Fizikai Szemle honlap

Tartalomjegyzék

Fizikai Szemle 2004/7. 220.o.

A HAZAI SUGÁRVÉDELMI MŰSZERGYÁRTÁS MÚLTJA ÉS JELENE

Bäumler Ede, Gamma Műszaki Rt.
Deme Sándor, KFKI AEKI
Vincze Árpád, Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem

A nukleáris mérőműszerek az ionizáló sugárzás mérésére szolgálnak, ezeken belül azokat tekintjük sugárvédelmi műszernek, amelyeket csak sugárvédelmi célra lehet használni, így a sugárzás dózisát, dózisteljesítményét, a felületi szennyezettséget mérő eszközök alkotják a csoport zömét. A sugárvédelem használ más műszereket is, például számlálókat, spektrométereket, de ezeket már nem soroljuk a sugárvédelmi műszerek közé, ahogy az orvosi célú sugárzásmérőket sem.

A sugárvédelmi műszerek együtt fejlődtek a sugárzás alkalmazásával. Kezdetben a rádium- és a röntgensugárzást kellett csak mérni, de attól a pillanattól kezdve, hogy működésbe lépett az első atommáglya, majd felvillant az első atombomba, a sugárvédelem méréstechnikájának az új terület követelményeinek is meg kellett felelnie.

A múlt század ötvenes éveinek közepén már magas színvonalú nukleáris kultúra alakult ki hazánkban, elsősorban a Központi Fizikai Kutatóintézet (KFKI) vezetésével. Ez megnyilvánult a nukleáris, köztük a sugárvédelmi eszközök fejlesztésében és gyártásában is. Nem véletlen, hogy már az első szovjet licencek honosításával egyidejűleg elkezdődhettek az első hazai fejlesztések, hiszen készen állt a tudományos háttér, a szakembergárda. A kutató-fejlesztő intézmények között a KFKI mellett fontos szerepet játszott a debreceni Atommagkutató Intézet (ATOMKI), az Izotóp Intézet, a Mecseki Ércbányászati Vállalat (MÉV), a Budapesti Műszaki Egyetem (BME), a Semmelweis Orvostudományi Egyetem (SOTE), a debreceni Kossuth Lajos Tudományegyetem és más egyetemek, az utóbbiak általában egy-egy speciális kérdésben. Emellett az igények révén lényeges szerepük volt a felhasználóknak, köztük az orvosi intézményeknek, majd a nukleáris létesítményeknek, elsősorban a Paksi Atomerőműnek.

A hazai műszergyártás kezdetei

Az 1950-es években az atomháború veszélye reális fenyegetésnek tűnt, ezért sürgetővé vált a hadsereg és a polgári védelem ellátása sugárzásmérő műszerekkel. A kormány döntést hozott: az 1920-ban alapított, a haditechnikai fejlesztés-gyártásban nagy hagyományokkal és magas műszaki kultúrával rendelkező Gamma Műveket jelölte ki a nukleáris műszergyártás profilgazdájának. A sugárvédelmi eszközök területén elsőként a KFKI által kifejlesztett Bozóky-féle dózismérő toll (kisméretű, zsebben hordható ionizációs kamra) és töltőkiértékelő készüléke került sorozatgyártásba. Speciális fejlesztések területén meg kell említeni az uránbánya eredményeit, elsősorban a terepi körülmények között használható nagyérzékenységű sugárzás intenzitásmérő műszerek területén.

Az első katonai radioaktív sugárzásmérő műszer honosításával (IH-1) a Haditechnikai Intézet (HTI) az Irodagépipari Vállalatot (IGV) bízta meg. A két cég nevének kezdőbetűiből ered a mai napig használt típusszám jelölés, az IH. Egyéni sugáradagmérő, ismertebb nevén dózismérő toll és töltő-mérő készülékének honosítását szovjet licenc alapján - szintén az IGV végezte, gyártását azonban már a Gamma Művekre bízták. Egyidejűleg megkezdődött egy új gyártmánycsalád fejlesztése is a Gamma területén működő Optikai Kutató Laboratóriumban (OKL), ezek az ionkamrás detektorral működő IH-2 sugárszintmérő, az IH-3M járműfedélzeti sugárszintmérő és a GM-csöves IH-12 sugárszennyezettség-mérő műszerek. Az OKL által fejlesztett műszerek gyártása szintén a Gamma Művekhez került, a szovjet DKP-50 önleolvasós zsebdózismérő honosítása már ott történt. A felsorolt eszközök a háborús, nagy intenzitású sugárzások mérésére készültek, érzékenységük nem volt elegendő polgári sugárvédelmi feladatokra.

