МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФГОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии

им. К.И. Скрябина»




Пак В.В., Лысенко Н.П.

РАДИАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ РЫНОЧНОЙ

ПРОДУКЦИИ С ПОМОЩЬЮ РАДИОМЕТРА-СПЕКТРОМЕТРА СКС-99 «СПУТНИК»

Учебное пособие для студентов всех факультетов

(очной, заочной и вечерней форм обучения)

МОСКВА 2008
УДК 619:-616-073.916 (07)

Пак Василий Васильевич, Лысенко Николай Петрович -Радиационный контроль рыночной продукции с помощью радиометра-спектрометра СКС 99 «СПУТНИК». –Учебное пособие. -М.: МГАВМиБ, 2008, 32 с.

Приведен порядок приготовления счетных образцов и проведения измерений на спектрометре-радиометре СКС-99 «СПУТНИК» при радиационном контроле продукции растениеводства и животноводства на продовольственных рынках. Изложены основные принципы оценки соответствия продовольствия требованиям критериев радиационной безопасности..

В приложениях приведены нормативы радиационной безопасности пищевых продуктов из СанПиН 2.3.2.1078-01 и допустимые уровни содержания радионуклидов стронцитя-90 и цезия-137 в кормах, а также основные понятия и обозначения.

Рецензент: доктор биологических наук, засл. Деятель науки РФ, профессор Журавлев А.И.

Печатается по рекомендации учебно-методической комиссии

ветеринарно-биологического факультета

1. Организация радиационного контроля на

продовольственных рынках. Средства измерения.

Радиационная ветеринарно-санитарная экспертиза на продовольственных рынках является частью ветеринарно-санитарной экспертизы, призвана обеспечить недопущение реализации на продовольственных рынках продукции животного и растительного происхождения не отвечающей требованиям радиационной безопасности, и осуществляется в соответствии с действующими правилами ветеринарно-санитарной и радиационной экспертизы.

Определение содержания радионуклидов производится в соответствии с действующими нормативными документами, регламентирующими порядок отбора проб, общими правилами первичной подготовки проб к измерениям, методиками приготовления счетных образцов и основными методиками выполнения измерений.

Радиационный контроль – одно из основных направлений обеспечения радиационной безопасности населения в условиях аварий, повлекших радиоактивное загрязнение обширных сельскохозяйственных угодий Первоочередная задача радиационного контроля – обеспечение не превышения дозовых пределов, установленных «Нормами радиационной безопасности» -(НРБ-99 ).

В настоящее время возможность загрязнения продовольствия обусловлена радионуклидами цезий-137 и стронций-90, попавшими во внешнюю среду из-за испытаний ядерного оружия и аварий в 50-60 гг., а также в результате выбросов аварии на ЧАЭС в 1986г.

В условиях радиационной обстановки, сложившейся к настоящему времени, радиационный контроль продовольствия должен обеспечить не превышение дозового предела в 1 мЗв/год по радионуклидам стронций- 90 и цезий-137.

Основной особенностью радиационного контроля на рынках является необходимость оценки радиационной безопасности большого количества мелких партий продовольствия за короткое время. Поэтому непреложным требованием к радиационному контролю является приготовление счетных образцов прямо из вещества проб без какого-либо концентрирования, и по возможности, без измельчения, гомогенизации и т.п. Эти требования делают принципиально невозможным измерение удельной активности нормируемых радионуклидов по их альфа - или бета - излучению и оставляют возможность проведения радиационного контроля только по гамма-излучению.

Согласно СанПиН для уровня А допустимый предел суммарной активности альфа - излучающих радионуклидов равен 10 Бк/кг. В то же время погрешность измерения пробы «нулевой активности» за время 1800 с даже для лучших альфа - радиометров – не менее 50 Бк/кг, а уж о представительности измерения и говорить не приходится, поскольку масса минимального «толстослойного» по альфа - излучению образца на практике не бывает более 1 г.

