АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА, СОДЕРЖАЩЕГО ГЕРМЕТИЧНЫЕ КОНТЕЙНЕРЫ С ВЫСОКОТОКСИЧНЫМИ РАДИОАКТИВНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
AUTOMATED CONTINUOUS CONTROL SYSTEM OF AN OBJECT CONTAINING SEALED CONTAINERS WITH HIGH-TOXIC RADIOACTIVE MATERIALS

Изобретение относится к области систем, предназначенных для непрерывного в режиме реального времени радиационного контроля состояния объекта (хранилище контейнеров), имеющего герметичные контейнеры, содержащие высокотоксичные радиоактивные материалы, а также наличия концентраций альфа-излучателей природного и техногенного происхождения.
Широко известны дозиметры-радиометры на основе счетчика Гейгера-Мюллера - очень популярного детектора ионизирующего излучения. К таким дозиметрам-радиометрам относятся, в частности, устройства, описанные в патентах US №4672544 G01T 1/18, G01T 1/22 от 12.08.1983, ЕР №0881507 G01T 1/169, G01T 7/00 от 28.05.1997. Такие устройства содержат в своем составе источник высокого напряжения, счетчик Гейгера-Мюллера и выходной усилитель-формирователь, выходной сигнал которого используется для индикации излучения.
Однако, эти устройства не позволяют проводить оперативную передачу информации об обнаружении радиоактивного загрязнения.
Известно устройство, описанное в полезной модели RU №109625 Н04М 1/22 от 24.06.2011. Известное устройство представляет собой мобильное радиоустройство с дозиметром-радиометром, содержащее измерительный блок, содержащий детектор излучения и блок сопряжения, и мобильное радиоустройство, в корпусе которого размещен блок питания, выполненный с возможностью подачи питающих напряжений ко всем электронным узлам и блокам, расположенным в корпусе мобильного радиоустройства, процессор, соответствующие входы и выходы которого соединены с радиоблоком и с блоком памяти, а также блок индикации, вход которого подключен к соответствующему выходу процессора, и клавиатура, подключенная к соответствующему входу процессора. В состав известного устройства входит также усилитель, вход которого подключен к выходу детектора излучения, а выход через блок сопряжения соединен с процессором.
Данное устройство способно производить радиационный контроль и проводить оперативную передачу информации об обнаружении радиоактивного загрязнения, используя для этого радиоблок, однако оно не может производить его дистанционно, без участия пользователя в непосредственной близости к исследуемым объектам, одновременно снимать показания с группы объектов, сравнивать значения измерений с минимальными и максимальными допустимыми дозами излучений и записывать показания с датчиков в память персонального компьютера.
Технический результат заключается в возможности проведения непрерывного в режиме реального времени дистанционного радиационного контроля экологической обстановки состояния объекта, имеющего герметичные контейнеры, содержащие высокотоксичные радиоактивные материалы, а также наличия концентраций альфа-излучателей природного и техногенного происхождения, посредством контроля уровня альфа-излучения.
Технический результат достигается автоматизированной системой непрерывного контроля состояния объекта, содержащего герметичные контейнеры с высокотоксичными радиоактивными материалами, состоящей из тестирующей аппаратуры, имеющей как минимум два датчика регистрации альфа-излучения с чувствительными элементами, закрепленными на наружной поверхности каждого контейнера, устанавливаемые под герметизирующими элементами контейнера, исключающие регистрацию альфа-излучателей природного происхождения, а один - реперный датчик регистрации альфа-излучения вне герметизирующих элементов, контрольного источника альфа-излучения, расположенного под герметизирующими элементами каждого контролируемого контейнера, служащего для калибровки тестирующей аппаратуры, передающих оптических модулей, воспринимающих и преобразовывающих электрические импульсы с датчиков регистрации альфа-излучения в световые, волоконно-оптической линии связи, передающей сигнал с передающих оптических модулей на приемники оптических модулей, пересчетных устройств, получающих сигналы с приемников оптических модулей, персонального компьютера, воспринимаемого сигналы с пересчетных устройств и передающего сигнал блоку управления питанием ведущего, который в свою очередь по волоконно-оптической линии связи передает сигнал блоку управления питанием ведомого, подключенного к источнику питания, подающего питание на тестирующую аппаратуру.
В вариантах исполнения:
- чувствительные элементы выполнены гибкими, основой которых является полимерное оптическое волокно;
- герметизирующие элементы выполнены в виде металлических колпаков (крышек) с подвижным механизмом, герметично установленных на контролируемых объектах;
- контрольный источник альфа-излучения установлен в подвижный механизм герметизирующего элемента контейнера;
- источник питания может быть выполнен в виде автономного источника питания (аккумулятора).
Наличие в системе гибких чувствительных элементов датчика регистрации альфа-излучения, имеющих способность принимать форму необходимой зоны контроля, позволяет произвести закрепление их положения на металлической поверхности, обладающей магнитными свойствами, при помощи магнитной накладки, в пазах которой они размещаются, и зафиксировать выход высокотоксичных радиоактивных материалов в случае потери герметичности контейнера.
Наличие в системе герметизирующих элементов с подвижным механизмом позволяют обеспечить минимальное или максимальное расстояние контрольного источника альфа-излучения от чувствительных элементов датчиков регистрации альфа-излучения и его подвод к ним.
Наличие в системе контрольного источника альфа-излучения, установленного в подвижный механизм устройства герметизации, позволяет производить периодическую проверку работоспособности датчиков регистрации альфа-излучения и калибровку системы.
