Комплекс спектрометров излучений человека СИЧ-Э

Назначение

Комплекс спектрометров излучений человека СИЧ-Э зав. № 001 (далее СИЧ-Э) предназначен для прижизненного определения нуклидного состава и измерения активно-сти инкорпорированных гамма-излучающих радионуклидов и Sr во всем теле человека, а также для измерения активности радионуклидов в отдельных органах тела человека.

СИЧ-Э применяется для проведения экспертных обследований лиц, пострадавших при радиационных авариях и инцидентах, проживающих на радиоактивно загрязненной местности и персонала, работающего с радиоактивными веществами.

СИЧ-Э может применяться также для оценки активности гамма-излучающих радионуклидов в крупногабаритных образцах продуктов питания в натуральном виде и в пробах окружающей среды большого объема.

Описание

СИЧ-Э представляет собой комплекс высокочувствительных сцинтилляционных и полупроводниковых гамма-спектрометров, базирующихся на электронных модулях спектрометра-радиометра МКГБ-01 «РАДЭК» (Спектрометры-радиометры гамма и бета-излучений МКГБ-01 «РАДЭК», выпускаемые по ТУ 4362-010-25900756-07 фирмой ООО НТЦ «РАДЭК», включены в Госреестр под № 21730-08). Детекторы спектрометров помещены в защитную камеру больших размеров, в которой располагается также подвижное ложе с измеряемым пациентом.

СИЧ-Э состоит из:

защитной камеры (ЗК), представляющей собой прямоугольный в плане бокс с размерами 4470*2400*2300 мм, имеющий два входных проема (для входа оператора и подачи тележки с пациентом), которые закрываются с помощью задвижных дверей. Стены, пол, потолок и двери ЗК толщиной 160 мм изготовлены из чистой от примесей радионуклидов стали. В ЗК смонтированы: спектрометрическая система линейного продольного сканирования и спектрометрическая система локального детектирования, а также системы освещения, вентиляции, видеоконтроля и двухсторонней аудио связи оператор-пациент;

спектрометрической системы линейного продольного сканирования для определения нуклидного состава и измерения активности гамма- излучающих радио-нуклидов и Sr во всем теле человека, включающей:

- комплект из 4-х сцинтилляционных гамма-спектрометров для измерения активности гамма-излучающих радионуклидов во всем теле паци-

’                            ента (система БДТ) на базе блоков детектирования на основе моно

кристаллов Nal(Tl) размером 0160x160мм, попарно расположенных над и под телом пациента и закрепленных на стойке, позиционирующей их поперек тела пациента и по высоте относительно тела;

- полупроводниковый гамма-спектрометр для определения нуклидного состава инкорпорированных радионуклидов на базе коаксиального детектора GC8021SL, расположенного под направляющими подвижного ложа;

- комплект из 4-х сцинтилляционных гамма-спектрометров для измерения активности 90Sr в костной ткани всего тела пациента (система БДС) на базе блоков детектирования на основе тонких монокристаллов Nal(Tl) размером 0150x3мм с входным окном из алюминия толщиной не более 40-50 мкм, попарно расположенных над и под телом пациента и закрепленных на стойке, позиционирующей их поперек тела пациента и по высоте относительно тела;

- подвижное ложе для размещения пациента, оснащенное электромеханическим и ручным приводами, обеспечивающими продольное перемещение ложа (сканирование) по задаваемым программам;

• спектрометрической системы локального детектирования инкорпорированных радионуклидов для измерения содержания гамма-излучающих радионуклидов в отдельных органах, радионуклида 90Sr в костной ткани, трансурановых радионуклидов в легких пациента, включающей:

- 5 сцинтилляционных гамма-спектрометров для измерения активности гамма-излучающих радионуклидов в отдельных органах (система БДО) на базе коллимированных детекторов на основе монокристаллов Nal(Tl): четыре - размером 063x63 мм и один - размером 040x40мм;

- 4 полупроводниковых гамма-спектрометра для измерения в легких активности плутония, америция и др. трансурановых радионуклидов на базе планарных полупроводниковых детекторов модели GL-2020;

- 2 сцинтилляционных гамма-спектрометра для измерения активности радионуклида 90Sr в костной ткани (система БДСО) на базе блоков детектирования на основе тонких монокристаллов Nal(Tl) размером 063x3мм;

• комплекта контрольных источников радионуклидов 57Со, 60Со, 137Cs, 152Eu, 232Th и 241 Am типа ОСГИ-3 для проверки работоспособности и энергетической градуировки спектрометров.

