DETEKCJA I KONTROLA "ON-LINE" ZA POMOCĄ ZESTAWU  SPEKTROMETRYCZNEGO AS-01 PROMIENIOTWÓRCZYCH ZANIECZYSZCZEŃ  POWIETRZA

Stacja ASS-500 w swojej podstawowej wersji wyposażenia jest do poboru próbek nie przystosowanym do pracy w systemie w systemie alarmowym, gdzie wymagane jest automatyczne wykrywanie i sygnalizowanie przekroczenia ustalonych poziomów zanieczyszczeń powietrza przez radionuklidy pochodzenia sztucznego.

W niektórych stacjach ASS-500 umieszczono nad filtrem zestaw trzech liczników G-M, które przez cały czas pracy stacji w systemie “on-line” mierzą promieniowanie gamma i beta pyłów zbieranych na filtrze. Rozwiązanie takie, stosunkowo proste i pracujące bezawaryjnie w długich okresach czasu, nie umożliwia jednak rozróżnienia czy wzrost aktywności filtru spowodowany jest obecnością radionuklidów naturalnych czy też pochodzenia sztucznego. W związku z tym przydatność tego rodzaju podglądu do wykrywania obecności w powietrzu radionuklidów pochodzenia sztucznego jest ograniczona. Dlatego też podjęto badania, których celem było opracowanie, dla potrzeb systemu wczesnego ostrzegania, metody pomiarów i aparatury pozwalających na selektywne wykrywanie i pomiary promieniowania radionuklidów pochodzenia sztucznego w zmieniających się warunkach środowiska naturalnego. Za odpowiednią, z uwagi na ocenę zagrożenia ludności, uznać można dla aparatury pracującej w sposób ciągły w systemach wczesnego ostrzegania wartość progu alarmowego równą stężeniu w powietrzu 10 Bq/m³ radionuklidów pochodzenia sztucznego. W wyniku laboratoryjnych i środowiskowych badań możliwości pomiarowych oraz analizy zalet i wad różnych detektorów promieniowania występujących w czasie długotrwałej ich eksploatacji, uznano, że do pomiaru “on line” aktywności aerozoli zbieranych na filtrze stacji ASS-500 najwłaściwszym będzie detektor scyntylacyjny NaI(Tl) pracujący w zestawie spektrometru AS-01.
Możliwość pracy spektrometru AS-01 w zmieniających się warunkach środowiskowych uzyskano stosując układ stabilizacji widma pracujący na zasadzie utrzymania określonej linii promieniowania w ustalonym przedziale kanałów analizatora amplitudy impulsów. Źródłem odniesienia dla układu stabilizacji jest ²⁴¹Am umieszczony bezpośrednio na krysztale NaI(Tl). W wypadku pojawienia się w powietrzu radionuklidów pochodzenia sztucznego i ich osadzania na filtrze stacji ASS-500 następują zmiany kształtu mierzonego rozkładu impulsów. W pewnych jego przedziałach energetycznych obserwuje się wzrost liczby zliczeń. Odpowiednie dobranie szerokości przedziałów pozwala – na podstawie ciągłych pomiarów częstości zliczeń oraz badania zmian stosunków zliczeń między poszczególnymi przedziałami – na wykrycie obecności w powietrzu radionuklidów pochodzenia sztucznego.

W tabeli poniżej podano szerokości przedziałów energii fotonów, dla których za pomocą aparatury spektrometrycznego “podglądu” AS-01 zliczane są liczby impulsów. Dolny poziom dyskryminacji dla spektrometru AS-01 wynosi 40 keV.

Przedziały energii fotonów promieniowania gamma przyjęte dla spektrometru AS-01

Przyjęcie wymogu uruchomienia sygnalizacji alarmowej – gdy stężenie w powietrzu radionuklidów pochodzenia sztucznego wzrośnie do 10 Bq/m³ – powoduje, że dla zapewnienia w odpowiedzi właściwego funkcjonowania stacji w systemie alarmowym dolny próg wykrywania obecności w powietrzu radionuklidów pochodzenia sztucznego powinien być mniejszy od tej wartości. Warunek ten był między innymi przedmiotem długotrwałych badań zestawu AS-01 (zainstalowanego w stacji ASS-500) prowadzonych początkowo w CLOR w Warszawie.

Badania prowadzono we wszystkich porach roku i bardzo różniących się warunkach meteorologicznych, a także w warunkach laboratoryjnych. Wzorcowanie spektrometru AS-01 dla radionuklidów pochodzenia sztucznego zebranych na filtrze stacji ASS-500 przeprowadzono za pomocą powierzchniowych źródeł ¹³³Ba (o energii zbliżonej do energii fotonów promieniowania gamma ¹³¹I) i ¹³⁷Cs o aktywnościach, odpowiednio 3000 Bq i 1000 Bq.

Powierzchnia źródeł była równa powierzchni filtru stosowanego w stacji ASS-500 (44 cm x 44 cm). Pomiary kalibracyjne wykazały, że analizując zmiany częstości zliczeń w przedziałach “jodowym” i “cezowym” oraz stosunki liczb zliczeń dla par przedziałów, wymienionych w Tabeli 2, można na poziomie ufności 0,95 wykryć obecność na filtrze ¹³¹I i ¹³⁷Cs, gdy aktywności ich wynoszą odpowiednio 220 Bq i 395 Bq. Przyjmując jednogodzinny czas pomiaru oraz objętość powietrza, które przepływa w tym czasie przez filtr, wynoszącą 500 m³ otrzymuje się dolną granicę wartości 131I wykrywanego przez stację pracującą w systemie “on-line” równą 0,44 Bq/m³. Wydłużając czas pomiaru do 2 godzin, a tym samym zwiększając do 1000 m³ objętość powietrza, z którego aerozole pobierane są na filtr, uzyskuje się obniżenie dolnej granicy wartości wykrywanych stężeń o około 30%. Na rysunku 3 przedstawiono schemat blokowy zestawu AS-01. Sonda scyntylacyjna wyposażona jest w kryształ NaI(Tl) o wymiarach 2² x 2² . Bezpośrednio na krysztale pod jego osłoną aluminiową znajduje się źródło ²⁴¹Am układu stabilizacji pracy spektrometru. Zdolność rozdzielcza spektrometru dla promieniowania ¹³⁷Cs o energii 661,6 keV wynosi 9,5%. Liczba kanałów analizatora amplitudy impulsów wynosi 2048.

Spektrometr AS-01 jest połączony z komputerem co pozwala na zbieranie i obróbkę danych pomiarowych. Komputer terenowej stacji ASS-500 może być połączony z centralnym serwerem przy użyciu modemu i publicznej sieci telefonicznej lub sieci LAN. Zainstalowanie w stacji ASS-500 podglądu AS-01 w niczym nie ogranicza jej dotychczasowych możliwości prowadzenia badań promieniotwórczych zanieczyszczeń powietrza. Korzystając ze spektrometrów HPGe można wykrywać i oznaczać ilościowo radionuklidy naturalne i pochodzenia sztucznego na poziomie ich stężeń w powietrzu rzędu 1 m Bq/m³, co pozwala na prowadzenie szczegółowych badań n p. dla potrzeb systemu kontroli przestrzegania Układu o Całkowitym Zakazie Prób Jądrowych.