработке с целью определения метрологических характеристик: чувствительности к регистрируемому излучению, диапазона и погрешности измерений, необходимо проведение предварительных и государственных испытаний. После принятия их на снабжение необходимо проведение периодической поверки с целью подтверждения указанных выше метрологических характеристик.

Для проведения испытаний и периодической поверки войсковых дозиметров используются различные образцовые поверочные установки. В последнее время наиболее широкое применение нашли установки: по поглощенной дозе нейтронов УКПН-1М [1], по поглощенной дозе гамма-излучения УПГД-2М-Д [2]. Данные установки состоят из источников нейтронного и гамма-излучения и устройств для их размещения и приспособлений для установки на требуемых расстояниях от источников поверяемых средств измерений. На указанных расстояниях от источников поля излучений аттестованы по мощностям поглощенных доз нейтронного и гамма-излучения. В качестве источников излучения используются радионуклидные источники: в установке УКПН-1М - на основе ²⁵²Cf и Pu-Be со средней энергией нейтронов 1,9 и 3,9 МэВ соответственно, в установке УПГД-2М-Д - на основе ⁶⁰Co и ¹³⁷Cs с энергией гамма-квантов 1,25 МэВ и 660 кэВ соответственно.

При проведении испытаний и поверки войсковые дозиметры устанавливаются в аттестованных точках полей излучений и облучаются в течение необходимого времени. Значения поглощенных доз определяются путем умножения значения мощностей поглощенных доз в указанных точках на время облучения. Описанные установки являются наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения и принимаются в качестве его прототипа.

Чувствительность большинства существующих и вновь разрабатываемых войсковых дозиметров при измерении поглощенной дозы нейтронного излучения зависит от энергии регистрируемых нейтронов (так называемый «ход с жесткостью»). Кроме того, при измерении поглощенных доз нейтронного и гамма-излучения войсковые дозиметры не обладают достаточной избирательностью к регистрируемому излучению на фоне сопутствующего. Это означает, что в показания нейтронного дозиметра вносит вклад сопутствующее гамма-излучение, а в показания дозиметра гамма-излучения вносят вклад нейтроны.

Войсковые дозиметры, предназначенные для индивидуального дозиметрического контроля облучения личного состава в условиях применения ядерного оружия, используются в равновесной зоне взрыва ядерного боеприпаса. Поля ионизирующих излучений в ней обладают специфическими характеристиками: энергетическим спектром нейтронов и соотношением поглощенных доз нейтронов и гамма-излучения (Д_n/Д_γ) на открытой местности и внутри среднезащищенного объекта вооружения и военной техники (ОВВТ). Указанные характеристики приведены в [3].

Определение метрологических характеристик войсковых дозиметров в полях излучений образцовых поверочных установок, принятых в качестве прототипа, которые отличаются от реальных полей, приводит к дополнительной погрешности измерений, сравнимой и даже превышающей основную погрешность. Для ее устранения предлагается определять метрологические характеристики с помощью специализированного испытательного комплекса.

В качестве источников излучений в данном комплексе выбраны ядерный реактор с энергетическим спектром нейтронов, близким к спектру нейтронов деления, и генератор термоядерных нейтронов. В полях излучений указанных ядерно-физических установок (ЯФУ) создаются поля гамма-нейтронного излучения модельные (ПГНИМ). Они создаются в барьерной геометрии с помощью специальных трансформаторов излучений из различных материалов. Для размещения трансформаторов излучений и поверяемых войсковых дозиметров применяется специальное оборудование в виде стоек, которые могут передвигаться в стендовых залах ЯФУ. Контроль поглощенных доз нейтронного и гамма-излучения при проведении испытаний и периодических поверок дозиметров осуществляется с помощью входящих в состав ЯФУ каналов мониторирования, показания которых связаны с результатами метрологической аттестации полей ПГНИМ по поглощенным дозам нейтронов и гамма-излучения.