Работа СИЧ-Э осуществляется под управлением анализаторно-вычислительной системы, обеспечивающей управление спектрометрами, проведение измерений, обработку полученной спектрометрической информации, протоколирование результатов измерения активности радионуклидов и ведение базы данных результатов измерений, а также управление всеми приводами и системами автоматики комплекса. Анализаторно-вычислительная система включает в себя:

- анализаторы спектрометров, состоящие из спектрометрических усилителей и источников питания, плат АЦП и одноплатных ЭВМ, смонтированных в приборном шкафу;

- локальную вычислительную сеть, состоящую из 2 персональных компьютеров (управляющий и операционный);

- программное обеспечение ASW.

Принцип действия СИЧ-Э основан на регистрации гамма-излучения от всего тела или отдельного органа пациента соответствующей детектирующей системой.

Определение нуклидного состава инкорпорированных радионуклидов проводят с помощью полупроводникового спектрометра энергии гамма-излучения по измеренным энергиям пиков полного поглощения зарегистрированным в аппаратурном спектре.

Измерение активности гамма-излучающих радионуклидов производят по прямому измерению гамма-излучения инкорпорированных нуклидов, а содержание стронция-90 -по измерению тормозного излучения инкорпорированного Sr90+Y90. Калибровка спектрометров для измерения активности гамма-излучающих радионуклидов и стронция-90 производится с помощью стандартных образцов активности инкорпорированных радионуклидов (фантомов).

Для снижения влияния геометрии измерения и неравномерности распределения радионуклидов по организму измерение активности гамма-излучающих радионуклидов и 90Sr во всем теле человека проводится четырьмя детекторами, расположенными попарно сверху и снизу, в сочетании с продольным сканированием с помощью перемещения ложа с пациентом.

Технические характеристики

Спектрометрическая система линейного продольного сканирования

Диапазон энергий регистрируемого гамма-излучения:

- сцинтилляционные спектрометры системы БДТ от 100 до 3000 кэВ;

- сцинтилляционные спектрометры системы БДС от 15 до 200 кэВ;

- полупроводниковый спектрометр от 50 до 3000 кэВ.

Предел допускаемой основной погрешности характеристики преобразования (интегральная нелинейность энергетической шкалы):

- сцинтилляционные спектрометры системы БДТ - не более 1%;

- полупроводниковый спектрометр - не более 0.07%.

Относительное энергетическое разрешение:

- сцинтилляционных спектрометров систем БДТ по линии гамма-излучения радионуклида 137Cs с энергией 661.7 кэВ - не более 12%;

- сцинтилляционных спектрометров системы БДС по линии гамма-излучения радионуклида 241 Ат с энергией 59.5 кэВ - не более 30%.

Чувствительность регистрации системы БДТ в энергетическом интервале 615-705 кэВ при измерении активности радионуклида 137 Cs во всем теле взрослого «стандартного человека» (рост 170 см, масса 70 кг) - не менее 5-10'3 Бк’1-с'1.

Чувствительность регистрации системы БДТ в энергетическом интервале 1375-1520 кэВ при измерении активности радионуклида 40К во всем теле взрослого «стандартного человека» (рост 170 см, масса 70 кг) - не менее 4.8-1 О'4 Бк'1-с’1.

Чувствительность регистрации системы БДС в энергетическом интервале 40-140 кэВ при измерении активности радионуклида 90Sr во всем теле взрослого «стандартного человека» (рост 170 см, масса 70 кг) - не менее 3.5-1 О’4 Бк’1-с’1.

