Измерването на количеството радиоактивно вещество отложено върху повърхност се постига на първо място чрез използването на радиометри (монитори) за повърхностно замърсяване. За да бъдат направени точни оценки на повърхностното замърсяване е необходимо тези радиометри да бъдат калибрирани с еталонни източници, които са проследими към национални еталони. Тези еталонни източници могат да се характеризират чрез величината активност или величината скорост на излъчване на частици от повърхност или и чрез двете.   

Както националните така и международните организации дават насоки за препоръчаните еталонни източници на различни нива на точност и проследимост.

Съгласно Наредбата за основните норми за радиационна защита, 2004, границите на повърхностното радиоактивно замърсяване са дефинирани в единицата частици.cm^-2.min^-1, което налага повърхностното радиоактивно замърсяване на национално ниво да се характеризира с величината  скорост на излъчване на частици от повърхност.

Целите на измерване на повърхностно замърсяване са:

• първо, да се регистрира замърсяването, така че да се определи неговото съществуване и да се контролира разпространението му;

• второ, да се определи скоростта на излъчване на частици (активността) на единица площ, за да се провери, дали не са превишени допустимите граници.

При определяне на повърхностни радиоактивни замърсявания се вземат предвид няколко фактора:

1. Видът на замърсената повърхност: замърсените повърхности биват 4 вида:

- кожа на човешкото тяло,

- повърхности, в непосредствен контакт с кожата (бельо, кърпи за изтриване пр.), 

- замърсени повърхности, в близост до тялото (работно облекло, обувки, маски и др.) и

- всички други повърхности (предмети, плотове, стени и др.).

2. Видът на радиоактивния замърсител: α- или β- емитер; енергиен спектър на радионуклида-замърсител; физикохимическите характеристики (течност или прах, вид на съединението).

3. Видът на самото замърсяване: трайно фиксирано върху повърхността; нефиксирано, което може да бъде почистено или и двата вида едновременно.

Основни понятия

Повърхностно замърсяване: Замърсяване на повърхностите с радиоактивни вещества.

• Фиксирано повърхностно   замърсяване:   Замърсяване,   прилепнало   към повърхността по такъв начин, че е невъзможно да се отстрани в нормални работни условия;
• Нефиксирано повърхностно замърсяване: Повърхностно замърсяване, което може да се отстрани или трансферира при нормални работни условия.

Активност на единица площ: Отношение между активността на радионуклидите,

присъстващи на повърхността, и площта на повърхността. Изразява се в  (Bq.cm^-2).

Скоростна излъчване на частици от повърхност (поток частици), q_2p /surface emission rate of a source/: Броят частици от даден вид и над определена енергия, които се излъчват от повърхността на източника за единица време. Единицата за скорост на излъчване на частици от повърхността на радиоактивния източник е: s^-1

Ефективност на инструмента, e_I: Отношението между показанията на уреда (импулси за единица време) и скоростта на излъчване на частици от повърхността на радиоактивния източник (частици за единица време) при определени геометрични условия.

Калибровъчният фактор на радиометър, k_R:  1/e_I

Ефективност на източника, es: отношение на броя частици от даден тип с
енергия над дадената, излъчени от предната повърхност на източника за единица време, към броя частици от същия тип, създавани или изпускани в източника (за тънък източник), или към дебелината на неговия слой на насищане (за източник с дебелина) за единица време.

Методи за измерване

Повърхностното замърсяване може да бъде оценено с помощта на директен и индиректен метод на измерване.

Директните измервания се провеждат с монитори (радиометри) за повърхностното замърсяване, които измерват нефиксираното плюс фиксираното повърхностно замърсяване.

Индиректното измерване като правило се провежда по метода на намазките, с помощта на който се определя само нефиксираното повърхностно замърсяване.

Директните измервания са особено трудни или невъзможни, ако върху повърхността присъства неактивна течност или твърди отлагания, или ако има влияещо радиационно поле. 

Индиректният метод е по-широко приложим, особено когато повърхностите са труднодостъпни за измерване поради разположението или конфигурацията си, или когато влияещите радиационни полета въздействат върху мониторите за замърсяване.

Автор: Станислав Станев 

-  Природата  на радиоактивното разпадане (всички описващи го параметри) на даден радионуклид и вида и характеристиките на съпътстващите го ЙЛ от една страна и;

-  Всички възможни взаимодействия на тези ЙЛ с веществото на детектора и заобикалящата го среда от друга страна.

Радионуклидната метрология най-общо се занимава с радиоактивните вещества и техните количествени характеристики, основно величината активност.

Терминът радиоактивност се използва за описване на явлението на спонтанните ядрени превръщания, които се съпътстват от излъчването на електромагнитни или корпускулярни лъчения.

Ядрените превръщания са случаен процес и се описват чрез експоненциалния закон за радиоактивно разпадане:

                       ,  

                       l=ln2 /T_1/2                                                                  

     където:  

          N(t) – брой радиоактивни атоми в момента t ;

          N₀ – брой радиоактивни атоми в определен начален момент; 

          l – константа на разпадането;

          T_1/2 – период на полуразпадане.