В условиях настоящего времени наиболее жесткие нормативы по бета - излучающему радионуклиду стронций-90 для продовольствия биологического происхождения установлены в СанПиН (2.5) по позиции – специализированные продукты для лечебного питания детей – 25 Бк/кг по радионуклиду стронций-90 и 40 Бк/кг по радионуклиду цезий-137. В продовольствии биологического происхождения обязательно содержится бета - излучающий естественный радионуклид калий-40, активностью – 40 – 200 Бк/кг. В этих обстоятельствах даже при использовании бета -спектрометрических радиометров погрешность измерения пробы «нулевой активности» по радионуклиду иттрий-90 при времени измерения 1800 с – не менее 70 Бк/кг , т.е. даже в настоящее время осуществление радиационного контроля радионуклида стронций-90 по бета -излучению на рынках практически невозможно. Тем более это проблематично в условиях аварийной ситуации, например при наличии в выбросах бета - излучающих радионуклидов йода-131, цезия-134, а также церия-144, празеодима-144, рутения-106, рордия-106

В то же время, благодаря сравнительно малому самопоглощению в веществе пробы биологического происхождения гамма – излучение может донести до детектора информацию об удельной активности продовольствия массой до 10 кг и более. Благодаря этому обстоятельству в условиях нашего времени погрешность измерения пробы «нулевой активности» радионуклида цезия-137 для типичных сцинтилляционных гамма -спектрометрических радиометров за время измерения 1800 с составляет (2 – 5).Бк/кг для счетных образцов объемом не менее 0,5 дм³

Контроль радиоактивного загрязнения продукции на продовольственном рынке осуществляют путем оценки соответствия измеренной удельной активности цезия-137 в контролируемом объекте «Контрольным уровням» (КУ). Не превышение «Контрольных уровней» в контролируемом объекте позволяет гарантировать их соответствие требованиям радиационной безопасности без измерения удельной активности стронция-90, т.е. гарантировать выполнение условия: (Q_изм.+ ∆Q) ≤ КУ.

При невыполнении данного условия для получения окончательного заключения о соответствии контролируемого объекта требованиям радиационной безопасности проводят полное радиологическое исследование (концентрирование проб, их спектрометрию или радиохимическое исследование) с определением удельной активности каждого радионуклида присутствующего в пробе.

Полное радиологическое исследование проводят в областной ветеринарной лаборатории или при наличии условий в зональной, межрайонной, районной ветеринарной лаборатории, лаборатории ветеринарно-санитарной экспертизы на продовольственном рынке.

Радиационную безопасность продукции животного и растительного происхождения устанавливают на основании результатов радиационной ветеринарно-санитарной экспертизы.

Опасными признают продукцию животного и растительного происхождения, не отвечающую обязательным требованиям безопасности, установленным санитарными, ветеринарными правилами и нормами.

Заключение о радиационной безопасности контролируемых объектов и путях их использования (утилизации, уничтожения) продукции не отвечающей этим требованиям выдают ветеринарные врачи (ветврачи-радиологи) на основании результатов ее экспертизы.

Для всех видов продукции животного и растительного происхождения, подвергаемых радиационному контролю на продовольственных рынках, введены три значения контрольных уровней, для трех видов продукции.

КУ₁ = 20 Бк/кг – для всех видов продукции, в которых нормируемое содержание цезия-137 должно быть меньше 80 Бк/кг (Н_Cs-137 < 80 Бк/кг);

КУ₂ = 40 Бк/кг – для продукции, в которой содержание цезия-137 находится в пределах от 80 до 400 Бк/кг (80 ≤ Н_Cs-137 < 400 Бк/кг);

КУ₃ = 100 Бк/кг - для продукции, в которой содержание цезия-137 равно или больше 400 Бк/кг (Н_Cs-137 ≥ 400 Бк/кг).

Оценку соответствия результатов исследований требованиям радиационной безопасности проводят по результатам измерения удельной активности радионуклидов цезия-137 или йода-131 (Q_изм.) и абсолютной погрешности (∆Q). Соответственно, верхняя граница области возможных значений Q равна (Q_изм.+ ∆Q), и в общем виде Q характеризуется соотношением:. Если Q_изм. < ∆Q из-за флуктуаций фона радиометрической установки, то Q_изм. принимается равным 0 (Q_изм.= 0) и область возможных значений Q характеризуется соотношением: Q ≤ ∆Q.

Продукция отвечает требованиям радиационной безопасности если Q_изм. + ∆Q ≤ КУ. Такую продукцию реализуют на рынке без ограничений. Если (Q_изм.+ ∆Q) > КУ, то продукцию нельзя признать соответствующей требованиям радиационной безопасности.

По результатам испытаний продукцию можно признать несоответствующей требованиям радиационной безопасности если ∆Q ≤ КУ/2. В этом случае следует провести исследование данной продукции в лаборатории радиационного контроля в полном соответствии с требованиями методических указаний МУК 2.6.1.717–98 для пищевых продуктов и ветеринарными правилами для кормов (ВП 13.5.13–00).