Минимальная обнаруживаемая активность (при экспозиции не более 30 мин.):

- системой БДТ для радионуклида 137Cs - не более 30 Бк; системой БДС для радионуклида 90Sr - не более 800 Бк.

Энергетическое разрешение полупроводникового спектрометра по линии гамма-излучения радионуклида 60Со с энергией 1332.5 кэВ - не более 3 кэВ.

Эффективность регистрации сцинтилляционных спектрометров системы БДТ по пику полного поглощения гамма-квантов с энергией 661.7 кэВ от точечного источника 137Cs в стандартной геометрии (источник расположен на расстоянии 160 мм от торца детектора на оси симметрии) - не менее 0.02 имп./квант.

Эффективность регистрации сцинтилляционных спектрометров системы БДС по пику полного поглощения гамма-квантов с энергией 59.5 кэВ от точечного источника 241 Ат в

1

стандартной геометрии (источник расположен на расстоянии 160 мм от торца детектора на оси симметрии) — не менее 0.03 имп./квант.

Эффективность регистрации полупроводникового спектрометра по пику полного поглощения гамма-квантов с энергией 1332.5 кэВ от точечного источника ^Со в стандартной геометрии (источник расположен на расстоянии 160 мм от торца детектора на оси симметрии) - не менее 0.0018 имп./квант.

Максимальная входная статистическая загрузка:

- для сцинтилляционных спектрометров системы БДТ - 1 • 104 с'1;

- для сцинтилляционных спектрометров системы БДС - 1-Ю4 с’1;

- для полупроводникового спектрометра - 1 • 104 с’1.

Время установления рабочего режима - не более 30 мин.

Время непрерывной работы - не менее 24 часов.

Нестабильность энергетической характеристики за время непрерывной работы:

- для сцинтилляционных спектрометров системы БДТ - не более 1 %;

- для сцинтилляционных спектрометров системы БДС - не более 1%;

- для полупроводникового спектрометра - не более 0.1%.

Спектрометрическая система локального детектирования инкорпорированных радионуклидов

Диапазон энергий регистрируемого гамма-излучения:

- сцинтилляционные спектрометры системы БДО от 50 до 3000 кэВ;

- сцинтилляционные спектрометры системы БДСО от 15 до 200 кэВ;

- полупроводниковые спектрометры от 3 до 300 кэВ.

Предел допускаемой основной погрешности характеристики преобразования (интегральная нелинейность энергетической шкалы):

- сцинтилляционные спектрометры системы БДО - не более 1%;

- полупроводниковые спектрометры - не более 0.07%.

Относительное энергетическое разрешение сцинтилляционных спектрометров системы БДО по линии гамма-излучения радионуклида 137Cs с энергией 661.7 кэВ - не более 9%. Относительное энергетическое разрешение сцинтилляционных спектрометров системы БДСО по линии гамма-излучения радионуклида 241 Ат с энергией 59.5 кэВ - не более 30%.

Энергетическое разрешение полупроводниковых спектрометров по линии гамма-излучения радионуклида 57Со с энергией 122 кэВ - не более 0.8 кэВ.

Чувствительность регистрации в энергетическом интервале 1100-1410 кэВ при измерении активности радионуклида 60Со в легких сборкой из 4-х детекторов системы БДО (БДО-11,-12,-13,-14) попарно расположенными над и под торсом - не менее 7.5-10’3 Бк’1-с’1.

Чувствительность регистрации спектрометром БДО-15 в энергетическом интервале 330-400 кэВ при измерении активности радионуклида 1311 в щитовидной железе - не менее 5-10'3 Бк’1-с’1.

Чувствительность регистрации спектрометров системы БДСО в энергетическом интервале 40- 140 кэВ при измерении активности радионуклида 90Sr в лобной кости -не менее 8-1 О'4 Бк’1-с’1.

Чувствительность регистрации в пике полного поглощения гамма-квантов с энергией 59.5 кэВ при измерении активности радионуклида 241Аш в легких сборкой из 4-х планарных ППД (ППД-070,-071,-074,-079), расположенных над торсом - не менее 2.5-10’3 Бк’1-с’1.

