ПЕШЕХОДНЫЙ РАДИАЦИОННЫЙ МОНИТОР

Изобретение относится к области обнаружения радиоактивных ядерных материалов и предназначено для обнаружения источников гамма- или гамма-нейтронного излучения, несанкционированно перемещаемых пешеходами в ручной клади, грузах и багаже через контролируемое пространство (проходные и контрольно-пропускные пункты объектов народно-хозяйственного назначения) и выработки сигнала оповещения при обнаружении ядерных материалов и/или радиоактивных веществ.
Из уровня техники известен монитор радиационный портальный (свидетельство РФ №9318 на полезную модель, опубл. 16.02.1999), предназначенный для определения наличия и вероятного расположения источника ионизирующего излучения в движущемся объекте (человеке). Монитор позволяет обнаружить источники гамма- и нейтронного излучения и содержит две измерительные колонны с детектирующими модулями и соединенный с колоннами блок электроники. Детектирующие модули, в качестве которых использованы детекторы фотонов и нейтронов, распределены по длине и высоте колонн, при этом по высоте они расположены с частичным перекрытием в средней части колонн и большим количеством детектирующих модулей в нижней части колонн по сравнению с верхней. Детекторы фотонов распределены по длине каждой из измерительных колонн в порядке чередования с детекторами нейтронов, а в каждой из измерительных колонн расположены три детектора фотонов, один детектор фотонов размещен в верхней части колонны по середине ее длины, а два других - в нижней части по краям длины колонны. По утверждению авторов технического решения именно такая геометрия размещения детекторов в данном мониторе позволяет с достаточной степенью точности обнаружить источник ионизирующего излучения и определить его вероятное расположение в движущемся объекте. Однако для повышения чувствительности монитора и точности обнаружения источника излучения, в мониторе предполагается использование большого числа детектирующих модулей, что значительно усложняет его конструктивное выполнение и повышает стоимость устройства.
Для обнаружения гамма- и нейтронного излучения предназначен также пешеходный портальный радиационный монитор по свидетельству РФ №20590 на полезную модель «Пешеходный портальный радиационный монитор» (опубл. 10.11.2001). Этот монитор содержит портал, состоящий из двух стоек, соединенных в их верхней части перекрытием и образующих зону контроля, блоки детектирования гамма-излучения и блоки детектирования потоков нейтронных частиц, блок сигнализации, датчики наличия объекта, контроллер и порог с весовым датчиком.
Монитор, по сравнению с вышеописанным устройством, имеет улучшенные характеристики: более высокую обнаружительную способность за счет включение в его состав датчиков наличия объекта в зоне контроля и, кроме того, обеспечивает возможность оповещения в случае, когда через монитор одновременно передвигаются два пешехода и более, что выполняется за счет весового датчика, предусмотренного в конструкции монитора, который также установлен в зоне контроля. И, хотя, помимо датчика наличия объекта в зоне контроля присутствует еще и весовой датчик, такие меры недостаточны для решения проблемы повышения обнаружительной способности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является пешеходный радиационный монитор «Дозор», разработанный ОАО НТЦ «Ядерно-физические исследования» (http://www.yafi.ru). Монитор представляет собой две измерительные колонны, которые установлены друг напротив друга и образуют зону контроля объекта и которые защищены от несанкционированного вскрытия специальными датчиками - датчиками несанкционированного доступа. Для регистрации факта наличия объекта измерения в контролируемом пространстве, монитор оснащен системой контроля присутствия, выполненной на основе инфракрасных или ультразвуковых датчиков. В состав радиационного монитора входят также система измерения уровня излучения в зоне контроля, которая может быть выполнена либо на основе блоков детектирования гамма- и блоков детектирования нейтронного излучения, либо только на основе блоков детектирования гамма-излучения. Монитор содержит также систему световой и звуковой сигнализации, которая может включать блок световой и звуковой индикации и блок световой индикации, и выносной блок индикации. Данная система предназначена для отображения информации о состоянии монитора и о факте обнаружения источников излучения. Конструкцию монитора дополняет блок управления, который выполнен на основе контроллера и который обрабатывает информацию об уровне излучения, поступающую с блоков детектирования и управляет системой световой и звуковой сигнализации. Признак наличия или отсутствия объекта измерения в зоне контроля поступает в контроллер от системы контроля присутствия. В контроллер также поступают сигналы от датчиков несанкционированного доступа.
Все перечисленные существенные признаки есть и в предлагаемом техническом решении.
Недостатками известного устройства является неоптимальное, с точки зрения обнаружительной способности монитора, расположение блоков детектирования системы измерения уровня излучения. Дело в том, что блоки детектирования гамма-излучения расположены в параллельных плоскостях установленных напротив друг друга
измерительных колонн монитора перекрестие по отношению друг к другу. При таком расположении расстояние между блоками детектирования излучения одного типа больше, чем при расположении друг напротив друга, происходит увеличение времени измерения, что приводит к ухудшению соотношения эффект/фон, и, следовательно, к снижению обнаружительной способности устройства. Кроме того, в устройстве не предусмотрена возможность определения присутствия объекта детектирования вблизи зоны контроля, а точнее, на регламентированном расстоянии до колонн монитора. Это приводит к невозможности учета ослабления уровня излучения в непосредственной близости от зоны контроля. В результате повышается частота ложных срабатываний и снижается достоверность результатов обнаружения.