Средства измерения. Для определения содержания радионуклидов в продукции животного и растительного происхождения на продовольственных рынках используют приборы, отвечающие требованиям, предъявляемым к средствам измерения и внесенные в табель оснащения государственных ветеринарных лабораторий. Необходимым условием пригодности гамма- спектрометра, - радиометра для использования на продовольственных рынках является возможность измерения удельной активности радионуклидов цезия-137 и йода-131. К проведению измерений допускаются приборы, которые в стандартных условиях обеспечивают значение погрешности измерения пробы «нулевой» активности не более 10 Бк/кг для радионуклидов цезия-137 и 40 Бк/кг для радионуклидов йода-131. За пробу «нулевой» активности данного радионуклида принимаются пробы, в которых удельная активность радионуклида не превышает 0,01 Н (Н – норматив, установленный СанПиН для данного радионуклида). Поскольку основной поток на испытания составляют именно пробы «нулевой» активности, то в большинстве случаев задача испытаний может быть сведена к измерению активности цезия-137 в счетных образцах, приготовленных из проб продукции животного и растительного происхождения без какого-либо концентрирования на радиометрических установках со сцинтилляционным счетчиком.

В настоящее время создана новая модификация радиометров – спектрометров типа РСУ-01 «Сигнал-М», СКС-99 «Спутник» в которой учтена специфика проведения измерений в условиях продовольственных рынков, мясо - и молоко - перерабатывающих предприятий. Измерение активности цезия-137 в сельскохозяйственной продукции можно проводить в том виде, в котором она поступила в лабораторию на испытания. В качестве объекта измерения может быть, например, фляга с молоком, часть туши животного, банка с вареньем, мешок с картофелем и т.п.

Специальный коллиматор дает возможность проводить измерения в таких объектах, как туша, полутуша и т.п., подвешенных на крюках, что существенно упрощает процесс измерения при входном радиационном контроле мясосырья. Кроме того, этот тип измерения позволяет проводить прижизненное определение активности радионуклида цезия-137 в мышечной ткани крупного рогатого скота перед забоем.

Новое программное обеспечение, записанное в приборе, включает в себя контрольные уровни, введенные в нормативных документах ВП 13.5.13-00 и ВП 13.5.13/05-02, регламентирующих порядок и правила оценки радиационной безопасности продукции животного и растительного происхождения лабораториями ветеринарно-санитарной экспертизы на продовольственных рынках, а также порядок и правила входного оперативного радиационного контроля мясного сырья и крупного рогатого скота при приемке на мясоперерабатывающих предприятиях. В процессе измерения прибор периодически проводит обработку набранного спектра и сравнение полученных результатов с соответствующим контрольным уровнем. В тот момент, когда достигнутая точность измерения позволяет дать однозначный ответ о соответствии исследуемой продукции контрольному уровню, прибор подает звуковой сигнал о том, что измерение может быть завершено. Специальное программное обеспечение позволяет получить ответ о соответствии продукции самому жесткому уровню КУ₁ = 20 Бк/кг менее, чем за 5 минут.

2. Спектрометрическая установка СКС-99 « Спутник»
СКС-99 "Спутник" (далее – «прибор») – многофункциональный радиометр-спектрометр, предназначенный для работы с детекторами ионизирующих излучений может работать от сети или от встроенных аккумуляторов. Все модификации прибора комплектуются блоком питания БПС-01 со встроенным предохранителем. Выходное напряжение блока питания +12в при токе 0.5А. Блок питания подключается к разъему ЭВМ на пульте.

Блок детектирования подключается только при выключенном пульте к разъему Детектор. Необходимо иметь в виду, что без подключенного детектора или специально предназначенной для этого заглушки пульт не включится. При случайном отключении детектора от работающего пульта необходимо выключить пульт, подождать 5 мин, после чего снова подключить детектор и включить пульт.

СКС -99 состоит из блоков детектирования, защиты от внешнего гамма-излучения, электронного устройства и внешнего блока питания. На передней панели электронного устройства расположены клавиатура и индикация.

Клавиатура служит для управления СКС-99 и включает в себя восемь клавиш: (С), (Ввод), (), (), (), (), () и ().

Клавиша (С) служит для перевода СКС-99 из любого режима работы в исходное состояние (основное меню). Нажатие клавиши (С) не останавливает набор и не стирает спектр из активного буфера.