Polgári célra a Gamma az Elektromechanikai Vállalat (EMV) által kifejlesztett "Transrate" tranzisztoros, GM-csöves sugárzásmérőt vitte gyártásba. A zsebrádió méretű, már a háttérsugárzást is jelző dózisteljesítmény- és felületi szennyezettségmérő volt az első univerzális kedvenc.

Az új technológiák beruházásokat igényeltek, speciális szerelő és vizsgáló részlegek kialakítására volt szükség. Példaként a DKP önleolvasós személyi dózismérő kvarc szálainak aranyozása, szerelése zsilipkamrával ellátott helyiségben, huzat- és pormentes bokszokban történt.

A hazai nukleáris műszergyártó bázis megteremtése nem csak a katonai műszerek gyártására korlátozódott. Egyidejűleg a Gamma - a SOTE Biofizikai Intézet fejlesztésére alapozva - elkezdte a szcintillációs kristály- és detektorgyártást, és átvette a Központi Fizikai Kutatóintézettől a rack rendszerű, laboratóriumi nukleáris elektronikus egységek gyártását, így megteremtődött a későbbi orvosi nukleáris profil alapja is. Összességében az 1965-ig tartó időszakban létrejött a hazai fejlesztő- és gyártókapacitás, elindult a gyártás honosított dokumentáció alapján a Gammában, sugárszintmérő, sugárszennyezettség-mérő, járműfedélzeti műszerekből több ezres, egyéni dózismérőkből százezres sorozatokban.

1965-től a HTI vezényletével intenzív fejlesztések indultak a Gammában, a Villamos Automatika Intézetnél (VILATI) és a Műszeripari Kutatóintézetben (MIKI), illetve az OKL-ből lett Elektronikai és Finommechanikai Kutatóintézetben, az EFKI-ben (még később Videoton Fejlesztési Intézet, VIFI). Kifejlesztették a szilícium alapú félvezető detektorokat, amelyek egy új sugárzásmérő család létrehozását tették lehetővé a Gammában. A család legismertebb tagjából, az IH-5 egységes sugárzásmérő műszerből majd tízezer darab készült. A műszer két különböző térfogatú, így érzékenységű - Si(Li)-detektora hét nagyságrend dózisteljesítmény mérést tett lehetővé, ami több, mint a korábban gyártott IH-12 és IH-2 tartománya együttesen.

A járműfedélzeti sugárszintmérő műszert és helikopterre szerelt légi változatának fejlesztését és gyártását a VILATI és a Gamma közösen végezte. Ezek voltak az első, digitális kijelzéssel rendelkező készülékek. A MIKI kifejlesztette a WS-67 atomrobbanás-bemérő műszert, amely a villanás intenzitása, valamint a fény és a hang időkülönbségéből hatóerőt és távolságot számolt. Gyakorlati felhasználására - szerencsére - nem került sor.

A félvezető detektorok alkalmazása szélesebb méréstartományú, nagyobb pontosságú és hosszabb élettartamú műszerek gyártását tette lehetővé, másrészt viszont ezek a műszerek bonyolultabb elektronikát, elektronikus és/vagy izotópos fényforrással működő stabilizálást igényeltek. 1970-ben avatta a Gamma új izotóp laboratóriumát, amelyet akkor Közép-Európa legkorszerűbb ilyen létesítményeként tartottak számon. A katonai műszereknél megtörtént a generációváltás. Megjegyzendő azonban, hogy ebben az időszakban a hazai polgári célú fejlesztés-gyártás megszűnt, mivel arra a KGST Csehszlovákiát és Lengyelországot szakosította. Egyedül az IH-5 polgári célra felszabadított, kékre festett változata volt kapható a piacon.

A 70-es és 80-as években már sor kerülhetett a honvédség és a polgári védelem speciálisabb igényeinek kielégítésére is. A "spec" (azaz katonai) műszerek fejlesztője: Gamma - HTI, gyártója a Gamma. Az IH-63 sugárszintjelző egy egyszerű hangriasztást adó személyi eszköz volt, detektora egy kamrába zárt FET tranzisztor. Az IH-81 kombinált sugárszint és szennyezettségmérő műszer forgódobbal ellátott alapműszeréről - a megengedett maximális dózisból, illetve a mért dózisteljesítmény értékéből - a logarléc elve alapján a tartózkodási idő is leolvasható volt.

