СПОСОБ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ПЕРЕМЕЩАЮЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ И ПОРТАЛЬНЫЙ РАДИАЦИОННЫЙ МОНИТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR RADIATION MONITORING MOVING OBJECTS AND PORTAL RADIATION MONITOR FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к области радиационного контроля и преимущественно может быть использовано для обнаружения радиоактивных материалов на основании регистрации испускаемого гамма-излучения при их несанкционированном перемещении через контрольно-пропускные пункты предприятий, организаций и служб.
Среди способов обнаружения радиоактивных материалов известен способ мониторирования перемещающихся объектов на предмет обнаружения делящихся ядерных материалов (RU 2150127 С1, 2000), который предусматривает задание требуемого уровня вероятности ложной тревоги, регистрацию и подсчет фоновых нейтронов, вычисление среднего за время экспозиции количества зарегистрированных фоновых нейтронов, регистрацию и подсчет нейтронов за время экспозиции при наличии объекта в зоне контроля, вычисление порогового значения для количества зарегистрированных нейтронов при наличии объекта в зоне контроля на основании требуемого уровня вероятности ложной тревоги, сравнение количества зарегистрированных нейтронов при наличии объекта в зоне контроля с вычисленным пороговым значением и формирование сигнала тревоги на основании результата сравнения. Однако способы обнаружения делящихся материалов, которые основаны на регистрации испускаемых этими материалами нейтронов и к которым относится данный известный способ, на практике дают возможность обнаруживать только некоторые виды редко используемых в промышленности делящихся материалов, обладающих достаточно значительной массой, но не позволяют обнаруживать подобные материалы, имеющие массу от единиц до десятков грамм.
Известны также способ выявления источников ионизирующего излучения движущегося объекта (RU 2094821 С1, 1997), способ радиационного контроля сырья и материалов в транспортных средствах (RU 2142145 С1, 1999), а также способ, осуществленный в устройстве для обнаружения радиоактивных материалов (RU 2129289 С1, 1999), которые основаны на регистрации гамма-излучения и в общей для них части предусматривают измерение потока фонового гамма-излучения, определение факта появления контролируемого объекта в зоне контроля с помощью датчика присутствия, например, в виде регистратора инфракрасного излучения, испускаемого контролируемым объектом, измерение потока гамма-излучения при расположении контролируемого объекта в зоне контроля, сравнение измеренного потока гамма-излучения с потоком фонового гамма-излучения и принятие решения о наличии на контролируемом предмете радиоактивных материалов при превышении измеренным потоком гамма-излучения потока фонового гамма-излучения. Использование в данных известных способах радиационного контроля регистрации гамма-излучения позволяет производить обнаружение делящихся материалов, которые имеют массу, равную десяткам грамм.
Указанные известные способы обеспечивают обнаружение радиоактивных материалов в случае, если контролируемый объект перемещается через зону контроля в соответствии с установленными правилами, но не позволяют обнаруживать перемещение через зону контроля радиоактивных материалов в случае умышленного нарушения контролируемым объектом указанных правил. Так, например, пропуск радиоактивных материалов при использовании данных способов может происходить в случае умышленного ускоренного передвижения контролируемого объекта через зону контроля или броска контейнера с радиоактивным материалом через зону контроля, что приводит к уменьшению времени нахождения радиоактивного материала в зоне контроля и вызывает уменьшение количества зарегистрированных гамма-квантов, которое в этом случае не превысит установленного для него порогового значения, заданного в соответствии с номинальным значением времени нахождения радиоактивного материала в зоне контроля. Кроме того, поскольку пороговое значение для количества гамма-квантов, зарегистрированных при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля, устанавливается на основании количества предварительно зарегистрированных фоновых гамма-квантов, умышленное длительное нахождение контролируемого объекта с радиоактивным материалом или контейнера с радиоактивным материалом вблизи зоны контроля приводит к увеличению количества регистрируемых устройством фоновых гамма-квантов и вследствие этого к повышению установленного порогового значения, что при перемещении радиоактивного материала через зону контроля даже в соответствии с установленными правилами может привести к пропуску этого материала.
И, наконец, при осуществлении указанных известных способов гамма-кванты, зарегистрированные после срабатывания датчика присутствия, относят к гамма-квантам, испущенным контролируемым объектом. При этом расстояние от детекторов гамма-излучения до контролируемого объекта, на котором происходит срабатывание датчика присутствия, определяется чувствительностью этого датчика и величиной потока инфракрасного излучения, испускаемого контролируемым объектом. В связи с этим, поскольку значение временного интервала регистрации гамма-излучения при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля имеет фиксированную величину, при начале регистрации гамма-излучения на значительном расстоянии контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения доля испускаемых контролируемым объектом гамма-квантов, регистрируемых детекторами гамма-излучения, оказывается малой, в результате чего повышается вероятность пропуска при обнаружении радиоактивных материалов.
Подобное явление наблюдается и при срабатывании датчика присутствия на достаточно близком расстоянии контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения, в результате чего значительная доля испущенных контролируемым объектом гамма-квантов до момента срабатывания датчика присутствия будет зарегистрирована детекторами гамма-излучения, но ошибочно отнесена к фоновым гамма-квантам. В результате этого будет необоснованно завышено пороговое значение для зарегистрированных гамма-квантов, что может привести к пропуску радиоактивного материала при его обнаружении. При этом ввиду фиксированного значения временного интервала регистрации гамма-излучения при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля подсчет гамма-квантов будет происходить и на значительном удалении контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения при его выходе из зоны контроля, когда из-за большого расстояния доля регистрируемых гамма-квантов оказывается достаточно малой. Это также вызывает повышение вероятности пропуска радиоактивного материала.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу радиационного контроля перемещающихся объектов является способ, осуществленный в известном портальном радиационном мониторе (RU 2191408 С1, 2002), используемом для регистрации радиоактивных излучений при перемещении через него движущимися объектами ядерных материалов и радиационно-опасных веществ. Данный способ, являющийся ближайшим аналогом, предусматривает регистрацию фоновых гамма-квантов, по меньшей мере, двумя детекторами гамма-излучения, установленными в стойках портала, измерение потока фонового гамма-излучения, определение факта появления контролируемого объекта в зоне контроля с помощью датчика присутствия, регистрацию гамма-квантов, по меньшей мере, двумя детекторами гамма-излучения, установленными в стойках портала, при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля, измерение потока гамма-излучения при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля, сравнение измеренного потока гамма-излучения с потоком фонового гамма-излучения и принятие решения о наличии на контролируемом предмете радиоактивных материалов при превышении измеренным потоком гамма-излучения потока фонового гамма-излучения.
При осуществлении данного способа, являющегося ближайшим аналогом, гамма-кванты, зарегистрированные после срабатывания датчика присутствия, воспринимаются как гамма-кванты, испущенные контролируемым объектом, а расстояние от детекторов гамма-излучения до контролируемого объекта, на котором происходит срабатывание датчика присутствия, определяется чувствительностью этого датчика и величиной потока инфракрасного излучения, испускаемого контролируемым объектом. Поэтому, как и в случае осуществления перечисленных выше способов аналогичного назначения, из-за фиксированной величины значения временного интервала регистрации гамма-излучения при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля, в случае начала регистрации гамма-излучения на значительном расстоянии контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения доля испускаемых контролируемым объектом гамма-квантов, регистрируемых детекторами гамма-излучения, оказывается малой, в результате чего повышается вероятность пропуска при обнаружении радиоактивных материалов.
Аналогичное происходит и при срабатывании датчика присутствия на достаточно близком расстоянии контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения, когда значительная доля испущенных контролируемым объектом гамма-квантов до момента срабатывания датчика присутствия будет зарегистрирована детекторами гамма-излучения, но ошибочно отнесена к фоновым гамма-квантам. В результате этого будет необоснованно завышено пороговое значение для зарегистрированных гамма-квантов, что может привести к пропуску радиоактивного материала при его обнаружении. Кроме того, вследствие фиксированного значения временного интервала регистрации гамма-излучения при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля подсчет гамма-квантов будет происходить и на значительном удалении контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения при его выходе из зоны контроля, когда из-за большого расстояния доля регистрируемых гамма-квантов оказывается достаточно малой. Это также вызывает повышение вероятности пропуска радиоактивного материала.
Эти же причины приводят к увеличению минимальной массы радиоактивного материала, которую с заданными вероятностями пропуска и ложной тревоги позволяет обнаружить способ, являющийся ближайшим аналогом.