Минимальная обнаруживаемая активность (при экспозиции не более 30 мин.):

• полупроводниковыми спектрометрами в легких пациента

- для радионуклида 241 Аш - не более 15 Бк;

• сцинтилляционными спектрометрами системы БДО в отдельных органах - для радионуклида 60Со в легких - не более 20 Бк;

- для радионуклида 13 4 в щитовидной железе - не более 5 Бк;

• сцинтилляционными спектрометрами системы БДСО в лобной кости - для радионуклида - 90Sr не более 50 Бк.

Эффективность регистрации сцинтилляционных спектрометров системы БДО по пику полного поглощения гамма-квантов с энергией 661.7 кэВ от точечного источника 137Cs в стандартной геометрии (источник расположен на расстоянии 160 мм от торца детектора на оси симметрии):

- с детектором размером 063x63 мм - не менее 0.0015 импУквант;

- с детектором размером 040x40 мм - не менее 0.0005 имп./квант.

Эффективность регистрации сцинтилляционных спектрометров системы БДСО по пику полного поглощения гамма-квантов с энергией 59.5 кэВ от точечного источника 241Ат в стандартной геометрии (источник расположен на расстоянии 160 мм от торца детектора на оси симметрии) - не менее 0.006 имп./квант.

Эффективность регистрации полупроводниковых спектрометров по пику полного поглощения гамма-квантов с энергией 59.5 кэВ от точечного источника 241 Ат в стандартной геометрии (источник расположен на расстоянии 160 мм от торца детектора на оси симметрии) - не менее 0.005 импУквант.

Максимальная входная статистическая загрузка:

- для сцинтилляционных спектрометров систем БДО и БДСО - 1 • 104 с'1;

- для полупроводниковых спектрометров - 1 • 104 с'1.

Время установления рабочего режима - не более 30 мин.

Время непрерывной работы - не менее 8 часов.

Нестабильность энергетической характеристики за время непрерывной работы:

- для сцинтилляционных спектрометров систем БДО и БДСО - не более 1%;

- для полупроводниковых спектрометров - не более 0.1%.

СИЧ-Э может эксплуатироваться при температуре воздуха от 10 до 35 °C, относительной влажности до 75% при 30°С и атмосферном давлении от 84 до 106.7 кПа.

Питание СИЧ-Э осуществляется от сети переменного тока номинальным напряжением 220 В+10% -15% частотой 50 Гц.

Потребляемая мощность - не более 2500 ВА.

Габаритные размеры составных частей СИЧ-Э не более:

- защитная камера (ШхГхВ) -4470x2400x2300 мм;

- блоки детектирования системы линейного продольного сканирования

- блок детектирования системы БДТ - диаметр 200 мм, длина 400 мм;

- блок детектирования системы БДС - диаметр 200 мм, длина 330 мм;

- блок детектирования полупроводникового спектрометра с сосудом Дьюара - диаметр 500 мм, длина 700 мм;

- блоки детектирования системы локального детектирования инкорпорированных радионуклидов

- блоки детектирования системы БДО

- 063x63 мм - диаметр 105 мм, длина 330 мм,

- 040x40 мм - диаметр 95 мм, длина 310 мм;

- блок детектирования системы БДСО - диаметр 105 мм, длина 300 мм;

- блок детектирования полупроводникового спектрометра с сосудом Дьюара - диаметр 222 мм, длина 660 мм;

- приборный шкаф с анализаторами спектрометров (ВхШхГ) - 2200х 650x800 мм.

Масса составных частей СИЧ-Э не более:

- защитная камера 91000 кг;

- блоки детектирования системы линейного продольного сканирования - блок детектирования системы БДТ - 20 кг;

- блок детектирования системы БДС - 7.5 кг;

- блок детектирования полупроводникового спектрометра с сосудом Дьюара - 10 кг(без жидкого азота), 50 кг (с азотом);

- блоки детектирования системы локального детектирования инкорпорированных радионуклидов

- блок детектирования системы БДО - 10 кг;

- блок детектирования системы БДСО - 3.5 кг;

- блок детектирования полупроводникового спектрометра с сосудом Дьюара - не более 9 кг (без жидкого азота), не более 14.7 кг (с азотом);

- приборный шкаф с анализаторами спектрометров - 80 кг.

