Автор: И.Г. Филиппов,  Генеральный директор, Руководитель испытательной лаборатории ООО «РБП»

В статье представлена проведённая количественная оценка минимального риска радиационного контроля (далее — РК) металлолома при выявлении локальных источников (далее — ЛИ) ионизирующего излучения для типовых объектов контроля (металловоз, полувагон и партия металлолома, расположенная на площадке погрузки).
Статья имеет чисто теоретический характер и будет интересна как руководителям испытательных лабораторий (далее — ИЛ), дозиметристам, специалистам Роспотребнадзора, так и работникам металлозаготовительных компаний, проводящих РК металлолома в непрерывном режиме.

РК металлолома — самое востребованное и «живое» исследование в области радиационной гигиены. В стране тысячи вагонов и автомашин перевозят металлолом с площадок его сбора и переработки на металлургические комбинаты. Каждое транспортное средство (далее — ТС), перевозящее металлолом, в сопроводительных документах имеет Протокол РК этого металлолома, оформленный по результатам полевых работ ИЛ. Общий объём проводимых исследований большой. Поэтому тема данного теоретического исследования чрезвычайно актуальна.

Риск радиационного контроля 

Под риском в данной работе будет пониматься вероятность необнаружения ЛИ в массе металлолома, поиски которого ведутся с помощью дозиметрического РК. Данный риск будет вычислен теоретически и не будет завесить от «человеческого» фактора, способа, метода измерений и используемых средств измерений (далее — СИ) и его типов. Этот риск обусловлен только физической природой ионизирующих излучений. Работа человека, погрешность СИ только увеличат этот риск. Поэтому данный риск назову минимальным. Попробую дать числовую количественную оценку и метод расчета данного риска.

Условия задачи 

Определю условия задачи, которую и попытаюсь решить в данной работе.

Модельная форма 

Пусть в некотором чётко детерминированном объёме в любой произвольной точке его внутреннего пространства достоверно находится точечный изотропный источник ионизирующего излучения постоянной активности. Необходимо рассчитать теоретическую вероятность (риск) его необнаружения / обнаружения в данном объёме с предельно минимальной нижней границей значения физического фактора его определения при поиске этого источника с внешней стороны этого объема.   Объём, в котором находится источник, буду называть модельной формой. Модельная форма должна быть определена реальными объектами РК металлолома и максимально приближена к ним. ЛИ в контексте данной работы считается точечным.

Металлолом может быть загружен в ТС либо лежать кучей (партией) на заготовительной площадке. Других форм существования металлолома нет. Поэтому РК металлолома может проводиться в двух вариантах: как для металлолома в отдельном ТС, так и для кучи (партии). В ТС металлолом принимает форму кузова, контейнера. Очевидно, что эта форма — прямоугольный параллелепипед, размер которого чётко определён Паспортом ТС. Партия металлолома, расположенная на площадке, имеет форму трапециевидного параллелепипеда за счёт сваливания металлолома с верхней части кучи.

Целью данной работы является именно оценка, поэтому трапециевидностью партии металлолома предлагаю пренебречь. Это допущение логично в связи с тем, что межлабораторные сличительные испытания для металлолома проводятся именно на модельной форме — прямоугольный параллелепипед. Объём этого параллелепипеда (для партии) зависит от массы металлолома и может быть легко рассчитан, если известна его плотность. Плотность металлолома в данной работе была оценена отношением характерной массы полувагона в 70 [тонн] к внутреннему объёму вагона. Соотношения сторон геометрических размеров партии металлолома индивидуальны для каждой площадки и зависят от плана площадки и даже от техники, которой её насыпают.

Для расчёта минимального риска РК металлолома выбраны три различных модельных формы (прямоугольный параллелепипед) с разными геометрическими характеристиками:
• автомашина 20 [тонн];
• полувагон 70 [тонн];
• партия металлолома 700 [тонн].

Геометрические размеры моделей, используемые при расчётах представлены в таблице:

Контроль поверхностей 

Следующим важным моментом, который нужно оговорить, является вопрос, какие поверхности может контролировать (проводить РК) дозиметрист.  Для всех трёх моделей объектов РК очевидно, что верхняя поверхность представляет собой открытый металлолом и не контролируется (крайне небезопасно). Нижняя поверхность кучи (партии) не может быть измерена в принципе. Под вагоном и под контейнером металловоза измерения также крайне затруднены. Поэтому при расчёте минимального риска примем, что РК проводится для всех трёх моделей только боковых поверхностей (бортов в случае ТС). Кроме того, принимается, что дозиметрист может измерить боковую поверхность по всей высоте (хотя для вагонов с земли это сложно сделать). Это предположение не увеличивает риск.