Как и при осуществлении перечисленных выше способов аналогичного назначения, выбранный за ближайший аналог способ обеспечивает обнаружение радиоактивных материалов в случае, если контролируемый объект перемещается через зону контроля в соответствии с установленными правилами. В случае умышленного нарушения контролируемым объектом указанных правил при осуществлении указанного способа не удается обеспечить достоверного обнаружения радиоактивных материалов, перемещаемых через зону контроля. Во-первых, пропуск радиоактивных материалов может происходить в случае умышленного ускоренного передвижения контролируемого объекта через зону контроля или осуществления им броска контейнера с радиоактивным материалом через зону контроля, что приводит к уменьшению времени нахождения радиоактивного материала в зоне контроля и вызывает уменьшение количества зарегистрированных гамма-квантов, которое в этом случае не превысит установленного для него порогового значения, заданного в соответствии с номинальным значением времени нахождения радиоактивного материала в зоне контроля. Кроме того, поскольку пороговое значение для количества гамма-квантов, зарегистрированных при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля, устанавливается на основании количества предварительно зарегистрированных фоновых гамма-квантов, умышленное длительное нахождение контролируемого объекта с радиоактивным материалом вблизи зоны контроля или контейнера с радиоактивным материалом, оставленным вблизи зоны контроля, приводит к увеличению количества регистрируемых устройством фоновых гамма-квантов и вследствие этого к повышению установленного порогового значения, что при перемещении радиоактивного материала через зону контроля даже в соответствии с установленными правилами может привести к пропуску этого материала.
Поэтому недостатками известного способа, выбранного за ближайший аналог, являются существенное значение минимальной массы радиоактивного материала, которую при его осуществлении можно обнаружить, а также достаточно высокая вероятность пропуска радиоактивного материала, в особенности, в условиях умышленного противодействия контролируемого объекта.
Среди устройств для обнаружения радиоактивных материалов известно устройство для обнаружения ядерных материалов при несанкционированном перемещении их отдельными лицами через контролируемое пространство (RU 3832 U1, 1997), которое содержит двухстоечный портал, размещенные в портале блоки детектирования гамма-излучения, сигнализаторы присутствия лиц в контролируемом пространстве, металлодетектор и аппаратуру обработки информации и сигнализации.
Известно также устройство для обнаружения радиоактивных материалов (RU 2129289 С1, 1999), которое содержит блок детектирования гамма-излучения, блок детектирования нейтронного излучения, датчик присутствия в виде регистратора инфракрасного излучения объекта контроля, датчик вскрытия, контроллер, блок сигнализации, блок электропитания, аккумулятор и пульт управления.
Данные известные устройства обеспечивают регистрацию фонового гамма-излучения при отсутствии контролируемого объекта в зоне контроля, регистрацию гамма-излучения при нахождении контролируемого объекта и принятие решения о наличии на контролируемом предмете радиоактивных материалов в случае превышения количеством гамма-квантов, зарегистрированных при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля, установленного для него порогового значения, заданного на основании количества предварительно зарегистрированных фоновых гамма-квантов и номинального времени нахождения контролируемого объекта в зоне контроля.
Поэтому указанные известные устройства обеспечивают обнаружение радиоактивных материалов в случае, если контролируемый объект перемещается через зону контроля в соответствии с установленными правилами, но не позволяют обнаруживать перемещение через зону контроля радиоактивных материалов в случае умышленного нарушения контролируемым объектом указанных правил. Так, например, пропуск радиоактивных материалов данными устройствами может происходить в случае умышленного ускоренного передвижения самого контролируемого объекта или броска контейнера с радиоактивным материалом через зону контроля, что приводит к уменьшению времени нахождения радиоактивного материала в зоне контроля и вызывает уменьшение количества зарегистрированных устройством гамма-квантов, которое в этом случае не превысит установленного для него порогового значения, заданного в соответствии с номинальным значением времени нахождения радиоактивного материала в зоне контроля. Кроме того, поскольку пороговое значение для количества гамма-квантов, зарегистрированных при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля, устанавливается на основании количества предварительно зарегистрированных фоновых гамма-квантов, умышленное длительное нахождение контролируемого объекта с радиоактивным материалом или контейнера с радиоактивным материалом вблизи зоны контроля приводит к увеличению количества регистрируемых устройством фоновых гамма-квантов и вследствие этого к повышению установленного порогового значения, что при перемещении радиоактивного материала через зону контроля даже в соответствии с установленными правилами может привести к пропуску этого материала.
И, наконец, при использовании указанных известных устройств гамма-кванты, зарегистрированные после срабатывания датчика присутствия, относят к гамма-квантам, испущенным контролируемым объектом. При этом расстояние от детекторов гамма-излучения до контролируемого объекта, на котором происходит срабатывание датчика присутствия, определяется его чувствительностью и величиной потока инфракрасного излучения, испускаемого контролируемым объектом. В связи с этим, поскольку значение временного интервала регистрации гамма-излучения при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля имеет фиксированную величину, при начале регистрации гамма-излучения на значительном расстоянии контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения доля испускаемых контролируемым объектом гамма-квантов, регистрируемых детекторами гамма-излучения, оказывается малой, в результате чего повышается вероятность пропуска при обнаружении радиоактивных материалов.
Подобное явление наблюдается и при срабатывании датчика присутствия на достаточно близком расстоянии контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения, в результате чего значительная доля испущенных контролируемым объектом гамма-квантов до момента срабатывания датчика присутствия будет зарегистрирована детекторами гамма-излучения, но ошибочно отнесена к фоновым гамма-квантам. В результате этого будет необоснованно завышено пороговое значение для зарегистрированных гамма-квантов, что может привести к пропуску радиоактивного материала при его обнаружении. При этом ввиду фиксированного значения временного интервала регистрации гамма-излучения при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля подсчет гамма-квантов будет происходить и на значительном удалении контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения при его выходе из зоны контроля, когда из-за большого расстояния доля регистрируемых гамма-квантов оказывается достаточно малой. Это также вызывает повышение вероятности пропуска радиоактивного материала.
Наиболее близким по конструкции к заявляемому портальному радиационному монитору следует считать портальный радиационный монитор (RU 2191408 С1, 2002), который содержит двухстоечный портал, размещенные в портале сцинтилляционные детекторы гамма-излучения, размещенные в портале датчики обнаружения объекта, спектрометрические усилители, аналого-цифровые преобразователи, блок световой и звуковой сигнализации и персональный компьютер в составе системного блока и дисплея.
Данный портальный радиационный монитор, выбранный за ближайший аналог, как и все перечисленные выше известные устройства аналогичного назначения, обеспечивает регистрацию фонового гамма-излучения при отсутствии контролируемого объекта в зоне контроля, регистрацию гамма-излучения при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля и принятие решения о наличии на контролируемом предмете радиоактивных материалов в случае превышения количеством гамма-квантов, зарегистрированных при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля, установленного для него порогового значения, заданного на основании количества предварительно зарегистрированных фоновых гамма-квантов и номинального времени нахождения контролируемого объекта в зоне контроля.
В данном портальном радиационном мониторе гамма-кванты, зарегистрированные после срабатывания датчика присутствия, воспринимаются как гамма-кванты, испущенные контролируемым объектом, а расстояние от створа монитора и, следовательно, детекторов гамма-излучения до контролируемого объекта, на котором происходит срабатывание датчика присутствия, определяется чувствительностью этого датчика и величиной потока инфракрасного излучения, испускаемого контролируемым объектом. Поэтому, как и в случае использования перечисленных выше устройств аналогичного назначения, из-за фиксированной величины значения временного интервала регистрации гамма-излучения при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля, в случае начала регистрации гамма-излучения на значительном расстоянии контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения доля испускаемых контролируемым объектом гамма-квантов, регистрируемых детекторами гамма-излучения, оказывается малой, в результате чего повышается вероятность пропуска при обнаружении радиоактивных материалов.
Аналогичное происходит и при срабатывании датчика присутствия на достаточно близком расстоянии контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения, когда значительная доля испущенных контролируемым объектом гамма-квантов до момента срабатывания датчика присутствия будет зарегистрирована детекторами гамма-излучения, но ошибочно отнесена к фоновым гамма-квантам. В результате этого будет необоснованно завышено пороговое значение для зарегистрированных гамма-квантов, что может привести к пропуску радиоактивного материала при его обнаружении. Кроме того, вследствие фиксированного значения временного интервала регистрации гамма-излучения при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля подсчет гамма-квантов будет происходить и на значительном удалении контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения при его выходе из зоны контроля, когда из-за большого расстояния доля регистрируемых гамма-квантов оказывается достаточно малой. Это также вызывает повышение вероятности пропуска радиоактивного материала.
Эти же причины приводят к увеличению минимальной массы радиоактивного материала, которую портальный радиационный монитор позволяет обнаружить с заданными вероятностями пропуска и ложной тревоги.
