en
ru
  • ModeRTL
  • ModePEB
  • ModeXR
  • ModeStEB
  • ModeStXR
  • ModeDW
  • ModeGR
  • ModeSAL
  • RT-Builder
  • ModeCEB
  • Abstracts of journals
  • Abstracts of conference's papers
  • Abstracts of books
  • Словарь
  • Practical tasks
  • Training courses
  • Страничка для студента
  • The Panel on Gamma and Electron irradiation known as the Panel
  • Radiation Process Simulation and Modeling User Group
  • International Atomic Energy Agency
  • Google search
  • Использование методов компьютерного моделирования в промышленных радиационно-технологических процессах

    1. Введение

    В последние годы на всех континентах наблюдается интенсивный рост внедрения радиационных технологий в различные области промышленной индустрии. Этот процесс сопровождается увеличением количества промышленных радиационных установок, расширением ассортимента обрабатываемых ионизирующим излучением изделий, внедрением новых способов и методов радиационной обработки.

    Пучки электронов (ЕВ), тормозное излучение (X-ray) и гамма излучение от радиоизотопных источников (γ-ray) являются основными источниками излучения, которые используются в различных промышленных радиационно-технологических процессах.

    К таким процессам относятся стерилизация медицинских препаратов и инструментария, пастерзация и стерилизация пищевых продуктов, радиационная обработка сельскохозяйственной продукции и дезинсекция зерна, радиационная полимеризация и вулканизация, разработка новых материалов с уникальными свойствами, очистка cточных вод и топочних газов, таможенный контроль, дефектоскопия и др.

    В настоящее время более чем 1500 мощных ускорителей электронов и около 250 радиоизотопных гамма установок используются в различных промышленных радиационно-технологических процессах в разных странах.

    2. Проблемные задачи радиационных технологий

    Сегодня, радиационные технологии представляют собой системы с высокой интеграцией научно-технических решений из различных предметных областей производственной деятельности общества.

    Эффективное использование радиационных технологий порождает ряд сложных научно-технических задач, которые зависят от вида используемого излучения, типа радиационной установки, вида радиационно-технологического процесса и объектов проходящих радиационную обработку.

    Для каждого радиационно-технологического процесса, для каждой радиационной установки необходимо решать следующие задачи:

    • обеспечения безопасных режимов работы и надежных методов контроля процесса облучения;
    • определение оптимальных режимов работы функциональных элементов радиационного оборудования с точки зрения качества выполняемых работ, временных и финансовых затрат на их выполнение.
    • формирование научно обоснованного доказательства, что радиационно-технологический процесс проведен в соответствии с действующими международными и региональными стандартами.

    Решение этих задач экспериментальными методами требуют огромных материальных, временных и трудовых затрат и не может, даже сегодня, обеспечить эффективное использование существующих радиационно-технологических установок.

    3. Компьютерное моделирование радиационно-технологических процессов

    Успех применения ионизирующих излучений в радиационных технологиях в значительной степени зависит от развития компьютерных программ для моделирования процессов облучения на радиационно-технологических линиях.

    Научные исследования в области моделирования радиационно-технологических процессов начатые еще в средине прошлого столетия и по настоящее время активно продолжаются.

    Это связано с тем, что компьютерное моделирование в радиационных технологиях является одним из основным инструментом для:

    • планирования процесса облучения,
    • прогнозирования и расчета заданного профиля распределения поглощенной дозы излучения в облучаемых объектах,
    • поиска оптимальных и безопасных режимов работы,
    • разработки новых методов радиационной обработки и
    • интерпретации экспериментальных результатов.

    Существуют мощные специализированные программные пакеты MCNP, ITS, EGS, GEANT, PENELOPE и др., которые позволяют проводить моделирование транспорта различных видов ионизирующих излучений через вещество. Эти пакеты представляют собой среду разработки, которую можно использовать для создания компьютерных программ под решения различных конкретных ядерно-физических задач, в том числе и в области радиационных технологий.

    С этими пакетами могут работать только коллективы профессионалов, включающие физиков - специалистов в области транспорта ионизирующего излучения через вещество, математиков, программистов и интерпретаторов результатов расчетов.