A polgári védelem ellátása korábban a honvédségen keresztül történt, így ugyanazokat az eszközöket használta. A 80-as évek elejétől a Polgári Védelem Országos Parancsnoksága (PVOP) független megrendelőként jelentkezett a Gammánál, saját feladataira specializált eszközöket rendelt, ilyenek voltak a sugárveszély fokozatát jelző készülékek, vagy a szennyezettség- és hasadványkeverék életkorát mérő műszer. Az előző az atomrobbanást követően a sugárzás intenzitásának változási sebességéből számította a végtelen tartózkodási időre vonatkoztatott dózist, és ehhez rendelt veszélyességi fokozatokat. A szennyezettség- és életkormérő műszer a hasadási termékek átlagos energiájának változásából számította a kihullástól eltelt időt (azaz a hasadványok "életkorát", majd a szennyezettség mértéke és az életkor alapján terepi körülmények között határozta meg az élelmiszer, víz, takarmány fogyaszthatóságát. A műszerek fejlesztése a BME Fizikai-Kémia Tanszékkel közösen történt.

A KFKI kis sorozatban gyártotta az általa kifejlesztett laboratóriumi termolumineszcens dózismérő (TLD) kiértékelő készüléket, ehhez a dózismérő anyagát BME Fizikai-Kémia Tanszéke dolgozta ki. A több mint tíz kilós TLD kiértékelő laboratóriumi készülék kisöccse, az egykilós Pille kijutott a világűrbe is. Erre a műszerre azért volt szükség, mert a kozmikus sugárzás a hosszú időtartamú űrutazások egyik jelentős egészségi kockázati tényezője. A Pillével először Farkas Bertalan végzett méréseket 1980-ban, a Szaljut-6 űrállomáson, később járt e műszertípus a Szaljut-7-en, a Space Shuttle fedélzetén, a Mir űrállomáson. Jelenleg a Nemzetközi Űrállomás rendszeresített eszközeként kering a Föld körül. A Pille a maga nemében egyedülálló műszer az űrben, földi változatát a Tungsram kissorozatban gyártotta.

Csernobil után

A csernobili katasztrófa jelentős hatást gyakorolt világképünkre, ezen belül a sugárvédelmi mérőműszerek iránti követelményekre szerte a világon, így hazánkban is. Az események után a határokon beérkező szállítmányok radioaktív szennyeződésének vizsgálata a fegyveres testületek feladata volt, a műszerek azonban gyakorlatilag nem voltak alkalmasak a sugárzási háttérhez közeli szintek mérésére. Az egyetlen - akár a zöldségpiacon is - jól használható hazai műszer a Gamma "Contameter" nevű felületi szennyezettségmérő műszere volt, abból viszont nagyon kevés készült, a korábban említett KGST-szakosítás miatt. A probléma megoldására a Gamma átadta nagyfelületű GM-cső-raktárkészletét az Izotóp Intézetnek, ahol rekordidő alatt kifejlesztették az "Autocont" szennyezettségmérőt, amelybe az érzékeny felület növelése céljából nem egy, hanem két GM-cső került. A ma is jól használható műszerrel az Izotóp Intézet el tudta látni legalább a szakma szűkebb igényeit. A Gamma pedig a PVOP kérésére 8 nap alatt kifejlesztett egy olyan sugárkaput, amely Záhonyban változó háttérsugárzás mellett is használható volt.

Csernobil szemléletbeli változást hozott a katonai doktrínában is, mely szerint elsősorban az ipari katasztrófák elhárítására kell felkészülni, nem a katonai atomcsapásra. Ez azt vonta maga után, hogy a sugárvédelmi műszereknek már a természetes háttérsugárzás szintjétől kell mérni, a korábbi katasztrófaszintekig.

A 90-es évektől fejlesztett műszerek közös jellemzője, hogy mikrokontroller-vezéreltek és számítógépes kapcsolatuk van. Azon túl, hogy a divatossá vált mikroprocesszoros műszerek elegánsabb megjelenést, komfortosabb kezelést tettek lehetővé, a hazai fejlesztésű eszközökben új mérési eljárások is megvalósulhattak. A Gamma-HTI katonai műszerfejlesztések folytatódtak.

Az IH-90 sugárszennyezettség-mérő műszerben - a BME Fizikai-Kémia Tanszék közreműködésével - megvalósított mérési eljárások kihasználták a félvezető detektor energiaszelektív voltát, így lehetővé vált a felületi alfa- és béta-sugárzó szennyezettség meghatározása magas gamma-sugárzási háttérben is. Ez volt az utolsó Gamma gyártmányú félvezető detektoros műszer, ezt követően nagyfelületű GM-csövek kerültek alkalmazásra.