Как и при использовании перечисленных выше устройств аналогичного назначения, портальный радиационный монитор, выбранный за ближайший аналог, обеспечивает обнаружение радиоактивных материалов в случае, если контролируемый объект перемещается через зону контроля в соответствии с установленными правилами. В случае умышленного нарушения контролируемым объектом указанных правил портальный радиационный монитор не позволяет обеспечить достоверного обнаружения радиоактивных материалов, перемещаемых через зону контроля. Во-первых, пропуск радиоактивных материалов может происходить в случае умышленного ускоренного передвижения контролируемого объекта через зону контроля или осуществления им броска контейнера с радиоактивным материалом через зону контроля, что приводит к уменьшению времени нахождения радиоактивного материала в зоне контроля и вызывает уменьшение количества зарегистрированных портальным радиационным монитором гамма-квантов, которое в этом случае не превысит установленного для него порогового значения, заданного в соответствии с номинальным значением времени нахождения радиоактивного материала в зоне контроля. Кроме того, поскольку пороговое значение для количества гамма-квантов, зарегистрированных при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля, устанавливается на основании количества предварительно зарегистрированных фоновых гамма-квантов, умышленное длительное нахождение контролируемого объекта с радиоактивным материалом вблизи зоны контроля или контейнера с радиоактивным материалом, оставленным вблизи зоны контроля, приводит к увеличению количества регистрируемых устройством фоновых гамма-квантов и вследствие этого к повышению установленного порогового значения, что при перемещении радиоактивного материала через зону контроля даже в соответствии с установленными правилами может привести к пропуску этого материала.
Поэтому недостатками известного портального радиационного монитора, выбранного за ближайший аналог, являются существенное значение минимальной массы радиоактивного материала, которое монитор способен обнаружить, а также достаточно высокая вероятность пропуска радиоактивного материала, в особенности, в условиях умышленного противодействия контролируемого объекта его функционированию.
Задачами настоящего изобретения являются уменьшение минимальной обнаруживаемой массы радиоактивного материала, а также снижение вероятности пропуска радиоактивного материала, в том числе, и в условиях умышленного противодействия контролируемого объекта.
п
y
п
y
п
y
п
y
Поставленные задачи решаются, согласно настоящему изобретению, во-первых, тем, что способ радиационного контроля перемещающихся объектов, включающий, в соответствии с ближайшим аналогом, регистрацию фоновых гамма-квантов, по меньшей мере, двумя детекторами гамма-излучения, подсчет фоновых гамма-квантов, зарегистрированных за заданный интервал времени, обнаружение контролируемого объекта в зоне контроля, регистрацию гамма-квантов, по меньшей мере, двумя детекторами гамма-излучения при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля, подсчет гамма-квантов, зарегистрированных за заданный интервал времени при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля, сравнение количества гамма-квантов, зарегистрированных за заданный интервал времени при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля, с количеством фоновых гамма-квантов, зарегистрированных за заданный интервал времени, и принятие решения о наличии на контролируемом объекте радиоактивных материалов при превышении количеством гамма-квантов, зарегистрированных за заданный интервал времени при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля, количества фоновых гамма-квантов, зарегистрированных за заданный интервал времени, отличается от ближайшего аналога тем, что после обнаружения контролируемого объекта в зоне контроля определяют момент времени приближения контролируемого объекта к детекторам гамма-излучения на заданное расстояние R, определяют момент времени удаления контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения на заданное расстояние R и регистрацию гамма-квантов при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля осуществляют с момента времени приближения контролируемого объекта к детекторам гамма-излучения на заданное расстояние R до момента времени удаления контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения на заданное расстояние R, причем расстояния R и R задают в соответствии с выражениями R=(0,8-1,2)(H+D) и R=(0,8-1,2)(H+D), где H - высота расположения горизонтальной плоскости, являющейся плоскостью симметрии расположения детекторов гамма-излучения; D - половина расстояния между двумя детекторами гамма-излучения, установленными на одинаковой высоте.
п
y
п
y
При этом в случае наилучшего варианта осуществления способа испускают в зону контроля ультразвуковые колебания, принимают и преобразуют в электрический сигнал отраженные контролируемым объектом ультразвуковые колебания, усиливают электрический сигнал, с помощью полосового частотного фильтра выделяют составляющую электрического сигнала, пропорциональную расстоянию до контролируемого объекта, детектируют и сглаживают упомянутую составляющую электрического сигнала и определяют момент времени приближения контролируемого объекта к детекторам гамма-излучения на заданное расстояние Rи момент времени удаления контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения на заданное расстояние R путем сравнения упомянутой составляющей электрического сигнала, по меньшей мере, с одним пороговым значением, установленным в соответствии со значениями заданного расстояния R и заданного расстояния R.
Также в случае наилучшего варианта осуществления способа испускают в зону контроля ультразвуковые колебания, принимают и преобразуют в электрический сигнал отраженные контролируемым объектом ультразвуковые колебания, усиливают электрический сигнал, с помощью полосового частотного фильтра выделяют составляющую электрического сигнала, пропорциональную скорости движения контролируемого объекта, детектируют и сглаживают упомянутую составляющую электрического сигнала, сравнивают ее с установленным для нее пороговым значением и при превышении упомянутой составляющей электрического сигнала порогового значения принимают решение о нарушении контролируемым объектом правил передвижения через зону контроля.
Кроме того, при наилучшем варианте осуществления способа испускают в зону контроля ультразвуковые колебания, принимают и преобразуют в электрический сигнал отраженные контролируемым объектом ультразвуковые колебания, усиливают электрический сигнал, с помощью полосового частотного фильтра выделяют составляющую электрического сигнала, пропорциональную интенсивности действующей в зоне контроля ультразвуковой помехи, детектируют и сглаживают упомянутую составляющую электрического сигнала и вычитают полученную сглаженную составляющую из электрического сигнала.
В случае наилучшего варианта осуществления способа дополнительно определяют величину интервала между моментами времени формирования электрических сигналов, по меньшей мере, двумя датчиками пересечения, которые выполнены в виде источника оптического излучения и приемника оптического излучения, размещенных напротив друг друга с противоположных сторон по отношению к траектории движения в зоне контроля контролируемого объекта, и установлены в плане на заданном расстоянии, сравнивают полученную величину временного интервала с установленным для него пороговым значением и принимают решение о нарушении контролируемым объектом правил передвижения через зону контроля при превышении пороговым значением величины упомянутого временного интервала, а также измеряют текущее время с момента обнаружения контролируемого объекта в зоне контроля до момента времени формирования электрического сигнала, по меньшей мере, одним датчиком пересечения, сравнивают значение текущего времени с установленным для него пороговым значением и принимают решение о нарушении контролируемым объектом правил передвижения через зону контроля при превышении значением текущего времени установленного для него порогового значения.
п
y
n
y
п
y
п
y
п
y
п
y
Выполнение при осуществлении настоящего способа после обнаружения контролируемого объекта в зоне контроля определения момента времени приближения контролируемого объекта к детекторам гамма-излучения на заданное расстояние R, определения момента времени удаления контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения на заданное расстояние R и осуществления регистрации гамма-квантов при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля с момента времени приближения контролируемого объекта к детекторам гамма-излучения на заданное расстояние R до момента времени удаления контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения на заданное расстояние R(при задании расстояний R и R в соответствии с выражениями R=(0,8-1,2)(H+D) и R=(0,8-1,2)(H+D), где Н - высота расположения горизонтальной плоскости, являющейся плоскостью симметрии расположения детекторов гамма-излучения; D - половина расстояния между двумя детекторами гамма-излучения, установленными на одинаковой высоте), которое достигается, например, в случае наилучшего варианта осуществления способа за счет испускания в зону контроля ультразвуковых колебаний, приема и преобразования в электрический сигнал отраженных контролируемым объектом ультразвуковых колебаний, усиления электрического сигнала, выделения с помощью полосового частотного фильтра составляющей электрического сигнала, пропорциональной расстоянию до контролируемого объекта, детектирования и сглаживания упомянутой составляющей электрического сигнала и определения момента времени приближения контролируемого объекта к детекторам гамма-излучения на заданное расстояние Rи момента времени удаления контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения на заданное расстояние R путем сравнения упомянутой составляющей электрического сигнала, по меньшей мере, с одним пороговым значением, установленным в соответствии со значениями заданного расстояния R и заданного расстояния R, обеспечивает уменьшение минимальной обнаруживаемой массы радиоактивного материала, а также снижение вероятности пропуска радиоактивного материала. Это утверждение подтверждается следующими соображениями.