Работата на всеки детектор на ЙЛ основно зависи от начина, по който изследваното лъчение взаимодейства с материала на самия детектор. Следователно познаването на отклика на определен тип детектор трябва да се основава на познаване на основните механизми, чрез които лъченията взаимодействат и губят енергията си във веществото.

В зависимост от механизма на взаимодействие с веществото йонизиращите лъчения се делят на две групи:

- Директно йонизиращи — електрически заредени ча­стици (електрони, протони, алфа-частици и др.), която притежа­ват достатъчна кинетична енергия за йонизация чрез удар;

- Индиректно йонизиращи — незаредени частици (фо­тон, неутрон и др.), която при взаимодействие с атомите на ве­ществото предизвикват получаване на директно йонизиращи частици или причиняват ядрено превръщане.

Електрически заредените ча­стици  взаимодействат непрекъснато с електроните на веществото (чрез кулонови сили), като губят енергията си на малко порции в голям брой актове на взаимодействие.

Това води до йонизиране или възбуждане на атомите, а съответните загуби на енергия на частицата обобщено се наричат йонизационни загуби.

Електрически неутралните ча­стици не взаимодействат чрез кулонови сили с веществото, а посредством единични актове на взаимодействие, при които могат да възникнат заредени ча­стици с енерги, достатъчно висока за прдизвикване на йонизация.

За създаването и прилагането на всеки един метод на измерване на активност е необходимо да се вземат предвид следнитве 3 основни факта:

1) Всяка частица, която на взаимодейства с веществото на детектора на може да бъде регистрирана;

2) Трябва винаги да се отчитат всички възможни взаимодействия на изучаваното ЙЛ както с чувствителния обем на детектора, така и с веществата, които го обкръжават;

3) Всяка детектор на ЙЛ, регистрира не енергията на частицата, а само онази част от нея, която частицата е оставила в чувствителния обем на детектора. В редки случаи частицата оставя цялата си енергия в чувствителния обем на детектора.

Познаването и отчитането на тези факти позволява да се предвидят и оценят всички ефекти, влияещи на резултата от дедено измерване и да се въведат съответните корекции за отчитането на всички или на някои от тези ефекти, когато е необходимо с цел постигането на желаната точност.

Класификация на методите

Измерванията на активността най-общо се разделят на два основни типа

Абсолютни измервания на активности

Измерванията на активността са “абсолютни” или “директни (преки)” ако дават активността на пробата според дефиницията, т.е. ако броят на ядрените превръщания в даден интервал от време са преброени директно или ако този брой може да бъде изведен пряко от измерването без използването на какъвто и да е източник с позната активност.

Абсолютните методи са приоритет на Националните Метрологични Институти (НМИ, NIM – National Institutes of Metrology)

Примери за абсолютни измервания на активност:

-   Калориметричен метод,

-   4π- и 2π- броене,

-   Метод на съвпаденията (4pag- и 4pbg- , екстраполиране на ефективността и др.),

-   Метода на определения пространствен ъгъл,

-   TDCR метод (Triple to double coincidence ratio)

За рутинните измервания на активност, абсолютните методи са рядко използвани поради тяхната сложност и сравнително голямата продължителност на измерването.

Относителни измервания на активности

Относителните измервания на активност с подходящ детектор, който е калибриран с еталонни радиоактивни източници по един или няколко радионуклида са много по-прости.

Точността на относителните измервания на активности зависи най-вече от  два фактора;

-  възпроизводимостта на геометрията източник – детектор;

- възможността да се изготви еталон със същите геометрични размери, плътност, химичен и радионуклиден състав като пробата, и чиято активност се различава от тази на пробата с не повече от 10¸100 пъти.

При тези условия неопределеността на измерването е ограничена от:

 - неопределеността на еталонните източници и от

 - статистиката на процеса на детектиране.

В практиката обаче много често горните условия не могат да бъдат изпълнени, което налага въвеждане на корекции и в крайна сметка се увеличава неопределеността на измерването.

Примери за относителни измервания на активност:

-   Метод на g–йонизационна камера от кладенчов тип,

-   Гама-спектрометрия,

-   Измерване на обща алфа- и обща бета- активност,

-   Течно-сцинтилационно броене.

Изброените методи не са равностойни както по отношение на обхвата на измерваната стойност на активността на нуклидите така и по отношение на точността на резултатите от измерванията.

Автор: Станислав Станев  

Проследимостта  установява действителността на калибрирането на определен еталон или средството за измерване, посредством последователно сравняване с по-добри еталони докато се стигне до точно определен първичен еталон.

Калибриране  –  Съвкупност от действия, които при определени условия установяват зависимостта между стойностите на величината, показани от измерителен уред, измерителна система или стойностите са представени от мярка или стандартен образец и съответните стойности, реализирани от еталоните.

Нивата  на проследимост, според международния речник по метрологията (VIM) са:

            Ниво 1 – Първични еталони и международната еквивалентност.