Из уровня техники по патенту РФ №2384865 известен портальный радиационный монитор, который может быть использован для обнаружения радиоактивных материалов на основании регистрации испускаемого гамма-излучения при их несанкционированном перемещении через контрольно-пропускные пункты предприятий, организаций и служб.
Монитор включает две измерительные колонны, установленные друг напротив друга и образующие зону контроля объекта, и систему измерения уровня излучения в зоне контроля, которая содержит блоки детектирования гамма-излучения, причем указанные блоки установлены в противостоящих измерительных колоннах напротив друг друга. Кроме того, в состав радиационного монитора входят система контроля присутствия объекта, включающая, по меньшей мере, один датчик присутствия объекта в зоне контроля, система световой и звуковой сигнализации и блок управления, через который система световой и звуковой сигнализации связана с указанными датчиками, системой измерения уровня излучения в зоне контроля и системой контроля присутствия объекта. Недостатком данного технического решения является то, что этот монитор позволяет контролировать пространство (зону контроля), ограниченное только створом портала и определенным расстоянием, которое задается посредством порогового устройства регистрации расстояния от и до створа портала. И, хотя, по сравнению с монитором «Дозор», это устройство позволяет контролировать зону, ограниченную не только створом портала, но и заранее определенным пространством до и после створа, в устройстве нет технических средств, позволяющих учитывать влияние объекта на уровень фона в зоне контроля монитора, когда данный объект находится вне определенной, заранее заданной зоны контроля, что может оказывать значительное влияние на ложное срабатывание монитора. Кроме того, это устройство обладает недостаточной обнаружительной способностью в отношении источников гамма-нейтронного излучения, поскольку не позволяет выполнять регистрацию нейтронного излучения, что приводит к ухудшению обнаружительной способности монитора.
Таким образом, общим недостатком всех перечисленных технических решений является недостаточно совершенный контроль обнаружения источников ионизирующих излучений, а также повышенная частота ложных срабатываний.
Предлагаемое техническое решение предназначено для устранения выше перечисленных недостатков и решения следующих технических задач: повышение достоверности обнаружения объекта измерения и снижения частоты ложных срабатываний.
Для решения данных технических задач предлагается пешеходный радиационный монитор, который включает две измерительные колонны, установленные друг напротив друга и образующие зону контроля объекта, систему измерения уровня излучения в зоне контроля, которая содержит блоки детектирования гамма-излучения, которые установлены в противостоящих измерительных колоннах напротив друг друга, систему контроля присутствия объекта, включающую, по меньшей мере, один датчик присутствия объекта в зоне контроля, систему световой и звуковой сигнализации и блок управления, через который система световой и звуковой сигнализации связана с системой измерения уровня излучения в зоне контроля и системой контроля присутствия объекта. Согласно заявляемому техническому решению в систему контроля присутствия объекта дополнительно введен, по меньшей мере, один датчик наличия объекта на регламентированном расстоянии от зоны контроля, а система измерения уровня излучения дополнительно включает блоки детектирования нейтронного излучения.
Кроме того, в системе контроля присутствия в качестве датчика присутствия может быть использован инфракрасный, или ультразвуковой, или емкостной датчики, а в качестве датчика наличия объекта на регламентированном расстоянии от зоны контроля также могут быть использованы инфракрасный, или ультразвуковой, или емкостной датчики.
Помимо этого, для оперативного оповещения о текущей ситуации система световой и звуковой индикации включает устройство световой и звуковой индикации, установленное на колонне, и выносной блок индикации, имеющие светодиодные индикаторы, отображающие режимы работы монитора, при этом выносной блок индикации содержит звуковой излучатель.
Кроме того, блок управления выполнен в виде контроллера, имеющего энергонезависимую память, информационные и релейные выходы для подключения персонального компьютера и/или включения монитора в информационно-управляющую систему радиационного контроля.
Отличительными признаками предлагаемого технического решения от известного являются следующие: в систему контроля присутствия объекта дополнительно введен, по меньшей мере, один датчик наличия объекта на регламентированном расстоянии от зоны контроля, а система измерения уровня излучения дополнительно включает блоки детектирования нейтронного излучения.
Благодаря наличию данных отличительных признаков в совокупности с известными из наиболее близкого аналога, достигаются следующие технические результаты:
- ввод в систему контроля присутствия, по меньшей мере, одного датчика наличия объекта на регламентированном расстоянии от зоны контроля позволяет расширить контролируемое пространство и, по сути, разделить его на непосредственно зону контроля, как таковую, и регламентированную зону, фиксация присутствия объекта измерения (пешехода) в которой позволяет учитывать его влияние на изменение уровня фонового излучения;
- ввод в систему измерения уровня излучения блоков детектирования нейтронного излучения приводит к повышению обнаружителыгой способности монитора в отношении источников гамма-нейтронного излучения.