При разработке данного способа радиационного контроля перемещающихся объектов авторами настоящего изобретения для минимальной активности радиоактивного материала, которую с заданными вероятностями ложной тревоги и пропуска радиоактивного материала настоящий способ и реализующий его портальный радиационный монитор позволяют обнаружить, при использовании, например, двух детекторов гамма-излучения было получено аналитическое выражение следующего вида
а
β
где V - средняя скорость движения контролируемого объекта в зоне контроля; k и k- квантили нормального распределения случайной величины, определяемые заданными допустимыми значениями вероятностей соответственно пропуска радиоактивного материала и ложной тревоги; R - расстояние от контролируемого объекта до детекторов гамма-излучения, на котором начинают и заканчивают регистрацию гамма-квантов при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля; F - количество фоновых гамма-квантов, регистрируемых в секунду; S - площадь поперечного сечения сцинтиллятора детектора гамма-излучения; η - эффективность регистрации гамма-квантов детектором гамма-излучения; Н - высота расположения горизонтальной плоскости, являющейся плоскостью симметрии расположения детекторов гамма-излучения; D - половина расстояния между двумя детекторами гамма-излучения, установленными на одинаковой высоте. Здесь минимальная активность радиоактивного материала выражена в виде количества гамма-квантов, испускаемых им в секунду.
α
β
Данное выражение показывает, что минимальная активность А радиоактивного материала, которую с заданными вероятностями ложной тревоги и пропуска радиоактивного материала настоящий способ и реализующий его портальный радиационный монитор позволяют обнаружить, является функцией расстояния R от контролируемого объекта до детекторов гамма-излучения, на котором начинают и заканчивают регистрацию гамма-квантов при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля. Проведенные авторами изобретения исследования этой функции показали, что она имеет явно выраженный минимум, положение которого зависит только от значений высоты Н расположения горизонтальной плоскости, являющейся плоскостью симметрии расположения детекторов гамма-излучения, и половины D расстояния между двумя детекторами гамма-излучения, установленными на одинаковой высоте. При этом изменение значений остальных входящих в приведенное выражение переменных (V, k, k, F, S и η) вызывает лишь изменение абсолютного значения этого минимума указанной функции, но не приводит к изменению его положения. Проведенные исследования указанной функции на экстремум с помощью дифференцирования ее по расстоянию R от контролируемого объекта до детекторов гамма-излучения, на котором начинают и заканчивают регистрацию гамма-квантов при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля, и приравнивания полученной производной к нулю позволили получить уравнение, которое из-за сложности здесь не приводится и аналитическое решение которого относительно расстояния R авторами настоящего изобретения получить не удалось. Вместе с тем, решения этого уравнения, полученные авторами с использованием численных методов, позволили сделать вывод, что указанная функция имеет минимум при значении расстояния R от контролируемого объекта до детекторов гамма-излучения, на котором начинают и заканчивают регистрацию гамма-квантов при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля, лежащем вблизи значения, равного H+D, где Н - высота расположения горизонтальной плоскости, являющейся плоскостью симметрии расположения детекторов гамма-излучения; D - половина расстояния между двумя детекторами гамма-излучения, установленными на одинаковой высоте. При этом существенное увеличение значения этой функции по сравнению с ее минимальным значением наблюдается при выходе значения расстояния R от контролируемого объекта до детекторов гамма-излучения, на котором начинают и заканчивают регистрацию гамма-квантов при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля, за пределы диапазона от 0,8(H+D) до 1,2(H+D).
п
y
п
y
п
y
п
y
Поэтому определение момента времени приближения контролируемого объекта к детекторам гамма-излучения на заданное расстояние R, определение момента времени удаления контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения на заданное расстояние R и осуществление регистрации гамма-квантов при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля с момента времени приближения контролируемого объекта к детекторам гамма-излучения на заданное расстояние R до момента времени удаления контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения на заданное расстояние R (при задании расстояний Rи R в соответствии с выражениями R=(0,8-1,2)(H+D) и R=(0,8-1,2)(H+D), где Н -высота расположения горизонтальной плоскости, являющейся плоскостью симметрии расположения детекторов гамма-излучения; D - половина расстояния между двумя детекторами гамма-излучения, установленными на одинаковой высоте), обеспечивает снижение минимальной массы радиоактивного материала, которую способ позволяет обнаружить.
Такой наиболее рациональный выбор момента начала регистрации гамма-квантов при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля предотвращает регистрацию гамма-излучения на значительном расстоянии контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения, когда доля испускаемых контролируемым объектом гамма-квантов, регистрируемых детекторами гамма-излучения, оказывается малой, в результате чего снижается вероятность пропуска радиоактивных материалов.
Эта же причина предотвращает начало регистрации гамма-квантов на достаточно близком расстоянии контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения, когда значительная доля испущенных контролируемым объектом гамма-квантов до момента начала регистрации могла бы быть зарегистрирована детекторами гамма-излучения и при этом ошибочно отнесена к фоновым гамма-квантам, что предохраняет от необоснованного повышения пороговое значение для зарегистрированных гамма-квантов, вызывая снижение вероятности пропуск радиоактивного материала. По этой же причине не происходит подсчет гамма-квантов и на значительном удалении контролируемого объекта от детекторов гамма-излучения при его выходе из зоны контроля, когда из-за большого расстояния доля регистрируемых гамма-квантов оказывается достаточно малой, что также вызывает снижение вероятности пропуска радиоактивного материала.
Использование при наилучшем варианте осуществления настоящего способа испускания в зону контроля ультразвуковых колебаний, приема и преобразования в электрический сигнал отраженных контролируемым объектом ультразвуковых колебаний, усиления электрического сигнала, выделения с помощью полосового частотного фильтра составляющей электрического сигнала, пропорциональной скорости движения контролируемого объекта, детектирования и сглаживания упомянутой составляющей электрического сигнала, сравнения ее с установленным для нее пороговым значением и при превышении упомянутой составляющей электрического сигнала порогового значения принятия решения о нарушении контролируемым объектом правил передвижения через зону контроля позволяет сравнить скорость движения контролируемого объекта с ее максимально допустимым значением, установленным правилами передвижения контролируемого объекта через зону контроля. Это позволяет выявить факт умышленного нарушения контролируемым объектом указанных правил, который связан с попыткой осуществления им броска контейнера с радиоактивным материалом через зону контроля, что приводит к уменьшению времени нахождения радиоактивного материала в зоне контроля и вызывает уменьшение количества зарегистрированных гамма-квантов. Выявление подобного факта обеспечивает снижение вероятности пропуска радиоактивного материала.
Выполнение при наилучшем варианте осуществления способа испускания в зону контроля ультразвуковых колебаний, приема и преобразования в электрический сигнал отраженных контролируемым объектом ультразвуковых колебаний, усиления электрического сигнала, выделения с помощью полосового частотного фильтра составляющей электрического сигнала, пропорциональной интенсивности действующей в зоне контроля ультразвуковой помехи, детектирования и сглаживания упомянутой составляющей электрического сигнала и вычитания полученной сглаженной составляющей из электрического сигнала обеспечивает дополнительное снижение вероятности пропуска радиационного материала в условиях действия в зоне контроля ультразвуковых помех. Такие помехи могут возникать, например, при работе вблизи зоны контроля электрических машин, например, систем вентиляции и кондиционирования, а также электрического инструмента. Указанные выше действия, выполняемые при осуществлении настоящего способа, обеспечивают выделение электрического сигнала ультразвуковой помехи и вычитание его постоянной составляющей, частично компенсируя влияние подобной помехи на результаты регистрации расстояния до контролируемого объекта и его скорости.
Использование в случае наилучшего варианта осуществления изобретения определения величины интервала между моментами времени формирования электрических сигналов, по меньшей мере, двумя датчиками пересечения, которые выполнены в виде источника оптического излучения и приемника оптического излучения, размещенных напротив друг друга с противоположных сторон по отношению к траектории движения в зоне контроля контролируемого объекта, и установлены в плане на заданном расстоянии, сравнения полученной величины временного интервала с установленным для него пороговым значением и принятия решения о нарушении контролируемым объектом правил передвижения через зону контроля при превышении пороговым значением величины упомянутого временного интервала позволяет на основании известного заданного расстояния между датчиками пересечения и полученного временного интервала оценить скорость перемещения контролируемого объекта через зону контроля и сравнить ее с максимально допустимым значением, определяемым установленными правилами передвижения в зоне контроля. Это позволяет установить факт умышленного ускоренного передвижения контролируемого объекта через зону контроля, что снижает вероятность пропуска радиационных материалов.