    Практически отсутствуют компьютерные программы для широкого круга пользователей, работающих в области радиационных технологий, которые не имеют специальной подготовки в области прохождения ионизирующего излучения через вещество и компьютерных технологий.

    Отсутствуют учебники и тренажеры для моделирования процессов облучения на радиационно-технологических линиях для специалистов, работающих на промышленных радиационных установках, а также для студентов.

    4. Информационная система

    Авторами разработана Информационная Система для моделирования процессов облучения на радиационно-технологических линиях, на которых в качестве источников ионизирующего излучения используются пучки электронов (ЕВ), тормозное излучение (X-ray) и гамма излучение (γ-ray) от радиоизотопных источников.

    Информационная Система включает следующие основные компоненты:

    • Радиационно-Технологический Офис (RT-Office), который реализует компьютерные технологии на всех этапах выполнения работ на радиационно-технологических линиях с излучателями электронов, X-ray и γ-ray в диапазоне энергий от 0.02 до 25 МэВ;
    • пакет специализированных прикладных программ для моделирования транспорта электронов, тормозного излучения и гамма квантов через гомогенные и гетерогенные материалы и для решения практических задач в промышленных радиационных технологиях;
    • базы данных с информацией о радиационном оборудовании и особенностях различных радиационно-технологических процессов;
    • интерактивные учебники по моделированию радиационно-технологических процессов;
    • тренажеры для обучения широкого круга специалистов и студентов моделированию радиационно-технологических процессов.

    5. Радиационно-Технологический Офис (RT-Office)

    Радиационно-Технологический Офис (RT-Office) - это специализированное программное обеспечение, которое реализует компьютерные технологии на всех этапах выполнения работ на радиационно-технологических линиях с излучателями: электронов, X-ray и γ-ray. RT-Office это общая программная оболочка, которая обеспечивает гибкое интеллектуальное взаимодействие между специализированными модулями и базами данных для оптимального планирования процесса облучения и контроля его проведения.

    Широкие возможности RT-Office базируются на разработанных:

    • полуэмпирических моделях распределения поглощенной дозы ионизирующего излучения в пространственно-неоднородных объектах, облучаемых сканирующими/стационарными пучками электронов и фотонов;
    • высоко эффективных программах моделирующих методом Монте Карло процессы облучения пространственно-неоднородных объектов;
    • самосогласованных геометрических и физических моделях основных функциональных элементов и режимов облучения реального радиационного оборудования;
    • базах данных о характеристиках оборудования и объектов, используемых в радиационных технологиях;
    • компьютерных методах экспертизы и контроля условий проведения облучения;
    • компьютерных методах представления, анализа и интерпретации расчетных данных;
    • методов валидации теоретических предсказаний на основе сравнения расчетных данных, полученных различными независимыми методами моделирования или/и сравнением с практической дозиметрией.

    На основе модулей RT-Office разработан пакет специализированных прикладных программ для решения практических задач в промышленных радиационных технологиях с излучателями электронов, тормозного излучения и гамма излучения от радионуклидного источника Co60.

    Эти программы верифицированы методом сравнения результатов моделирования с практической дозиметрией, апробированы и протестированы для разных радиационно-технологических процессах.

    6.Основные проблемные задачи в радиационных технологиях, решаемые RT-Office

    6.1. Задачи компьютерной дозиметрии:

    Прогнозирование и расчет 3-х мерных распределений поглощенной дозы в гетерогенных мишенях, облучаемых на радиационном оборудовании:

    • для разных видов излучения: пучки электронов (ЕВ), тормозное излучение (X-ray) и гамма излучение от радиоизотопных источников (γ-ray);
    • облучение мишени в стационарном режиме и на конвейерной линии;
    • для разных способов облучения мишени: одно-, двух-, четырех - стороннее и много-стороннее (вращательное);
    • одно- и много-проходовое облучения мишени.

    6.2. Задачи оптимизации процесса облучения:

    Компоновка облучаемой мишени, расположение элементов радиационного оборудования, способы и параметры облучения для получения заданного распределения профиля поглощенной дозы в мишени.