Назначение клавиш (), () и (Ввод) зависит от режима работы СКС-99. Клавиши () и (), как правило, служат для выбора предлагаемого пункта меню, а клавиша (Ввод) - для сообщения процессору о том, что выбор сделан.

Некоторые действия СКС-99 инициируются нажатием двух клавиш. Такие комбинации обозначаются двумя символами в скобках. Это значит, что следует нажать первую клавишу и, не отпуская её, нажать вторую. Например, комбинация ()(С) выводит на дисплей альтернативное меню.

Индикация служит для вывода информации. Вывод может осуществляться в одном из следующих режимов.

• 
  ТЕКСТОВОЕ СООБЩЕНИЕ. В этом режиме на экран выводятся текстовые сообщения.
  
• 
  МЕНЮ. Используется для выбора из нескольких вариантов. Все варианты выводятся подряд в одной строке. Слово, соответствующее вы- бранному варианту, выделяется цветом.
  
• 
  Клавиши () и () служат для изменения варианта (перемещения выделенной области вправо или влево).
  
• 
  Клавиша (Ввод) - для сообщения СКС-99 о том, что выбор сделан.
  
• 
  ЗАПРОС ЧИСЛА. Используется для ввода числовых значений в
  
• 
  СКС-99. На экран выводится предлагаемое значение числа и текстовый комментарий. Одна из цифр числа выделена.
  
• 
  Клавиши () и () служат для перемещения выделенной области на другую цифру.
  
• 
  Комбинации клавиш (Ввод)() и (Ввод)() для изменения выделенной цифры.
  
• 
  Клавиша (Ввод) - для сообщения СКС-99 о том, что нужное значение установлено.I
  

-Клавиши (), () и (), () предназначены для изменения масштаба отображения спектра по осям «Y» и X» соответственно.

Включение прибора. Клавиатура и меню.

После выполнения описанных в предыдущем разделе действий прибор можно включить. Время установления рабочего режима - 10мин. В приборе установлен микропроцессор с программой управления, расчета активностей и множеством других функций. Существует несколько вариантов программы, кроме того, для каждого конкретного прибора в программе заложены свои "уникальные" коэффициенты,

Рис 1. учитывающие параметры детекторов. Здесь будут рассмотрены общие принципы и логика работы программы, знание которых гарантирует успешную работу с любым вариантом прибора. В приборах без встроенных программ управление осуществляется с помощью набора кнопок, при этом каждой команде соответствует определенная кнопка, переключатель и т.п. В приборах с микропроцессорными системами управления используется другой принцип: названия кнопок отображаются на экране, и для того чтобы "нажать" кнопку, ее нужно выбрать с помощью стандартных кнопок выбора и нажать кнопку исполнения команды. Меню - это группа "кнопок", нарисованных на экране. Выбор нужной "кнопки" производится с помощью клавиш  и  при этом выбранная кнопка (далее -пункт меню, или команда) выделяется черным цветом. Выбранный пункт меню (команду) можно исполнить, нажав клавишу Ввод.

Общий вид панели управления показан на рис 1. На дисплее в верхней части отображается главное меню программы, состоящее из пунктов Пуск и Обр-ка (сокращенное "обработка"), при этом пункт меню Пуск выбран. Число в левом верхнем углу экрана - это время набора спектра (см. далее). Выполнение любой команды начинается из главного меню. Например, для запуска измерения с целью энергетической калибровки прибора необходимо выполнить следующие действия:

главное меню, набор не идет

меню задач

сообщение для пользователя

главное меню, набор запущен.
В процессе работы с прибором внешний вид экрана может изменяться в зависимости от выводимой информации, но необходимо помнить, что при нажатии клавиши С ("сброс") программа всегда переходит в главное меню. Реакция прибора (программы) на нажатие других клавиш зависит от ситуации-какие команды выполнялись ранее и т.д. Ниже в качестве примера рассмотрены стандартные состояния прибора, в которых он ожидает команд или действий пользователя, а также реакция прибора на нажатие клавиш:

Главное меню.

Ввод – выбор пунктов меню и выполнение

Растяжение/сжатие спектра по горизонтали

Растяжение/сжатие спектра по вертикали

Любое меню, кроме главного.

,  , Ввод – выбор пунктов меню и выполнение.