Измерение текущего времени с момента обнаружения контролируемого объекта в зоне контроля до момента времени формирования электрического сигнала, по меньшей мере, одним датчиком пересечения, сравнение значения текущего времени с установленным для него пороговым значением и принятие решения о нарушении контролируемым объектом правил передвижения через зону контроля при превышении значением текущего времени установленного для него порогового значения дает возможность установить факт умышленного длительного нахождения контролируемого объекта с радиоактивным материалом вблизи зоны контроля с целью увеличения количества регистрируемых фоновых гамма-квантов, что при перемещении радиоактивного материала через зону контроля даже в соответствии с установленными правилами может привести к пропуску этого материала. Установление такого факта умышленного нарушения правил передвижения через зону контроля обеспечивает снижение вероятности пропуска радиационного материала.
Отмеченное свидетельствует о решении декларированных выше задач настоящего изобретения благодаря наличию заявляемого способа радиационного контроля перемещающихся объектов перечисленных выше отличительных признаков.
Поставленные задачи решаются, согласно настоящему изобретению, во-вторых, также тем, что портальный радиационный монитор, содержащий, в соответствии с ближайшим аналогом, двухстоечный портал, размещенные в портале контроллер с подключенным к нему блоком сигнализации, по меньшей мере, два детектора гамма-излучения с подключенными к ним последовательно соединенными усилителем и аналого-цифровым преобразователем, подключенным к входу контроллера, и датчик обнаружения объекта, отличается от ближайшего аналога тем, что он снабжен последовательно соединенными усилителем сигнала обнаружения объекта, первым детектором, первым сглаживающим фильтром и блоком обнаружения объекта и регистрации расстояния, подключенным выходом к входу контроллера, причем датчик обнаружения объекта выполнен в виде источника и приемника ультразвуковых колебаний, а вход усилителя сигнала обнаружения объекта подключен к выходу приемника ультразвуковых колебаний.
При этом портальный радиационный монитор может быть снабжен блоком автоматической регулировки усиления, подключенным входом к выходу первого сглаживающего фильтра, а усилитель сигнала обнаружения объекта выполнен с возможностью регулировки его коэффициента усиления и его вход регулировки усиления подключен к выходу блока автоматической регулировки усиления.
Блок обнаружения объекта и регистрации расстояния портального радиационного монитора может содержать последовательно соединенные первый полосовой частотный фильтр, второй детектор, второй сглаживающий фильтр и пороговое устройство регистрации расстояния с пороговым уровнем, равным значению электрического сигнала на его входе при нахождении контролируемого объекта на заданном расстоянии от детекторов гамма-излучения, равном (0,8-1,2)(H+D), где Н - высота расположения горизонтальной плоскости, являющейся плоскостью симметрии расположения детекторов гамма-излучения; D - половина расстояния между двумя детекторами гамма-излучения, установленными на одинаковой высоте.
Портальный радиационный монитор может быть снабжен блоком регистрации скорости объекта, содержащим последовательно соединенные второй полосовой частотный фильтр, третий детектор, третий сглаживающий фильтр и пороговое устройство регистрации скорости, причем вход второго полосового частотного фильтра и выход порогового устройства регистрации скорости подключены соответственно к выходу первого сглаживающего фильтра и входу контроллера.
Портальный радиационный монитор может быть снабжен блоком регистрации помехи, содержащим последовательно соединенные третий полосовой частотный фильтр, четвертый детектор и четвертый сглаживающий фильтр, причем вход третьего полосового частотного фильтра подключен к выходу первого сглаживающего фильтра, а выход четвертого сглаживающего фильтра подключен к входам первого и второго полосовых частотных фильтров.
Портальный радиационный монитор может быть снабжен установленными в створе двухстоечного портала в одной горизонтальной плоскости на заданном расстоянии друг от друга, по меньшей мере, двумя датчиками пересечения, каждый их которых выполнен в виде размещенных на противоположных стойках портала напротив друг друга источника оптического излучения и приемника оптического излучения, и, по меньшей мере, двумя цепями, содержащими последовательно соединенные усилитель сигнала пересечения и пороговое устройство сигнала пересечения, причем вход усилителя сигнала пересечения подключен к выходу приемника оптического излучения, а выход порогового устройства сигнала пересечения подключен к входу контроллера.
Снабжение портального радиационного монитора последовательно соединенными усилителем сигнала обнаружения объекта, первым детектором, первым сглаживающим фильтром и блоком обнаружения объекта и регистрации расстояния, подключенным выходом к входу контроллера, когда датчик обнаружения объекта выполнен в виде источника и приемника ультразвуковых колебаний, а вход усилителя сигнала обнаружения объекта подключен к выходу приемника ультразвуковых колебаний, когда при наилучшем варианте исполнения монитора его блок обнаружения объекта и регистрации расстояния содержит последовательно соединенные первый полосовой частотный фильтр, второй детектор, второй сглаживающий фильтр и пороговое устройство регистрации расстояния с пороговым уровнем, который равен значению электрического сигнала на его входе при нахождении контролируемого объекта на заданном расстоянии от детекторов гамма-излучения, равном (0,8-1,2)(H+D), где Н - высота расположения горизонтальной плоскости, являющейся плоскостью симметрии расположения детекторов гамма-излучения; D - половина расстояния между двумя детекторами гамма-излучения, установленными на одинаковой высоте; обеспечивает уменьшение минимальной массы радиоактивного материала, которую монитор способен обнаружить, а также снижение вероятности пропуска радиоактивного материала. Это подтверждается следующими соображениями.
п
y
Во-первых, авторами настоящего изобретения было установлено, что при начале и окончании регистрации гамма-излучения, испускаемого контролируемым объектом, на заданных расстояниях от створа портального радиационного монитора, в плоскости которого установлены детекторы гамма-излучения, до контролируемого объекта соответственно при его входе в зону контроля и при выходе из нее существуют для заданного расположения используемых в портальном радиационном мониторе детекторов гамма-излучения такие значения этих расстояний, при которых с заданными вероятностями пропуска и ложной тревоги обеспечивается обнаружение радиационного материала наименьшей массы. Как это было подробно описано при раскрытии сущности заявляемого способа радиационного контроля перемещающихся объектов, значения этих расстояний лежат в диапазонах соответственно R=(0,8-1,2)(H+D) и R=(0,8-1,2)(H+D), где Н -высота расположения горизонтальной плоскости, являющейся плоскостью симметрии расположения детекторов гамма-излучения; D - половина расстояния между двумя детекторами гамма-излучения, установленными на одинаковой высоте. В связи с этим, задание для порогового устройства регистрации расстояния порогового уровня, предварительно вычисленного для указанных значений этих расстояний с учетом коэффициента передачи электронного тракта от приемника ультразвуковых колебаний до второго сглаживающего фильтра включительно или установленного опытным путем, позволяет осуществлять регистрацию гамма-излучения, испускаемого контролируемым объектом, с момента времени, когда контролируемый предмет приблизился к створу монитора на указанное заданное расстояние, до момента времени, когда контролируемый объект, пройдя створ монитора, удалился от него на заданное расстояние. В результате этого портальный радиационный монитор с заданными вероятностями пропуска и ложной тревоги обеспечивает на практике обнаружение минимальной массы радиационного материала, которую он способен обнаружить.
Во-вторых, это предотвращает регистрацию гамма-излучения на значительном расстоянии контролируемого объекта от створа монитора как при входе контролируемого объекта в зону контроля, так и при выходе из нее, когда доли испускаемых контролируемым объектом гамма-квантов, регистрируемых детекторами гамма-излучения, из-за значительного расстояния оказываются малыми. Это приводит к увеличению количества зарегистрированных гамма-квантов, испущенных контролируемым предметом, и поэтому уменьшает вероятность пропуска радиоактивного материала. Кроме того, это препятствует ошибочному отнесению зарегистрированных гамма-квантов, испущенных находящимся на близком расстоянии контролируемым предметом, к числу фоновых гамма-квантов, что предотвращает необоснованное завышение порогового значения для зарегистрированных гамма-квантов и связанное с этим увеличение вероятности пропуска радиоактивного материала.
Снабжение портального радиационного монитора при наилучшем, по мнению авторов изобретения, варианте его исполнения блоком автоматической регулировки усиления, подключенным входом к выходу первого сглаживающего фильтра, выполнение усилителя сигнала обнаружения объекта с возможностью регулировки его коэффициента усиления и подключение его входа регулировки усиления к выходу блока автоматической регулировки усиления также обеспечивает дополнительное уменьшение минимальной массы радиоактивного материала, которую монитор способен обнаружить, а также снижение вероятности пропуска радиоактивного вещества. Это объясняется тем, что использование автоматической регулировки усиления позволяет частично скомпенсировать изменения сигнала обнаружения объекта, которые вызваны изменением таких параметров воздуха зоны контроля, в котором распространяются ультразвуковые колебания, как, например, температура, давление и влажность, а также поддерживать постоянную составляющую сигнала обнаружения объекта в середине его динамического диапазона. Поэтому результаты определения момента приближения и удаления контролируемого объекта на заданные расстояния путем сравнения в первом пороговом устройстве сигнала обнаружения объекта с установленным пороговым уровнем будут в меньшей степени зависеть от параметров воздуха зоны контроля.