Az új járműfedélzeti sugárszintmérő műszer a terep sugárszintjének felderítésekor a mérési eredményeket már összerendelte az idő- és helykoordináta-adatokkal. A SOJKA pilóta nélküli repülőgépre sugárfelderítő detektor került. A földi állomás a rádión keresztül érkező fedélzeti dózisteljesítmény, magassági és helykoordináta-adatokból meghatározza a terep sugárszintjét és térképesen megjeleníti azt.

A jelenlegi helyzet és kilátások

A rendszerváltást követően a nagy volumenű központi beszerzések hiánya és a konkurens külföldi cégek megjelenése minden magyar cégre hátrányosan hatott, ezért a 90-es évek elején 14 cég létrehozta érdekvédelmi szervezetét, a Magyar Nukleáris Műszeripari Egyesületet (NUME). A NUME nem volt hosszú életű, talán azért mert tagjai egymás konkurenciái voltak a piacon. A 14 cég zöme ma is jeleskedik a szakmában, de elsősorban nagyobb mérőrendszerek (atomerőművi ellenőrzés, mérő és adattovábbító hálózatok stb.) kialakításában egy-egy speciális feladattal, eszközzel, egyetemi tanszékekkel, kutatóintézeti részlegekkel, nemzetközi csoportokkal együttműködve. Itthon sugárvédelmi célú műszerfejlesztéssel és -gyártással elsősorban a Gamma Műszaki Rt.-ben foglalkoznak.

Az 1990-es évek második felétől kifejlesztett korszerű eszközök képezik a Gamma Rt. jelenlegi termékválasztékát. A paletta széles, a fontosabbak a következők:

-spektrometriával egyidejűleg.

ábra

Egyes fejlesztések intézmények, egyetemi tanszékek közreműködésével valósulnak meg. A sugáradagmérő témában a KFKI AEKI működött közre, a különböző laboratóriumi összeállítások algoritmusának kidolgozásában, kalibrálásában a BME Nukleáris Technikai Intézete. Az intelligens szcintillációs detektorok tesztelésével, alkalmazási lehetőségeinek bővítésével a Veszprémi Egyetem foglalkozik. A haditechnikai fejlesztések jelenleg is a volt HTI, mai nevén HM Technológiai Hivatal témavezetése mellett történnek.

A Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem Vegyi és környezetbiztonsági tanszéke a SOMOS Környezetvédelmi Kft.-vel közösen fejlesztett intelligens sokcsatornás nukleáris spektrométere DSP-vel. Az energiamérést megvalósító spektrométerekben hagyományosan az úgynevezett Wilkinson-típusú analóg-digitális átalakítókat alkalmazzák. Ezek kiváló linearitással rendelkeznek, de holtidejük aránylag nagy, és az áruk is meglehetősen magas. A kifejlesztett módszer és eszköz az egyes jeleken végzett többszörös kvantáláson (mintavétel és analóg-digitális átalakítás) és a kvantált minták súlyozott átlagolásán alapszik. Ehhez olcsó, relatíve kis bitszámú (10 bit), gyors analóg-digitális konverter és digitális jelfeldolgozó (DSP) integrált áramkörre van szükség. A DSP segítségével intelligensen lehet kommunikálni a külvilággal (PC), ez vezérli a jelfeldolgozás folyamatát, tartalmazza és kezeli (írja és olvassa) a sokcsatornás spektrummemóriát, beállítja a spektrométer paramétereit (erősítés, detektálási küszöbszint, detektor-tápfeszültség, mérési idő stb.). Elegendően gyors DSP-t választva, az a fenti feladatokon felül elvégzi a kvantált minták súlyozott átlagolását is. Kimutatható, hogy ez esetben - elegendő mintaszám esetén - a kívánt csatornaszám kisebb bitszámú konverterrel is megvalósítható, ami olcsóbbá teszi a rendszert, és egyben az egy impulzus feldolgozásához szükséges holtidőt is jelentősen csökkenti. Ezzel együtt jelentősen nő az intenzitásmérés pontossága, különösen nagy intenzitásoknál. A SOMOS Kft. szintén részt vesz sugárvédelmi ellenőrző rendszerek fejlesztésében elsősorban nukleáris létesítmények munkahelyein [6-8].

A KFKI AEKI, az ATOMKI és más kutató-, illetve egyetemi intézmény továbbra is részt vesz nagyobb sugárvédelmi rendszerek kialakításában, például a Paksi Atomerőmű környezetellenőrző rendszerének rekonstrukciójában.

