A felületi radioaktívszennyezettség-mérők mérési bizonytalansága

Átírás

1 Szűcs László Magyar Kereskedelmi Engedélyezési Hivatal A felületi radioaktívszennyezettség-mérők mérési bizonytalansága Mire alkalmas egy radioaktívszennyezettség-mérő?

2 A radioaktívszennyezettség-mérők néhány kiragadott alkalmazási területe: Gyógyászat, diagnosztika (radioaktív készítmények által okozott szennyeződések kimutatása), Kereskedelem (vashulladékok, fa alapanyagok stb radioaktív szennyezettségének vizsgálata), Sugárvédelem (nyílt radioizotópokkal történő műveletek után a környezet, valamint az alkalmazott eszközök szennyeződésének ellenőrzése), Hatósági feladatok ellátása (radioaktív készítményeket alkalmazó felhasználók, nukleáris létesítmények ellenőrzése)

3 Mi a célja a felületi radioaktívszenynyezettség-mérők alkalmazásának? Elsődleges cél annak eldöntése, hogy a vizsgált felületen található-e olyan radioaktív anyag, amelynek sugárzása (béta/alfa/gamma) a háttérsugárzás szintjét meghaladja. Sugárzásmérés a felületen: a háttér szisztematikus emelkedése Mérés eredménye: nem mutatható ki kimutatható, az előírt korlátozások szintjét Korlát: nem haladja meg meghaladja Teendő: nincs fokozott figyelem intézkedés Figyelem: a korlátok a legtöbb esetben [Bq cm -2 ] vagy [Bq] dimenziójúak!!

4 A felületi radioaktívszennyezettségmérők kijelzése Másodpercenkénti (percenkénti) beütésszám [s -1,(min -1 )] A detektor érzékeny térfogatában kölcsönhatásba lépő, a sugárzás típusától függő részecskék számával arányos mennyiség, arányossági tényező a hatásfok. Felületegységenkénti aktivitás [Bq cm -2 ] Ismert felületegységenkénti aktivitással rendelkező, az országos etalonra visszavezetett radioaktív anyagmintákkal történő hitelesítést (kalibrációt) követően, az időegységenkénti beütésszámból képzett mennyiség, az arányosságot a kalibrációs szorzótényező hordozza. Aktivitás [Bq] (Ismert aktivitású, nagyfelületű radioaktív anyagmintákkal történő hitelesítést (kalibrációt) követően, a beütésszámból képzett mennyiség)

5 Időegységenkénti beütésszám ([s -1 ], [cps]) A kijelzett (leolvasott) beütésszám intenzitás és a valódi részecskeszám intenzitás közötti numerikus kapcsolat: ahol: N leolvasott érték k HV k T k h k lin e (Ep) N részecskeszám k HV, k T, k h, k lin rendre a tápfeszültségre, a külső hőmérsékletre, páratartalomra valamint a nonlinearitásra vonatkozó korrekciós tényezők, e (Ep) a mérőeszköz részecskeenergiától (radionuklidtól) függő hatásfoka.

6 Időegységenkénti beütésszám ([s -1 ], [cps]) Megjegyzés: A k i korrekciós tényezők általában ismeretlenek a felhasználó részéről. Értékeiket a megadott működési tartományon belül a műszerkönyv és a típusvizsgálati jegyzőkönyv tartalmazza. Határértékeiket az IEC nemzetközi szabvány rögzíti, általános esetben ezekre az értékekre lehet támaszkodni. Bár a szabvány szerint megengedhető változások értéktartományai nem bizonytalansági tartományok, ismeretlen korrekciós tényezők esetén, jelen tárgyalási szóhasználatban, bizonytalansági komponens -ekként használjuk őket.

7 Időegységenkénti beütésszám ([s -1 ], [cps]) bizonytalansága A beütésszám értékére kiható tagok Objektív tagok (nincs kapcsolatban a mérőeszköz alkalmazójával) Szubjektív tagok (mértékük alapvetően a felhasználó ismereteitől függ) Korrigálhatók (k i együtthatók) Nem korrigálhatók

8 Időegységenkénti beütésszám ([s -1 ], [cps]) bizonytalansága Korrigálható objektív tagok: Megnevezés Tápfeszültség függés Külső hőmérséklet befolyása Külső páratartalom befolyása Jellemző tartomány ± [%] IEC ± maximum [%] 0, ,5-5 7,5 Nonlinearitás 0, Hatásfok energiafüggése 15-40

9 Időegységenkénti beütésszám ([s -1 ], [cps]) bizonytalansága Nem korrigálható, objektív tagok: Megnevezés Jellemző tartomány ± [%] Számlálási statisztika 0,1-10 Detektor-szennyezett felület geometria Hitelesítő sugárforrásból kilépő részecskeszám bizonytalanság Hitelesítő sugárforrás felületi homogenitásából eredő bizonytalanság ,3 ISO 8769 ± maximum [%] Class I: 3 Class II: 6 0, (IEC 60325: 6)

10 Időegységenkénti beütésszám ([s -1 ], [cps]) bizonytalansága Szubjektív tagok: Megnevezés Jellemző tartomány ± [%] Szennyezett felületbe történő behatolásból eredő önabszorpció Feltöltéses (bután) detektoroknál a töltést követő mérési időpont kiválasztása

11 Időegységenkénti beütésszám ([s -1 ], [cps]) bizonytalansága A komponensek összesítése: Megnevezés Várható [%] minimum maximum Szabványok + egyéb min Objektív korrigálható Objektív nem korrigálható Szubjektív 5 71 Összesítve:

12 Aktivitás ([Bq]) bizonytalansága Az aktivitás kijelzés hordozza mindazokat a komponenseket, amelyek az időegységre eső beütésszám kijelzésnél megjelentek, a forrásból kilépő részecskeszám bizonytalanságán kívül. További járulék: a hitelesítő radioaktív anyagminta aktivitásának bizonytalansága, jellemző érték: ±(1-2)%, ISO 8769 szerinti maximális érték: ± 10 % Megnevezés minimum Várható [%] maximum Szabványok + egyéb min Aktivitás bizonytalansága Időegys. eső beütésszám Összesítve:

13 Felületegységre eső aktivitás ([Bq cm -2 ]) bizonytalansága Az aktivitáshoz hasonlóan az alapot az időegységre eső beütésszám bizonytalansága határozza meg, azonban egy jelentős, eddig nem mutatkozó járulék lép fel. További járulékok: a hitelesítő radioaktív anyagminta aktivitásának bizonytalansága, jellemző érték: ±(1-2)%, ISO 8769 szerinti maximális érték: ± 10 % a vizsgált felületen lévő radioaktív anyag geometriai méreteinek bizonytalansága. Nagysága előre szinte megbecsülhetetlen, több nagyságrend is lehet!

14 Felületegységre eső aktivitás ([Bq cm -2 ]) bizonytalansága Megnevezés Aktivitás bizonytalansága Időegyégre. eső beütésszám A vizsgált szennyezés geometriai méreteinek bizonytalansága minimum Várható [%] maximum Szabványok + egyéb min Összesítve:

15 A bizonytalanságok becslése 3 gyakorlati példán keresztül. Az előzőekben összefoglalt jelentősebb bizonytalansági komponensek gyakorlati hatásainak szemléltetése 3 vizsgálat bemutatásával: Előzmény: Egy laboratóriumi munkaasztalon kicsöppent 1 csepp (2mm sugarú, 0,13 cm 2 ) 204 Tl oldat, amelynek aktivitása legyen ~500 Bq. A felületi szennyezés mértéke: 3,8 kbq cm -2. A mérőkészülék érzékeny felülete legyen 150 cm 2, hatásfoka pedig 20 % 204 Tl esetén. A hatásfok energiafüggése maximum ± 30 %. 1. Vizsgálat [s -1 ] kijelzésnél, 2. Vizsgálat [Bq] skála esetén, 3. Mérés [Bq cm -2 ] kijelzésre kapcsolt állapotban.

16 1. Gyakorlat: vizsgálat [s -1 ] kijelzésű műszerrel A műszert a folt felett, szinte a felületen tartva a kijelzett érték: ~100 s -1 Mivel a mérés laboratóriumi körülmények között történik, mint a készülék hitelesítése, a korrigálható objektív komponensek a minimálisak (domináns a hatásfok bizonytalansága): 30% A vizsgálatot 10 s-os integrálási idővel végezve, a nem korrigálható objektív komponensek járuléka (domináns a felületdetektor geometria): 6 % Feltételezve, hogy a folt már száraz, valamint a felület nem abszorbeáló, a szubjektív komponensek is kicsik, várhatóan: 1 % Az eredő bizonytalanság: ~31 % (1 s), a kiterjesztett bizonytalanság 62 %

17 2. Gyakorlat: vizsgálat [Bq] kijelzésű műszerrel A mérés a radionuklid kiválasztásával indul. Mivel ez a feltételezések szerint ismeretlen, több radionuklid esetén meg kell határozni az aktivitást. A leolvasott értékek: 204 Tl: 500 Bq; 60 Co: 350 Bq 90 Sr(+ 90 Y): 650 Bq A fenti eltérések a hatásfokban ± 30 % különbségnek felelnek meg, azt pedig a beütésszám intenzitás kijelzés is tartalmazta, ezért csak egyetlen új komponens adódik az előző példában meghatározotthoz, az pedig az aktivitás bizonytalansága: 1 % Az eredő bizonytalanság marad: ~31 % (1 s), a kiterjesztett bizonytalanság 62 %, vagyis az aktivitás kijelzés bizonytalansága viszonylag közel áll a beütésszám intenzitás bizonytalanságához.

18 3. Gyakorlat: vizsgálat [Bq cm -2 ] kijelzésű műszerrel Természetesen a radionuklidot itt is ki kell választani, ezért alapesetben ugyanazok a komponensek meglesznek, mint az aktivitás kijelzés esetén. Új komponens: a szennyező folt geometriai méretei. Az eddigi adatoknál maradva, 20 % detektálási hatásfokkal, 150 cm 2 -es érzékeny felülettel, a 100 s -1 beütésszám intenzitásnak megfelelő felületegységre eső kijelzett aktivitás: 3,33 Bq cm -2 a feladatban megadott 3,8 kbq cm -2 helyett! Több nagyságrend eltérés! Az eltérés eredete: a hitelesítés során a detektor érzékeny felületét teljesen lefedi a hitelesítő sugárforrás! A kijelzés helyes értelmezése: meg kell becsülni a folt méretét (150/0,13 aránnyal korrigálva visszakapjuk a helyes értéket)

19 Összefoglalás 1. A felületi radioaktívszennyezettség-mérők kijelzéseihez kapcsolódó bizonytalanságok viszonylag nagyok. 2. A különböző kijelzések közül a legnagyobb eltérést a valódi és mért értékek között a [Bq cm -2 ] kijelzés hordozza. 3. A határértékek és korlátok általában [Bq cm -2 ] egységben adottak, amelyek betartása a fentiek alapján nagy mérési bizonytalanságot hordoz magában. A felületi radioaktívszennyezettség-mérők által kijelzett értékek minden esetben csak a hozzájuk kapcsolódó, megfelelően átgondolt bizonytalanságokkal együtt értelmezhetőek helyesen!

20 Köszönöm a figyelmet!