Снабжение портального радиационного монитора при наилучшем, по мнению авторов изобретения, варианте его исполнения блоком регистрации скорости объекта, содержащим последовательно соединенные второй полосовой частотный фильтр, третий детектор, третий сглаживающий фильтр и пороговое устройство регистрации скорости, когда вход второго полосового частотного фильтра и выход порогового устройства регистрации скорости подключены соответственно к выходу первого сглаживающего фильтра и входу контроллера, также дополнительно обеспечивает снижение вероятности пропуска радиоактивного вещества в условиях умышленного противодействия контролируемого объекта функционированию портального радиационного монитора. Это объясняется тем, что снабжение портального радиационного монитора указанными блоками позволяет выделить из сигнала обнаружения объекта составляющую, пропорциональную скорости движения объекта, и при превышении этой составляющей порогового уровня порогового устройства регистрации скорости установить факт нарушения контролируемым объектом правил передвижения в зоне контроля, которое заключается в попытке осуществления им броска контейнера с радиоактивным материалом через зону контроля.
Кроме того, снабжение портального радиационного монитора при наилучшем варианте его выполнения установленными в створе двухстоечного портала в одной горизонтальной плоскости на заданном расстоянии друг от друга, по меньшей мере, двумя датчиками пересечения, каждый их которых выполнен в виде размещенных на противоположных стойках портала напротив друг друга источника оптического излучения и приемника оптического излучения, и, по меньшей мере, двумя цепями, содержащими последовательно соединенные усилитель сигнала пересечения и пороговое устройство сигнала пересечения, когда вход усилителя сигнала пересечения подключен к выходу приемника оптического излучения, а выход порогового устройства сигнала пересечения подключен к входу контроллера, также обеспечивает снижение вероятности пропуска радиоактивного вещества в условиях умышленного противодействия контролируемого объекта функционированию портального радиационного монитора.
Во-первых, это связано с тем, что в случае установления факта нарушения правил передвижения контролируемого объекта в зоне контроля по результатам сравнения с пороговым уровнем порогового устройства регистрации скорости составляющей сигнала обнаружения объекта, пропорциональной скорости его движения, на основании отсутствия сигнала пересечения створа, формируемого приемником оптического излучения, возникает возможность подтвердить, что был осуществлен бросок контейнера с радиоактивным материалом через зону контроля.
Во-вторых, в случае превышения сигналом обнаружения объекта порогового уровня в пороговом устройстве регистрации расстояния, но отсутствия сигнала пересечения створа с приемника оптического излучения это позволяет выявить несанкционированное передвижение какого-либо лица в зоне контроля, что может быть связано с попыткой его пересечь зону контроля в обход створа монитора или с попыткой обеспечить повышение фонового гамма-излучения в зоне контроля за счет укрытия в ней радиационного материала, планируемого для последующего несанкционированного выноса.
И, в-третьих, это позволяет на основании известного заданного расстояния между датчиками пересечения и полученного временного интервала между электрическими сигналами, формируемыми этими датчиками при пересечении контролируемым объектом створа монитора, оценить скорость перемещения контролируемого объекта через зону контроля и сравнить ее с максимально допустимым значением, определяемым установленными правилами передвижения в зоне контроля. Это позволяет установить факт умышленного ускоренного передвижения контролируемого объекта через зону контроля, что снижает вероятность пропуска радиационных материалов.
Снабжение портального радиационного монитора при наилучшем варианте его выполнения блоком регистрации помехи, содержащим последовательно соединенные третий полосовой частотный фильтр, четвертый детектор и четвертый сглаживающий фильтр, когда вход третьего полосового частотного фильтра подключен к выходу первого сглаживающего фильтра, а выход четвертого сглаживающего фильтра подключен к входам первого и второго полосовых частотных фильтров, обеспечивает дополнительное снижение вероятности пропуска радиационного материала в условиях действия в зоне контроля ультразвуковых помех. Такие помехи могут возникать, например, при работе вблизи зоны контроля электрических машин, например, систем вентиляции и кондиционирования, а также электрического инструмента. Входящий в состав портального радиационного монитора блок регистрации помехи обеспечивает выделение из сигнала обнаружения объекта сигнала ультразвуковой помехи и вычитание его постоянной составляющей в первом и втором полосовых фильтрах из сигнала обнаружения объекта, частично компенсируя влияние подобной помехи на результаты обнаружения контролируемого объекта и регистрации его скорости.
Отмеченное свидетельствует о решении декларированных выше задач настоящего изобретения благодаря наличию у портального радиационного монитора перечисленных выше отличительных признаков.
На фиг.1 показана структурная электрическая схема наилучшего, по мнению авторов настоящего изобретения, варианта исполнения портального радиационного монитора, позволяющего осуществить заявляемый способ радиационного контроля перемещающихся объектов и являющегося предметом настоящего изобретения, для случая использования двух детекторов гамма-излучения, где 1 - портал, 2 и 3 - соответственно первый и второй детекторы гамма-излучения, 4 - источник ультразвуковых колебаний, 5 - приемник ультразвуковых колебаний, 6 и 7 - соответственно первый и второй датчики пересечения, 8 - блок обнаружения объекта и регистрации расстояния, 9 - блок регистрации скорости объекта, 10 - блок регистрации помехи, 11 и 12 - соответственно первый и второй усилители детектора, 13 и 14 - соответственно первый и второй аналого-цифровые преобразователи, 15 и 16 - соответственно первый и второй усилители сигнала пересечения, 17 - усилитель сигнала обнаружения объекта, 18 - блок автоматической регулировки усиления, 19, 20, 21 и 22 - соответственно первый, второй, третий и четвертый детекторы, 23, 24, 25 и 26 - соответственно первый, второй, третий и четвертый сглаживающие фильтры, 27, 28 и 29 - соответственно первый, второй и третий полосовые частотные фильтры, 30 - пороговое устройство регистрации расстояния, 31 - пороговое устройство регистрации скорости, 32 и 33 - соответственно первое и второе пороговые устройства сигнала пересечения, 34 - контроллер и 35 - блок сигнализации.
На фиг.2 показано размещение в портале радиационного монитора двух детекторов гамма-излучения и положение для этого случая горизонтальной плоскости, являющейся плоскостью симметрии расположения детекторов гамма-излучения, где 36 - горизонтальная плоскость, являющаяся плоскостью симметрии расположения детекторов гамма-излучения.
На фиг.3 показано размещение в портале радиационного монитора четырех детекторов гамма-излучения и положение для этого случая горизонтальной плоскости, являющейся плоскостью симметрии расположения детекторов гамма-излучения.
На фиг.4 показано размещение в портале радиационного монитора шести детекторов гамма-излучения и положение для этого случая горизонтальной плоскости, являющейся плоскостью симметрии расположения детекторов гамма-излучения.
На фиг.5 показано размещение в портале радиационного монитора восьми детекторов гамма-излучения и положение для этого случая горизонтальной плоскости, являющейся плоскостью симметрии расположения детекторов гамма-излучения.
a
β
-4
-1
2
5
1
На фиг.6 приведена графическая зависимость минимальной активности А радиоактивного материала, которую с заданными вероятностями ложной тревоги и пропуска радиоактивного материала настоящий способ и реализующий его портальный радиационный монитор позволяют обнаружить при использовании двух детекторов гамма-излучения, от расстояния R от контролируемого объекта до детекторов гамма-излучения, на котором начинают и заканчивают регистрацию гамма-квантов при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля. Данная зависимость получена для значений средней скорости движения контролируемого объекта в зоне контроля V=2 м/с, квантилей нормального распределения случайной величины k≅4 и k≅1,64, определяемых заданными допустимыми значениями вероятности пропуска радиоактивного материала, равной 0,05, и вероятности ложной тревоги, равной 10, количества фоновых гамма-квантов, регистрируемых в секунду, F=500 с, площади поперечного сечения сцинтиллятора детектора гамма-излучения S=0,016 м, эффективности регистрации гамма-квантов детектором гамма-излучения η=0,64, высоты расположения горизонтальной плоскости 36 (см. фиг.2-5), являющейся плоскостью симметрии расположения детекторов гамма-излучения, Н=1 м и половины расстояния между двумя детекторами гамма-излучения, установленными на одинаковой высоте, D=0,5 м. Здесь минимальная активность радиоактивного материала выражена в виде количества гамма-квантов, испускаемых им в секунду, и ее минимальное значение, равное А=1,38·10 с-, достигается при значении расстояния R от контролируемого объекта до детекторов гамма-излучения, на котором начинают и заканчивают регистрацию гамма-квантов при нахождении контролируемого объекта в зоне контроля, равном 1,6 м, то есть R=1,067(H+D).