Наличие в системе источника питания, выполненного в виде автономного источника питания (аккумулятора), позволяет работать системе автономно и не зависеть от аварийных ситуаций в электроснабжении.
На фиг. 1 представлена общая схема системы, где:
Система состоит из датчиков регистрации альфа-излучения 1 и реперного датчика регистрации альфа-излучения 2, передающих оптических модулей 3, блока управления питанием ведомым 4, аккумуляторной батареи 5, волоконно-оптической линии связи 6, блока управления питанием ведущим 7, приемных оптических модулей 8, пересчетных устройств 9, персонального компьютера 10 и герметизирующих элементов 11 с установленными в их подвижные механизмы контрольные источники альфа-излучения.
Датчики регистрации альфа-излучения 1 и реперный датчик регистрации альфа-излучения 2 состоят из первичных преобразователей, состоящих из чувствительных элементов длиной 2 м, и фотоприемника. Датчики регистрации альфа-излучения 1, крепят непосредственно на поверхность контролируемого контейнера и при эксплуатации защищают от воздействия окружающей среды герметизирующим элементом 11. Датчики регистрации альфа-излучения 1 и реперный датчик регистрации альфа-излучения 2 соединены с передающими оптическими модулями 3 жгутами. Реперный датчик регистрации альфа-излучения 2 предназначен для измерения окружающего радиационного фона на контролируемом объекте вне герметизирующих элементов.
Передающие оптические модули 3 состоят из платы питания, предназначенной для преобразования входного напряжения от 9 до 18 В в напряжение 5 В на выходе, и платы источника напряжения излучения, предназначенной для приема входного сигнала от датчиков регистрации альфа-излучения 1 и реперного датчика регистрации альфа-излучения 2, выдачи оптических импульсов и фильтрации напряжения, поступающего с платы питания.
Связь передающих оптических модулей 3 с приемником оптических модулей 8 осуществляется по волоконно-оптической линии связи 6.
Приемные оптические модули 8 состоят из приемника, преобразователя оптических сигналов в импульсы напряжения и формирователя длительности импульса. Приемные оптические модули соединены при помощи жгутов с пересчетными устройствами 9.
Пересчетные устройства 9 состоят из платы микроконтроллера, предназначенной для счета импульсов в заданном интервале времени и для передачи по линии связи посчитанных импульсов на персональный компьютер 10 при помощи приемопередатчика.
Блок управления питанием ведущий 7 состоит из оптического передатчика, преобразовывающего электрические сигналы, поступающие от персонального компьютера 10 в оптическую мощность для передачи по волоконно-оптической линии связи 6 на блок управления питанием ведомый 4, и микроконтроллера, формирующего электрические сигналы включения/отключения питания на блоке управления питанием ведомый 4.
Блок управления питанием ведомый 4 состоит из фотодетектора, преобразования входного оптического сигнала в электрический ток, усилителя тока фотодетектора до уровня, достаточного для переключения контактов реле, и реле для коммутации контактов.
Аккумуляторная батарея 5 представляет собой батарею аккумуляторную СГАН 12-200 с номинальным напряжением 12 В и емкостью 200 А/ч. Аккумуляторная батарея 5 обеспечивает работу системы в течение 147 ч. Аккумуляторная батарея 5 располагается у входа в контролируемый объект или у контролируемого контейнера.
Персональный компьютер 10 представляет собой промышленную электронную вычислительную машину и служит для управления пересчетным устройством 9, блоком управления питанием ведущим 7, а также для сбора, сохранения, обработки и визуализации результатов счета импульсов с пересчетных устройств 9.
Система функционирует следующим образом:
- после включения персонального компьютера 10 и источника постоянного напряжения оператор настраивает параметры опроса: период опроса, время экспозиции и другие временные характеристики и нажимает кнопку «ПУСК»;
- после этого на вход блока управления питания ведомого 4 с оптического входа блока управления питанием ведущего 7 поступает постоянный оптический сигнал и начинает течь фототок, в результате чего ток возрастает и достигает значения, при котором переключаются контакты реле из состава блока управления питания ведомого 4;
- в результате переключения контактов реле появляется напряжение аккумуляторной батареи 5, и включаются фотоприемники датчиков регистрации альфа-излучения 1, реперного датчика регистрации альфа-излучения 2 и передающих оптических модулей 3;
- после этого на соединителях «выход» фотоприемников датчиков регистрации альфа-излучения 1 и реперного датчика регистрации альфа-излучения 2 появляются прямоугольные электрические сигналы, регистрирующие энергию альфа-частиц, попадающих на чувствительные элементы датчиков регистрации альфа-излучения 1 и реперного датчика регистрации альфа-излучения 2, которые по жгутам поступают на вход передающих оптических модулей 3;
- при поступлении указанных импульсов на входе передающих оптических модулей 3 на выходе появляются оптические импульсы, распространяющиеся по волоконно-оптической линии связи 6 и поступающие на вход приемных оптических модулей 8;
- после поступления оптического сигнала на оптический выход приемных оптических модулей 8 в нем происходит преобразование оптического сигнала в электрический сигнал;
- с выхода приемных оптических модулей 8 электрический сигнал поступает на пересчетные устройства 9;
- пересчетные устройства 9 обрабатывают поступающие сигналы и периодически осуществляют обмен информацией с персональным компьютером 10;
- персональный компьютер 10 обрабатывает получаемую с пересчетных устройств 9 информацию. Информация о каждой операции системы сохраняется на съемном жестком магнитном диске, а также документируется на принтере по требованию оператора.