Сущность заявляемой полезной модели и возможность технической реализации поясняется примером конкретного выполнения, проиллюстрированного фиг.1 и 2.
На фиг.1 изображена общая схема монитора.
На фиг.2 изображена схема размещения блоков детектирования системы измерения уровня излучения в измерительных колоннах монитора (вид сверху):
На фиг.1 и 2 позициями обозначены:
1 - измерительная колонна,
2 - блок детектирования нейтронного излучения,
3 - блок детектирования гамма-излучения,
4 - контроллер,
5 - датчики присутствия объекта в зоне контроля,
6 - датчик наличия объекта на регламентированном расстоянии от зоны контроля,
7 - устройство световой и звуковой индикации,
8 - выносной блок индикации.
Пешеходный радиационный монитор (фиг.1) включает две измерительные колонны 1, установленные напротив друг друга и образующие зону контроля объекта. В колоннах устанавливают свинцовую защиту и полиэтиленовый замедлитель (на чертеже не показаны), в которых размещают, соответственно, блоки детектирования 2 нейтронного излучения и блоки детектирования 3 гамма-излучения, входящие в систему измерения уровня излучения. Блоки детектирования гамма-излучения могут быть реализованы на основе пластического сцинтиллятора, а блоки детектирования нейтронов - на основе Не-3 пропорционального счетчика. Блоки детектировании гамма- и нейтронного излучения размещают в измерительных колоннах так, как показано на фиг.2.
Система контроля присутствия объекта включает датчики 5 присутствия объекта в зоне контроля и датчик 6 наличия объекта на регламентированном расстоянии от зоны контроля, в качестве которых могут быть использованы инфракрасные, ультразвуковые или емкостные датчики.
Для отображения режимов работы и состояния монитор и его составных частей, он оснащен системой световой и звуковой сигнализации, которая включает устройство 7 световой и звуковой индикации, установленное на колонне, и выносной блок 8 индикации, отображающие режимы работы монитора.
Блок управления выполнен в виде контроллера 4, который имеет энергонезависимую память, информационные и релейные выходы для подключения персонального компьютера и/или включения монитора в информационно-управляющую систему радиационного контроля.
Для пояснения работы монитора и выяснения преимуществ заявляемого технического решения по сравнению с ближайшим аналогом, рассмотрим типовой алгоритм работы устройства.
Система измерения уровня излучения осуществляет регистрацию гамма- и нейтронного излучения, определяет скорости счета блоков детектирования 3 и 2 гамма-квантов и нейтронов, а также, в соответствии с заданным алгоритмом, отслеживает изменения уровня фонового излучения и рассчитывает пороговое значение, при превышении которого вырабатывается сигнал тревоги. При срабатывании хотя бы одного датчика 5 присутствия объекта (пешехода, на фиг.1 не показан) в зоне контроля, монитор прекращает определение уровня фонового излучения, фиксирует значение порога и проводит измерение уровня излучения от объекта.
Рассмотрим следующие возможные ситуации:
1. в непосредственной близости от зоны контроля может образоваться скопление пешеходов, ожидающих разрешения на проход, которые могут оказать влияние на уровень фонового излучения в месте расположения блоков детектирования. Если при этом датчики 5 присутствия объекта в зоне контроля еще не срабатывают, монитор продолжает измерять фоновые значения гамма-излучения и адаптировать пороговое значение. В дальнейшем, после прохода пешехода через зону контроля может выработаться ложный сигнал тревоги.
2. объект, находящийся в непосредственной близости от зоны контроля, может иметь повышенный уровень излучения (наличие радиоактивного источника). В таком случае механизм адаптации фона учтет повышение уровня фонового излучения, что приведет к ухудшению обнаружительной способности монитора.
Аналогичные ситуации могут возникнуть и на выходе пешехода из зоны контроля, например, если пешеход останавливается сразу после прохода между колоннами монитора для проверки документов или подходит к монитору, не входя в зону контроля.
Для исключения подобных ситуаций необходимо «запретить» монитору измерение изменений фона и адаптации порога при наличии объекта на регламентированном расстоянии от зоны контроля - там, где заметно влияние на уровень фона в области монитора. Для этого используют датчики 6 наличия объекта на регламентированном расстоянии от зоны контроля. При срабатывании хотя бы одного датчика 6, монитор прекращает адаптацию уровня фонового излучения, фиксирует значение порога. Измерение уровня излучения от объекта начинается при срабатывании хотя бы одного датчика 5 присутствия объекта в зоне контроля, сигнал ложной тревоги не вырабатывается.
Заявляемый пешеходный радиационный монитор создан с использованием известных элементов и устройств. Как показала эксплуатация, монитор позволяет уменьшить число ложных срабатываний монитора путем установки датчиков наличия объекта на регламентированном расстоянии от зоны контроля и повысить его обнаружительную способность путем изменения схемы размещения блоков детектирования гамма-излучения в системе измерения уровня излучения.