Összefoglalás

Miközben a hazai intézmények és műszergyártók kezdetben, a múlt század második felében igen jó eredményeket értek el a sugárvédelmi műszerek fejlesztése és gyártása területén, az utóbbi évtizedben, egyrészt a piac beszűkülése, a tőke hiánya, másrészt a konkurens külföldi cégek markáns megjelenése miatt csökkent az értékesítés mind a hazai, mind a nemzetközi piacon. A visszaesés nem a szakterület sajátossága, hanem az egész magyar gazdaságé. Ebben az időszakban egész iparágak szűntek meg, csak azok maradtak talpon, akik világpiacon is versenyképes terméket tudtak előállítani. A hazai sugárvédelmi műszerfejlesztést a kezdetektől fogva az jellemezte, hogy nem követő fejlesztések voltak, hanem mindig meglepték a szakmát valami újdonsággal, ezért a megvalósult eszközök mindenkor versenyképesek voltak.

A nem költségvetési beruházások piacára az a jellemző, hogy bár fejlesztésekben most sem szűkölködünk, a szóba jöhető piac kicsi egy-egy nagyobb széria gyártásához. Ezért elsősorban speciális eszközök és rendszerek fejlesztése és gyártása jöhet számításba.

A költségvetésből finanszírozott beruházások a NATO-ba és az EU-ba belépve várhatóan ismét növekednek, mivel az államnak kötelezettségei vannak a környezetvédelem, az államhatárok szigorúbb ellenőrzése és a haditechnikai korszerűsítés területén.

Az Unióban sem lehet arra számítani, hogy azok az országok, amelyek fejlett sugárvédelmi műszergyártással rendelkeznek, valaha is magyar műszert vásároljanak sajátjuk helyett. Intenzív marketingmunkával viszont elérhető, hogy akinek nincs megfelelő, saját fejlesztésű, gyártású műszere, az magyart válasszon.

Ismertetőnk - a téma jellege miatt - nem lehetett teljes. Reméljük, hogy a szakmában dolgozók kiegészítik az általunk leírtakat, így a sugárvédelmi műszerek hazai gyártásának nyoma marad, s jelenét is megismerhetik a potenciális felhasználók és a téma iránt érdeklődők.

Irodalom

1. SOLYMOSI J., BÄUMLER E. és társai: Eljárás és berendezés ismeretlen összetételű és/vagy többkomponensű, főként hasadási termékekkel kontaminált terepszakaszok sugárszintjének földi felderítésére 198798 B BME-GAMMA szolgálati találmány

2. SOLYMOSI J., BÄUMLER E. és társai: Eljárás és berendezés ismeretlen összetételű éslvagy többkomponensű, főként hasadási termékekkel kontaminált terepszakaszok sugárszintjének légi felderítésére 201161 B BME-GAMMA szolgálati találmány

3. BÄUMLER E., ERDŐS K., PINTÉR L, SARKADI A., SOLYMOSI J. és társai: Univerzális radioaktív sugárzásmérő műszer és eljárás, valamint rendszertechnikai elrendezés méréshatárának kiterjesztésére P9700746 HTI-GAMMA-BME szolgálati találmány bejelentés

4. BÄUMLER E., ERDŐS K., SARKADI A.: Eljárás, valamint rendszertechnikai elrendezés hasadási és aktivációs radioizotópokkal kontaminált élelmiszerek fogyaszthatóságának eldöntésére- P0301996 GAMMA szolgálati találmány bejelentés

5. BÄUMLER E., ERDŐS K., SARKADI A.: Eljárás, valamint rendszertechnikai elrendezés járművek és/vagy rakományok radioaktív szennyezettségének - mobil sugárforrás- kimutatására - 220207 GAMMA szolgálati találmány

6. A. VINCZE, J. SOLYMOSI, K. NAGY, I.C. SZABÓ, G. VOLENT, Á. GUJGICZER, O. ZSILLE: Monitoring of the fuel-cassette free state of the control rod sleeves during its lift by radiation measurement - IRPA Regional Congress on Radiation Protection in Central Europe, 22-27, August, 1999, Budapest, Hungary, Proceedings, 184-192, 1999

7. Á. VINCZE, G. VOLENT, J. SOLYMOSI: A procedure for the continuous control of the retention properities of gas adsorber systems - J. Radioanal. Nucl. Chem., 218/1 (1997) 81

8. K. NAGY, Á. VINCZE, J. SOLYMOSI, G. EIGEMANN, G. VOLENT, Á. GUJGICZER, O. GIMESI, O. ZSILLE, GY. PLACHTOVICS: Measuring the filter efficiencies of iodine filters at NPP Paks - V. Nemzetközi Atomtechnikai Szimpózium, Paks, 2000 október