Включва реализиране на първични еталони за активност чрез развитието на методи и измерителни системи за сертифициране (стандартизиране), участие в международни сравнения, прилагането на системи за качество.

            Нива 2 и 3 – осиуряване на проследимост на Национално ниво.

Ниво 2 се състои в реализирането на вторични еталонни (референтни) системи, а ниво 3 основно осигурява националното разпространение на еталоните за активност.

Международната система за проследимост на измерванията на активности включва тясно сътрудничество между много от водещите в света еталонни лаборатории за измерване на активност. Тя обхвяща две основни мероприятия организирани от BIPM:

(1) чести междулабораторни сравнителни измервания на специфична активност на радиоактивни разтвори, капсулирани в стандартни стъклени ампули и всички приготвени от един и същ изходен разтвор, и     

(2)  Международна Референтна Система (SIR), която позволява националните лаборатории да предават ампули съдържащи g-излъчващи радиоактивни разтвори с декларирана специфична активност на BIPM с цел проверка на резултата и регистриране (вписване) в базата данни.

Реализирането на проследимостта при измерване на активности може да се представи  най-общо чрез следната схема: 

Реализиране на проследимостта при измерване на активност 

Няма пряко отношение между понятията международен и национален еталон от една страна и първичен и вторичен еталон от друга страна. В повечето случаи международните или националните еталони са първични, но това не е задължително. Например т.нар. Международна Референтна Система за измерване на активност на g-излъчващи нуклиди (International Reference System – SIR) е вид вторичен международен еталон изграден на основата на ионизационна камера от кладенчов тип, който се съхранява в МБМТ (BIPM) и служи за допълване и разширяване на дейността на МБМТ по провеждане на международни сравнения по величината активност. Също така много от националните еталони за активност са реализирани като вторични еталони осигуряващи относителни измервания (well-type IC, LSC, GS), а заедно с това институции, нямащи статут на национални лаборатории могат да притежават първични еталони позволяващи абсолютни измервания.

Автор: Станислав Станев  

Основната роля на всеки един еталон за активност, е да се даде възможност резултатът от дадено измерване, да бъде представен като величина, със съответната числена стойност и единица, за целите и нуждите на потребителите в тази област.

• Радиоактивен Източник (РАИ) / Източник на Йонизиращо Лъчение (ИЙЛ): всеки вид материл в произволно агрегатно състояние, съдържащ един или няколко вида радиоактивни нуклиди (радионуклиди). РАИ могат да се разделят в следните групи:

- Еталонен (референтен) радиоактивен източник – РАИ, сертифициран по вличините активност и/или скорост на излъчване на частици от повърхност със съответната деклариана неопределеност, заедно с указания за вида на нуклида, вида и енергията на лъченията и др. важни характеристики.

- Сертифициран Сравнителен Материал (ССМ) – РАИ, сертифициран както по величините активност и/или скорост на излъчване на частици от повърхност, така и по други съществени за даден експеримент параметри, напр. хомогенност, плътност и/или дебелината  активния слой, химичен състав на матрицата, съдържание на радиоактивни примеси, дебелина на подложката, или по-общо, характеристики на съда в който е поместен РАИ и др.

- Радиоактивна Проба – РАИ, който подлежи на измерване (анализ) и към който могат да се предявяват определени изисквания по отношение на някои негови характеристики, в зависимост от спецификата на конкретното измерване.

Всеки ССМ е еталон и в много случаи понятията еталонен РАИ и ССМ се припокриват в своя обхват.

Така дефинираните еталонни РАИ и ССМ могат да служат за калибриране на инструментите, с цел те да се използват за количествена оценка на активността на същите радионуклиди (или понякога и други), в подходящи конфигурации.

• Активност, А (на радиоактивен източник) – отношението  на средния брой спонтанни ядрени превръщания (разпадания) в радиоактивния източник за малък интервал от време и продължителността на този интервал.Единицата за Активност  в системата SI е бекерел (Bq):  1 Bq = 1 s^-1

Все още в много случаи се използва и споменатата величина кюри (Ci): 1Ci = 3,7.10¹⁰ Bq

За да се характеризира дадено радиоактивно вещество, в допълнение към активността трябва да се посочат радионуклида и времето към което се отнася активността (референтно време).

Ако веществото съдържа повече от един радионуклид, всички индивидуални активности трябва да бъдат посочени.

Стойността на общата активност в повечето случаи е безполезна.

Въвеждат се още понятията специфична активност и концентрация на активността:

• Специфична активност (масова активност), а – активността,  разделена на масата на радиоактивния източник (проба).
• Концентрация на активността (обемна активност), c_A – активността, разделена на обема на радиоактивния източник (проба).
• Скорост на излъчване на частици от повърхност /surface emission rate of a source/, q_2π  – броят частици от даден вид и над определена енергия, които се излъчват от повърхността на източника за единица време. Единицата за скорост на излъчване на частици от повърхността на радиоактивния източник е частици.s-1

Поради разликите в свойствата на реалните повърхности да абсорбират и разсейват лъченията, не съществува проста връзка между активността и скоростта на излъчване на частици от повърхността.

Автор: Станислав Станев