Знак утверждения типа

Знак утверждения типа наносится методом компьютерной графики на титульном листе Руководства по эксплуатации СИЧ-Э № 001.

Комплектность

В состав СИЧ-Э входят составные части, указанные в таблице 2.

Таблица 2

Примечания:

1 Радиоизотопные источники излучения, приобретаются в ВО “Изотоп” в установленном порядке;

2 Программное обеспечение поставляется установленным на компьютер и (дополнительно) в виде установочной копии на компакт диске;

3 В качестве ЗИП в состав СИЧ-Э входят сцинтилляционные детекторы БДЕГ-бЗхбЗ (4 шт.), БДЕГ-40х40 (1 шт.), полупроводниковые планарные детекторы GL-2020 (2 шт.), анализаторы MD-198 (7 шт.), спектроскопические усилители Canberra 2026 (2 шт.) и блоки высоковольтного питания Canberra 3106D (2 шт.).

Поверка

Поверка СИЧ-Э в условиях эксплуатации и после ремонта производится в соответствии с методикой поверки (раздел 3 руководства по эксплуатации ШФРК.412131.011.РЭ), согласованной ГЦИ СИ ФГУП "ВНИИМ им. Д. И. Менделеева" в декабре 2008 г.

При первичной поверке применяются;

- источники фотонного излучения радионуклидные спектрометрические закрытые эталонные ОСГИ-3 - рабочие эталоны 2 разряда по ГОСТ 8.033-96 активностью от 104 до 105 Бк с погрешностью не более ±4%;

- стандартный образец активности инкорпорированных радионуклидов (унифицированный фантом, комплект УФ-02Т) ГСО 6216/6245-91 с комплектом стержневых источников с радионуклидами 137Cs и 40К со стержневыми источниками 137Cs активностью порядка 20 кБк и 40К активностью порядка 10 кБк с относительной погрешностью аттестации не более ±5 %;

- стандартный образец активности инкорпорированного стронция-90 (антропоморфный стронциевый фантом ФСТ-06Т) ГСО 7745-99 с активностью радионуклида 90Sr порядка 400 кБк с относительной погрешностью аттестации не более ±5 %;

- тканеэквивалентный твердотельный фантом торса с моделью легких (левого и правого), содержащей источники ОМАСН с радионуклидами 241Ат активностью порядка 20 кБк и 60Со активностью порядка 30 кБк с относительной погрешностью аттестации не более ±5 %;

- фантом щитовидной железы ФЩЖ-04Т или эквивалент, содержащий источник ОМАСН с радионуклидом 133Ва активностью порядка 30 кБк с относительной погрешностью аттестации не более ±5 %.

При периодической поверке применяются:

- источники фотонного излучения радионуклидные спектрометрические закрытые эталонные ОСГИ-3 - рабочие эталоны 2 разряда по ГОСТ 8.033-96 активностью от 104 до 105 Бк с погрешностью не более ±4%.

Межповерочный интервал - 2 года.

Нормативные документы

ГОСТ 4.59-79 “Средства измерений ионизирующих излучений. Номенклатура пока-зателей“.

ГОСТ 27451-87 “Средства измерений ионизирующих излучений. Общие технические условия”.

ГОСТ 26874-86 “Спектрометры энергий ионизирующих излучений. Методы измерения основных параметров”.

ГОСТ 8.033-96 “Государственная поверочная схема для средств измерений активности радионуклидов, потока и плотности потока альфа-, бета-частиц и фотонов радионуклидных источников".

Техническая документация фирмы-изготовителя.

Заключение

Тип комплекса спектрометров излучений человека СИЧ-Э зав. № 001 утвержден с техническими и метрологическими характеристиками, приведенными в настоящем описании типа, метрологически обеспечен при выпуске из производства, в процессе эксплуатации и после ремонта согласно государственной поверочной схеме по ГОСТ 8.033-96.