На фиг. 1 представлена структура комплекса для испытаний и периодической поверки войсковых индивидуальных дозиметров, где:

1 - ядерный реактор,

2 - генератор термоядерных нейтронов,

3 - стойки для размещения трансформаторов излучений и испытываемых дозиметров,

4 - трансформаторы излучений,

5 - модельные поля ПГНИМ,

Комплекс состоит из ядерного реактора 1 и нейтронного генератора 2. В непосредственной близости от них находятся стойки 3 для размещения трансформаторов излучений 4 и испытываемых дозиметров. С помощью трансформаторов создаются модельные поля ПГНИМ 5. Два поля создаются на реакторе. В них формируются поля нейтронного и гамма-излучения, близкие по энергетическому спектру нейтронов и соотношению Д_n/Д_γ к полям излучений в равновесной зоне взрыва атомного боеприпаса на открытой местности (ПГНИМ-1) и в среднезащищенном ОВВТ (ПГНИМ-2). Аналогичные поля (ПГНИМ-3) и (ПГНИМ-4) для равновесной зоны взрыва нейтронного боеприпаса создаются на генераторе термоядерных нейтронов.

Трансформаторы излучений представляют собой наборы дисков из различных материалов. Их состав, толщины дисков и последовательность их расположения определяются ЯФУ, в полях излучений которых они используются, и типом модельных полей ПГНИМ, которые необходимо создать. Например, на ядерном реакторе БАРС-1 [4] и генераторе СНЕГ-13 [5] применяются трансформаторы, приведенные в табл.1. Диаметры дисков определяются требуемыми размерами полей ПГНИМ. Для ПГНИМ, создаваемых на других ЯФУ, составы трансформаторов излучений будут другими.

Поля ПГНИМ имеют форму усеченного конуса, малое основание которого совпадает с внешней поверхностью трансформатора излучений. Поля излучений в них аттестуются по энергетическому спектру нейтронов и по поглощенным дозам нейтронного и гамма-излучения. Для аттестации по энергетическому спектру нейтронов используется нейтронно-активационный метод, основанный на применении набора нейтронно-активационных детекторов, радиометрической установки для измерения их активностей и программы восстановления спектра [6]. Аттестация ПГНИМ по поглощенным дозам нейтронного и гамма-излучения осуществляется с помощью эталонных средств дозиметрических измерений. Ее результаты приводятся на показания входящих в состав ЯФУ каналов мониторирования, которые используются для контроля значений поглощенных доз при проведении испытаний войсковых дозиметров.

Применение для испытаний и периодической поверки войсковых дозиметров предлагаемого испытательного комплекса позволит избавиться от дополнительной погрешности, обусловленной различием полей излучений в поверочных объемах установок, принятых в качестве прототипа, от реальных полей, в которых применяются дозиметры, и за счет этого повысить точность дозиметрического контроля облучения личного состава.

Источники информации

1. Установка поверочная нейтронного излучения УКПН-1М. Руководство по эксплуатации. Ногинский опытный завод «Эталон». 1984 г.

2. Установка поверочная дозиметрическая гамма-излучения УПГД-2М-Д. Руководство по эксплуатации. НИИ «Доза». Москва-Зеленоград. 2010 г.

3. Физика ядерного взрыва: В 2 т. Том 1. Развитие взрыва. Министерство обороны Российской Федерации. Центральный физико-технический институт. - М.: Наука, Физмат издательство, 1997.

4. А.В. Лукин. Физика импульсных ядерных реакторов. - Снежинск: Изд-во РФЯЦ - ВНИИТФ, 2006. С. 64.

5. В.Д. Ковальчук, В.М. Багаев, B.C. Трошин, В.И. Троцик и др. Нейтронный генератор СНЕГ-13. Характеристики нейтронных и фотонных полей. ЖЭТФ, т. 104, Вып. 2(8), с. 2577-2589, 1993.

6. Крамер-Агеев Е.А., Тихонов Е.Г., Трошин B.C. Активационные методы спектрометрии нейтронов. М.: Атомиздат, 1976.