Портальный радиационный монитор, который позволяет осуществить заявляемый способ радиационного контроля перемещающихся объектов и является предметом настоящего изобретения, содержит (см. фиг.1) портал 1, который имеет две стойки с проходом между ними для обеспечения возможности передвижения по нему контролируемого объекта и в котором размещены все остальные элементы портального радиационного монитора. В стойках портала 1 установлены первый и второй детекторы гамма-излучения 2 и 3, каждый из которых содержит неорганический сцинтиллятор на основе йодистого натрия, активированного таллием, и находящийся с ним в оптическом контакте фотоэлектронный умножитель. По мнению авторов настоящего изобретения, предпочтительным является использование четного количества детекторов гамма-излучения, на практике, например, от двух до восьми, половина из которых размещена в одной стойке портала 1, а другая половина - в другой (см. фиг.2-5). На наружной поверхности портала 1 установлен датчик обнаружения объекта, который выполнен в виде источника 4 ультразвуковых колебаний, выполненного с возможностью испускания ультразвуковых колебаний с частотой, например, 40 кГц, и согласованного с ним по чувствительности и частотным свойствам приемника 5 ультразвуковых колебаний. В створе портала 1 установлены два датчика пересечения, то есть первый и второй датчики 6 и 7 пересечения, каждый из которых выполнен в виде размещенных на противоположных стойках портала 1 напротив друг друга источника оптического излучения (на фиг.1 не виден, но размещен на правой стойке портала 1), выполненного с возможностью испускания оптического излучения, например, ближнего инфракрасного диапазона спектра, и приемника оптического излучения, согласованного по характеристикам спектральной чувствительности с источником оптического излучения. Первый и второй датчики 6 и 7 пересечения установлены в одной горизонтальной плоскости на заданном расстоянии друг от друга.
Портальный радиационный монитор содержит последовательно соединенные первый усилитель 11 детектора, вход которого подключен к выходу первого детектора 2 гамма-излучения, и первый аналого-цифровой преобразователь 13, а также последовательно соединенные второй усилитель 12 детектора, вход которого подключен к выходу второго детектора 3 гамма-излучения, и второй аналого-цифровой преобразователь 14. Портальный радиационный монитор содержит последовательно соединенные первый усилитель 15 сигнала пересечения, подключенный входом к выходу первого датчика 6 пересечения, и первое пороговое устройство 32 сигнала пересечения, а также последовательно соединенные второй усилитель 16 сигнала пересечения, подключенный входом к выходу второго датчика 7 пересечения, и второе пороговое устройство 33 сигнала пересечения.
Портальный радиационный монитор содержит последовательно соединенные усилитель 17 сигнала обнаружения объекта, вход которого соединен с выходом приемника 5 ультразвуковых колебаний, первый детектор 19 и первый сглаживающий фильтр 23, выход которого подключен к входам блока 8 обнаружения объекта и регистрации расстояния, блока 9 регистрации скорости объекта и блока 10 регистрации помехи, а также блок 18 автоматической регулировки усиления, подключенный входом к выходу первого сглаживающего фильтра 23, а выходом к входу усилителя 17 сигнала обнаружения объекта. Блок 8 обнаружения объекта и регистрации расстояния содержит последовательно соединенные первый полосовой частотный фильтр 27, подключенный входом к выходу первого сглаживающего фильтра 23 и имеющий полосу пропускания от 75 Гц до 3,5 кГц, второй детектор 20, второй сглаживающий фильтр 24 и пороговое устройство 30 регистрации расстояния. Пороговое устройство 30 регистрации расстояния имеет пороговый уровень, который равен значению электрического сигнала на его входе при нахождении контролируемого объекта на заданном расстоянии от детекторов гамма-излучения, равном (0,8-1,2)(H+D), где Н - высота расположения горизонтальной плоскости 36, являющейся плоскостью симметрии расположения детекторов гамма-излучения; D - половина расстояния между двумя детекторами гамма-излучения, установленными на одинаковой высоте (см. фиг.2). При этом наилучший результат достигается, когда указанное расстояние равно H+D. Блок 9 регистрации скорости объекта содержит последовательно соединенные второй полосовой частотный фильтр 28, подключенный входом к выходу первого сглаживающего фильтра 23 и имеющий полосу пропускания от 3,6 до 12 кГц, третий детектор 21, третий сглаживающий фильтр 25 и пороговое устройство 31 регистрации скорости. Пороговое устройство 31 регистрации скорости имеет пороговый уровень, который равен значению электрического сигнала на его входе при максимальном значении скорости контролируемого объекта, разрешенном правилами передвижения через зону контроля. Блок 10 регистрации помехи содержит последовательно соединенные третий полосовой частотный фильтр 29, подключенный входом к выходу первого сглаживающего фильтра 23 и имеющий полосу пропускания от 15 до 60 кГц, четвертый детектор 22 и четвертый сглаживающий фильтр 26, подключенный выходом к входам первого и второго полосовых частотных фильтров 27 и 28. Кроме того, портальный радиационный монитор содержит контроллер 34 и подключенный к его выходу блок 35 сигнализации, выполненный с возможностью осуществления световой и звуковой сигнализации, причем входы контроллера 34 соединены с выходами первого и второго аналого-цифровых преобразователей 13 и 14, а также с выходами порогового устройства 30 регистрации расстояния, порогового устройства 31 регистрации скорости, первого порогового устройства 32 сигнала пересечения и второго порогового устройства 33 сигнала пересечения. В качестве контроллера 34 могут быть использованы микро-ЭВМ или системный блок персонального компьютера.
Портальный радиационный монитор, который позволяет осуществить заявляемый способ и является предметом настоящего изобретения, работает следующим образом.
При включении портального радиационного монитора подается напряжение питания на все его узлы. В результате этого источник 4 ультразвуковых колебаний испускает в пространство зоны контроля ультразвуковые колебания, а источники оптического излучения первого и второго датчиков 6 и 7 пересечения формируют пучки света, которые распространяются в створе портала 1 в направлении приемников оптического излучения соответственно первого и второго датчиков 6 и 7 пересечения и падают на их чувствительные поверхности.
При отсутствии контролируемого объекта в зоне контроля в сцинтилляторы первого и второго детекторов 2 и 3 гамма-излучения попадают фоновые гамма-кванты и вызывают в них световые вспышки, световой поток от которых падает на фотокатоды фотоэлектронных умножителей первого и второго детекторов 2 и 3 гамма-излучения, в результате чего происходит преобразование гамма-квантов в электрические импульсы с амплитудой, пропорциональной энергиям гамма-квантов. Электрические импульсы от гамма-квантов с выходов первого и второго детекторов 2 и 3 гамма-излучения после усиления соответственно первым и вторым усилителями 11 и 12 детектора поступают соответственно на первый и второй аналого-цифровые преобразователи 13 и 14, которые осуществляют преобразование амплитуд этих электрических импульсов в цифровые коды, поступающие в контроллер 34. Контроллер 34 путем сравнения цифровых кодов с установленными верхним и нижним пороговыми значениями выделяет импульсы от гамма-квантов, значения энергии которых лежат в заданном диапазоне, определяемом энергиями испускаемых контролируемыми радиационными материалами гамма-квантов, и подсчитывает количество зарегистрированных гамма-квантов, относя их к фоновым гамма-квантам, поскольку на вход контроллера 34 не поступает сигнала обнаружения контролируемого объекта с порогового устройства 30 регистрации расстояния блока 8 обнаружения объекта и регистрации расстояния. В результате деления количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов на интервал времени их регистрации контроллер 34 определяет среднее число фоновых гамма-квантов, зарегистрированных в единицу времени, и на основании среднего числа фоновых гамма-квантов, зарегистрированных в единицу времени, определяет пороговое значение для количества гамма-квантов, регистрируемых при нахождении контролируемого предмета в зоне контроля, которое необходимо для принятия решения о наличии на нем радиационных материалов. Сигнал тревоги на блок 35 сигнализации контроллером 34 в этом состоянии не выдается.