Мощность эквивалентной дозы 

Еще одним задаваемым параметром расчёта является значение нижней границы определения мощности эквивалентной дозы (далее — МЭД) (исследуемый физический фактор приведён в той формулировке, что и в действующих документах санитарного законодательства <1>) над естественным радиационным фоном привносимое ЛИ.

_{^{<1> МУК 2.6.1.1087-02 «Радиационный контроль металлолома»; СанПиН 2.6.1.993-00 «Гигиенические требования к обеспечению радиационной безопасности при заготовке и реализации металлолома».}}

Иными словами, надо выбрать значение МЭД, которое может детектировать «идеальный дозиметрист» по показаниям СИ и зафиксировать превышение радиационного фона, вызванное наличием ЛИ. В связи с тем, что поставлена цель определения минимально возможного риска, приму эту величину предельно малой и равной H_ПР = 0,01 [мкЗв/ч]. Иными словами, «идеальный дозиметрист» всегда гарантированно зафиксирует столь малое превышения радиационного фона и детектирует наличие ЛИ в массе металлолома.

Расчёт 

Теперь перейду к физике и математике расчёта.

Величина МЭД гамма-излучения, создаваемая точечным источником, обратно пропорциональна квадрату расстояния от этого источника. Из этого следует, что если МЭД гамма-излучения на расстоянии R = 0,1 [м] от ЛИ равна 1,0 [мкЗв/ч], то на расстоянии L = 0,05 [м] МЭД увеличится в 4 раза и составит 4,0 [мкЗв/ч].

Если нам известно, что на расстоянии R от источника его МЭД равно H_ЛИ, то мы можем рассчитать расстояние L, на котором МЭД гамма-излучения от этого источника будет равно H_ПР:

L = (H_ЛИ R² / H_ПР)^1/2                                              (1)

Расстояние L от источника — это предельное расстояние, на котором «идеальный дозиметрист» сможет его определить, детектировать. То есть, на расстоянии L от всей боковой поверхности (боковая поверхность наших моделей объектов РК) проходит граница выявления ЛИ, очерчивающая во внутреннем пространстве модели «область невыявления» ЛИ (прямоугольный параллелепипед). Объём этой «области невыявления» V_НВ можно элементарно определить, если при расчёте этого объёма ширину и длину нашей модели уменьшить на 2L. Объём выявления V_В получим вычитанием из общего объема модели V объём V_НВ.

Наш ЛИ может оказаться в любой точке исследуемого пространства (в объёме) модели с равной вероятностью, поэтому риск будет равен отношению объёмов определения / неопределения к общему объёму V:

Риск (вероятность) выявления = (V_В / V) 100%                                          (2)

Риск (вероятность) невыявления = (V_НВ / V) 100%                                    (3)

В своих расчётах я считал риск по формуле (3). Были взяты следующие параметры: R = 0,05 [м], H_ПР = 0,01 [мкЗв/ч]. Величина H_ЛИ от ЛИ варьировалась. Геометрические размеры моделей РК взяты из таблицы. Результаты расчёта для всех трёх моделей представлены в виде графиков на рисунке.

Комментарий
Ещё раз хочу подчеркнуть, что мной был рассчитан теоретически минимальный возможный риск, не зависящий от человеческого фактора и методик измерений. Риск определен только геометрией моделей РК металлолома и физическими законами. Кроме того, в расчётах никак не учитывалось ослабление гамма-излучения за счёт его экранирования слоем неактивного металлолома, что очень существенно увеличит риск.

Отмечу, что с помощью данного подхода легко рассчитать риски РК металлолома, например, от линейного ЛИ фиксированной длины (радиоактивная труба), произвольно расположенного в пространстве модели, моделируя его, как суперпозицию от множества точечных источников.

Анализ результатов 

Перейду к анализу полученных результатов.

Получается так, что ИЛ, строго выполняющая все предписания (см. сн. 1), может не обнаружить (просто не заметить) точечный ЛИ с МЭД 2,0 [мкЗв/ч] (характерная величина МЭД ЛИ, наиболее часто встречающаяся в металлоломе) в автомашине / вагоне / партии с 30% / 45% / 79% вероятностью. И это предельно заниженный, минимальный риск, не зависящий от указанных МУК и СанПиН или ИЛ в принципе. С ростом массы исследуемого металлолома растет и объём занимаемой им формы. Риск невыявления ЛИ растет от исследуемого объёма металлолома (см. рис.).