    Выбор оптимальных параметров процесса облучения мишени, которые обеспечивают для разных видов излучения (ЕВ, X-ray и γ-ray) и способов облучения:

    • максимальное значение коэффициента использования пучка излучения;
    • приемлемый уровень неоднородности поглощенной дозы в облучаемой мишени для конкретного радиационно-технологического процесса;
    • максимальный выход обрабатываемой облучением продукции.

    6.3. Расчет характеристик различных радиационно-стимулированных эффектов, сопровождающих процесс облучения

    На основании полученного профиля поглощенной дозы в облучаемой мишени рассчитывают:

    • пространственное распределение заряда;
    • пространственное распределение температурного перегрева в мишени и оценки интегральных характеристик теплопереноса для процесса остывания облученных объектов в термостабильной внешней среде;
    • уровень стерильности и стерилизационную дозу в процессе радиационной стерилизации.

    6.4. Представление, анализ и интерпретация результатов компьютерного моделирования, сравнение результатов компьютерной и практической дозиметрии

    6.5. Оптимизационные задачи при проектировании и запуске в эксплуатацию нового радиационного оборудования и новых радиационно-технологических процессов

    7. Перспективы развития Информационной Технологии

    Интегрирование методов компьютерного моделирования в международные стандарты сопровождения промышленных радиационных технологий. Разработка компьютерных алгоритмов и программного обеспечения для поддержки и развития международных стандартов, которые содержат:

    • требования по обеспечению проведения конкретных радиационно- технологических процессов в регламентированных условиях;
    • требования по обеспечению дозиметрического контроля;
    • требования по обеспечению контроля качества облучаемой продукции.

    Наличие программного обеспечения к стандарту наряду с "бумажным" вариантом будет расширять функциональные возможности таких стандартов.

    Список международных стандартов, для которых разработано и разрабатывается программное обеспечение:

    EN/ISO 11137:2006. Sterilization of health care products.

    Part 1: Requirement for development, validation and routine control of a sterilization process for medical devices

    Part 2: Establishing the sterilization dose

    Part 3: Guidance on dosimetric aspects

    ISO/ASTM 51649:2002 "Practice for Dosimetry in an Electron Beam Facility for Radiation Processing at Energies Between 300 keV and 25 MeV"

    A Code of Practice. "Radiation Sterilization of Tissue Allografts: Requirements for Validation and Routine Control."// IAEA, VIENA, 2007.

    ASTM 2303:2003. Standard Guide for Absorbed-Dose Mapping in Radiation Processing Facilities

    ISO/ASTM 51608, Practice for Dosimetry in an X-ray (Bremsstrahlung) Facility for Radiation Processing

    ISO/ASTM 51702, Practice for Dosimetry in a Gamma Irradiation Facility for Radiation Processing

    8. Международное сотрудничество

    Авторы принимает участие в Европейском Региональном Проекте технического и научного сотрудничества PER/8/010 «Методы контроля качества и методики проведения радиационных технологий». Проект организован и координируется Международным Агентством по Атомной Энергии (МАГАТЭ) в рамках международного сотрудничества и европейской интеграции.

    В проекте принимают участие специалисты и эксперты в области радиационных технологий с Австрии, Болгарии, Венгрии, Германии, Испании, Италии, Словакии, Сербии, Румынии, Польши, Турции, России, Молдовы, Казахстана, Украины, и др. Европейских стран.

    В рамках проекта неоднократно читались лекции по компьютерному моделированию радиационно-технологических процессов в радиационных центрах разных стран.

    Проведено 2 Европейских Региональных Тренинг Курса в Польше и Украине по компьютерному моделированию радиационно-технологических процессов на основе пучков ускоренных электронов, тормозного излучения и потоков гамма излучения от радионуклидных источников.

    В настоящее время «Пакетом прикладных программ RT-Office» пользуются в промышленных радиационно-технологических центрах более чем в 20 странах Европы, США, Азии и Африки.

    9. Образование

    Пакет прикладных программ RT-Office используется для обучения магистров в Харьковском Национальном Университете им. В. Н. Каразина на факультетах компьютерных наук и физико-техническом.

    Вверх...

    Copyright © radtech.univer.kharkov.ua 2012-2013
    ХНУ им. В.Н. Каразина, факультет компьютерных наук