С - возврат в главное меню

Сообщения для пользователя

Ввод - продолжить

С –возврат в главное меню



Режим индикации результатов измерения

С – возврат в главное меню
Запрос числа

-выбор десятичного знака

-увеличение/уменьшение числа

ВВОД – ввод числа. С -возврат в главное меню

Из приведенных выше примеров видно, что вне зависимости от ситуации реакция прибора (программы) на нажатие клавиш всегда стандартная:

-выбор

-уменьшение/увеличение

-выполнить или продолжить

-возврат в главное меню

При подключении какого-либо детектора к пульту тип его определяется автоматически, и все коэффициенты, меню и сообщения для пользователя программа выбирает в соответствии с типом детектора. Для детекторов α, β и γ - излучения система меню одинакова и имеет следующий вид:

Пуск Обр-ка

Калибровка Фон Измерение

меню выбора геометрии

В меню для детектора нейтронов вместо пункта Калибровка стоит пункт Контроль. После выбора калибровки, фона или одной из геометрий измерения программа может запросить ввод числа или сразу выводит на экран сообщение для пользователя, после чего начинается измерение и происходит возврат в главное меню.

При включенном наборе в главном меню вместо пункта Пуск отображается Стоп, а в левом верхнем углу экрана - время, прошедшее с момента пуска набора. Чтобы остановить набор, нужно выбрать пункт Стоп и нажать клавишу

Ввод
После выполнения команды главного меню Обр-ка прибор переходит в режим индикации результата

измерения. Продолжительность обработки накопленной информации (спектра),в зависимости от количества измеряемых нуклидов, составляет от 1 до 10 с.
В процессе измерения выводимая на экран информация, соответственно, обновляется через промежутки времени, равные продолжительности обработки. Выход из режима индикации результатов – С.

Если в каком-либо варианте прибора отсутствуют некоторые пункты меню, это означает, что для проведения измерений с данным набором датчиков и аттестованных геометрий они не нужны. Все случаи отклонения от рассмотренной выше схемы, а также использования клавиш нестандартным образом будут рассмотрены в разделе "Альтернативное меню".

Регламент измерения

Принципы работы прибора и другие сведения подробно изложены в паспорте на прибор и методиках выполнения измерений. Все измерения ионизирующих излучений, независимо от типа излучения и конструкции датчика, в большинстве случаев проводятся по одной схеме:

• 
  Энергетическая калибровка (пункт меню Калибровка )
  
• 
  учет фонового излучения (Фон)
  
• 
  измерение пробы (один из пунктов в <меню выбора геометрии >).
  
• 
  Наличие такой схемы позволяет сделать меню программы для разных детекторов одинаковым.
  

Существует ряд правил (т.н. регламент измерения), которые необходимо выполнять всегда для получения достоверных результатов:

1. 
   Энергетическую калибровку необходимо делать перед каждым измерением фона или пробы. При обработке спектра калибровочного источника определяется шкала прибора, т.е. коэффициенты соответствия между энергией измеряемого излучения и амплитудой электрических импульсов, поступающих от блока детектирования в измерительный пульт. Коэффициенты энергетической калибровки для каждого датчика сохраняются при выключении прибора, и используются программой для расчета активности до следующей калибровки. Шкала прибора может меняться в результате резких изменений температуры, электромагнитных полей и т.п. Несоответствие коэффициентов, хранящихся в памяти прибора, и реально действующих, может привести к появлению дополнительной неконтролируемой погрешности измерения.
   
2. 
   Измерение фона нужно делать в лабораторных условиях как минимум 1раз в день, в любое время. После перерыва в работе более 7 дней или после установки прибора в другом месте фон необходимо измерить перед измерением проб. При использовании прибора в качестве переносного измерение фона проводится в соответствии с методикой, разработанной для конкретного вида измерения. При измерении активности проб на детектор действует не только излучение пробы, но и другие источники, например естественные радионуклиды, содержащиеся в стенах помещения. Спектр фонового излучения, измеренный детектором, сохраняется в памяти и используется при расчете активности. Также, как и в случае с энергетической калибровкой, несоответствие запомненного фона и реального может привести к ошибкам, особенно при измерении малых активностей.
   
3. 
   При измерении активности вещество пробы (или исследуемый объект) располагается определенным образом относительно детектора, образуя геометрию измерения. Для каждого детектора при градуировке прибора определяется несколько наборов коэффициентов, которые соответствуют нескольким фиксированным геометриям измерения. Примеры фиксированных геометрий измерения:
   

-геометрия Маринелли (объем пробы)

-геометрия Точка_20см (расстояние от источника до детектора)

- плотность потока с поверхности (ровный участок, по размерам превышающий входное окно детектора).

Несоблюдение геометрии также увеличивает погрешность измерения.

следующая страница>