При появлении контролируемого объекта в зоне контроля отраженные от него ультразвуковые колебания распространяются к приемнику 5 ультразвуковых колебаний, который преобразует их в электрический сигнал обнаружения объекта, который после усиления усилителем 17 сигнала обнаружения объекта, детектирования первым детектором 19 и сглаживания пульсаций первым сглаживающим фильтром 23 поступает на входы блока 18 автоматической регулировки усиления, первого полосового частотного фильтра 27 блока 8 обнаружения объекта и регистрации расстояния, второго полосового частотного фильтра 28 блока 9 регистрации скорости объекта и третьего полосового частотного фильтра 29 блока 10 регистрации помехи. При этом блок 18 автоматической регулировки усиления изменяет коэффициент усиления усилителя 17 сигнала обнаружения объекта для поддержания постоянной составляющей сигнала обнаружения объекта в середине его динамического диапазона, обеспечивая частичную компенсацию изменения сигнала обнаружения объекта, которая вызвана изменением таких параметров воздуха зоны контроля, в котором распространяются ультразвуковые колебания, как, например, температура, давление и влажность.
Первый полосовой частотный фильтр 27 благодаря выбранной для него полосе пропускания выделяет из сигнала обнаружения объекта те его гармонические составляющие, амплитуда которых пропорциональна расстоянию до контролируемого объекта. После детектирования этих гармонических составляющих сигнала вторым детектором 20 и сглаживания пульсаций вторым сглаживающим фильтром 24 сигнал поступает в пороговое устройство 30 регистрации расстояния, пороговый уровень которого соответствует такому заданному расстоянию до приближающегося контролируемого объекта, начиная с которого необходимо осуществление регистрации гамма-квантов, испускаемых контролируемым объектом. При этом указанное заданное расстояние выбрано для данных количества используемых детекторов гамма-излучения и их размещения таким, которое обеспечивает обнаружение портальным радиационным монитором радиоактивного материала минимальной массы.
В это время первый и второй детекторы 2 и 3 гамма-излучения, как это было рассмотрено выше, продолжают регистрацию уже не только фоновых гамма-квантов, но и гамма-квантов от контролируемого предмета. Информация о количестве зарегистрированных гамма-квантов аналогичным образом накапливается в контроллере 34. При приближении контролируемого объекта к порталу 1 на заданное расстояние, равное, например, H+D, сигнал на входе порогового устройства 30 регистрации расстояния превысит его пороговый уровень, в результате чего по сигналу с порогового устройства 30 регистрации расстояния контроллер 34 начинает подсчитывать количество зарегистрированных гамма-квантов, относя их к гамма-квантам от контролируемого объекта.
По мере движения контролируемого объекта через портал 1 он пересекает его створ и своим телом последовательно во времени экранирует пучки света, падающие от источников оптического излучения на чувствительные поверхности приемников оптического излучения первого и второго датчиков 6 и 7 пересечения. Приемники оптического излучения первого и второго датчиков 6 и 7 пересечения преобразуют вызванное этим экранированием изменение падающего светового потока в электрический сигнал, который после усиления соответственно первым и вторым усилителями 15 и 16 сигнала пересечения поступают соответственно в первое и второе пороговые устройства 32 и 33 сигнала пересечения. При превышении этим сигналом пороговых уровней первого и второго пороговых устройств 32 и 33 сигнала пересечения они последовательно во времени, в соответствии с перемещением контролируемого объекта, формируют выходные сигналы, поступающие в контроллер 34. В соответствии с последовательностью поступления этих сигналов контроллер 34 определяет направление движения данного контролируемого объекта и использует эту информацию для подсчета количества контролируемых объектов, прошедших через портальный радиационный монитор в ту или другую сторону. Кроме того, контроллер 34 определяет значение временного интервала между моментами поступления этих сигналов и на основании известного расстояния между приемниками оптического излучения первого и второго датчиков 6 и 7 пересечения определяет скорость движения контролируемого объекта через портал 1. Затем контроллер 34 сравнивает полученное значение скорости контролируемого объекта с хранящимся в его запоминающем устройстве максимально допустимым значением скорости, равным, например, 1,4-1,7 м/с и установленным в соответствии с правилами передвижения в зоне контроля и в случае превышения им этого максимально допустимого значения формирует и передает сигнал тревоги на блок 35 сигнализации, который звуковой и световой сигнализацией оповещает о нарушении правил передвижения в зоне контроля, связанном с ускоренным передвижением через портал 1.
По мере удаления контролируемого объекта, прошедшего через портал 1, сигнал на входе порогового устройства 30 регистрации расстояния уменьшается. Когда контролируемый объект удалится от створа портала 1 на расстояние, равное H+D, этот сигнал станет меньше порогового уровня порогового устройства 30 регистрации расстояния, сигнал на его выходе исчезнет, в результате чего контроллер 34 прекращает подсчет гамма-квантов, зарегистрированных при нахождении контролируемого предмета в зоне контроля, и сравнивает подсчитанное количество гамма-квантов с вычисленным ранее на основании регистрации фоновых гамма-квантов пороговым значением. В случае превышения подсчитанным количеством гамма-квантов вычисленного ранее порогового значения контроллер 34 передает на блок 35 сигнализации сигнал тревоги, который оповещает световой и звуковой сигнализацией о проносе через портал 1 радиоактивного материала. В противном случае сигнал тревоги не формируется и на блок 35 сигнализации не передается.
Блок 35 сигнализации также оповещает о возможных несанкционированных действиях контролируемого объекта в зоне контроля по сигналу тревоги с контроллера 34 в случае, если в течение заданного интервала времени после поступления в контроллер 34 сигнала с порогового устройства 30 регистрации расстояния, свидетельствующего о присутствии контролируемого объекта в зоне контроля, в контроллер 34 не поступили сигналы с первого и второго датчиков 6 и 7 пересечения, подтверждающие пересечение створа портала 1. Такие несанкционированные действия контролируемого объекта могут быть направлены на то, чтобы преодолеть зону контроля, обойдя портал 1, или могут иметь целью обеспечить снижение чувствительности портального радиационного монитора за счет повышения порогового значения для количества зарегистрированных гамма-квантов вследствие, например, размещения на некоторое время в зоне контроля или вблизи нее контейнера с радиоактивным материалом, имитирующим повышение интенсивности фонового гамма-излучения.
Одновременно второй полосовой частотный фильтр 28 благодаря выбранной для него полосе пропускания выделяет из сигнала обнаружения объекта те его гармонические составляющие, амплитуда которых пропорциональна скорости перемещения контролируемого объекта. После детектирования этих гармонических составляющих сигнала третьим детектором 21 и сглаживания пульсаций третьим сглаживающим фильтром 25 сигнал поступает на пороговое устройство 31 регистрации скорости, пороговый уровень которого соответствует максимальной разрешенной скорости движения контролируемого объекта через зону контроля, равной, например, 1,4-1,7 м/с. Если пороговый уровень сигналом не превышен, второе пороговое устройство не срабатывает и не подает сигнал на контроллер 34. В этом случае портальный радиационный монитор функционирует, как это было описано выше.
Если сигнал на входе порогового устройства 31 регистрации скорости превышает его пороговый уровень, что свидетельствует о превышении контролируемым объектом максимальной разрешенной скорости движения в зоне контроля, пороговое устройство 31 регистрации скорости срабатывает, формируя на входе контроллера 34 соответствующий сигнал. В результате этого контроллер 34 формирует и передает на блок 35 сигнализации сигнал тревоги, свидетельствующий о возможной попытке осуществления контролируемым объектом броска контейнера с радиационным материалом через зону контроля. Блок 35 сигнализации соответствующим образом оповещает световой и звуковой сигнализацией о нарушении правил передвижения через зону контроля.
В случае действия в зоне контроля ультразвуковой помехи, вызванной, например, функционированием электрических машин систем вентиляции и кондиционирования, средств уборки помещений или электроинструмента третий полосовой частотный фильтр 29 благодаря выбранной для него полосе пропускания выделяет из сигнала обнаружения объекта гармонические составляющие, обусловленные ультразвуковой помехой. После детектирования этих гармонических составляющих сигнала четвертым детектором 22 и сглаживания пульсаций четвертым сглаживающим фильтром 26 этот сигнал постоянной составляющей ультразвуковой помехи поступает на входы первого полосового частотного фильтра 27 и второго полосового частотного фильтра 28, где вычитается из сигнала обнаружения объекта, частично компенсируя влияние ультразвуковой помехи на результаты обнаружения контролируемого объекта, а также регистрации его скорости и расстояния до него.
Таким образом, способ радиационного контроля перемещающихся объектов и портальный радиационный монитор для его осуществления, являющиеся предметами настоящего изобретения, обеспечивают уменьшение минимальной обнаруживаемой массы радиоактивного материала, а также снижение вероятности пропуска радиоактивного материала, в том числе, и в условиях умышленного противодействия контролируемого объекта.