Способ динамического радиационного контроля
DYNAMIC RADIATION MONITORING METHOD

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, конкретнее к измерению радиоактивности объектов, более конкретно, к способам выявления радиоактивных источников на обследуемой территории и в движущихся объектах. Наибольшее применение способ найдет при радиационном мониторинге различных территорий и объектов с помощью систем детектирования радиации, установленных на транспортных средствах, например, на автомобилях, а также с помощью систем, установленных на контрольно - пропускных пунктах, пунктах приема и переработки вторичного сырья, металлолома, промышленных и бытовых отходов.
Известен способ радиационного контроля движущихся объектов, включающий регистрацию ионизирующего излучения, по крайней мере, одним детектором, установленным в зоне контроля, через которую перемещаются упомянутые объекты, непрерывное измерение текущих значений потока излучения, регистрируемого детектором, сравнение упомянутых значений с порогом постоянной величины, при превышении которой потоком регистрируемого излучения судят о наличии радиоактивности в контролируемом объекте [1].
Недостатком известного способа является низкая чувствительность обнаружения в связи с тем, что порог необходимо устанавливать заметно превышающим (в 1,5-2 раза) уровень естественного фона в зоне контроля из-за его возможных колебаний, вызванных, например, осадками, пылью, нестабильностью аппаратуры и др.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ динамического радиационного контроля, включающий непрерывную регистрацию ионизирующего излучения, по крайней мере, одним детектором при относительном перемещении детектора и объекта контроля, фиксацию моментов превышения заданного порога сигналом детектора, пропорциональным потоку регистрируемого излучения, по которым судят об обнаружении источника радиоактивности в объекте, измерение скорости V относительного перемещения детектора и объекта [2].
Недостатком прототипа является отсутствие возможности определения одновременно местоположения и мощности обнаруженного источника радиации, что не позволяет оперативно оценить опасность источника и принять меры по его локализации и обезвреживанию.
Это связано с тем, что при реализации способа для обследования территории и различных объектов с помощью подвижного транспорта с установленными в нем детекторами, появление сигнала обнаружения источника свидетельствует только о том, что в зоне нахождения детекторов находится источник. Его местонахождение, характеризуемое тем, на каком расстоянии от траектории движения транспорта расположен источник, а также мощность источника (мощность дозы, создаваемая излучением источника на стандартном, например, 1 м расстоянии) остаются неизвестными. Это может быть и слабый источник, находящийся вблизи траектории движения транспорта с детекторами, и мощный источник, представляющий значительную опасность, расположенный на значительном удалении от траектории движения детекторов. В варианте реализации способа, по которому контролируемый объект (вагон, автомобиль) перемещается относительно неподвижных детекторов, в прототипе также невозможно определять оноовременно местоположение и мощность источника, находящегося в контролируемом объекте. Источник может находиться как вблизи наружной поверхности транспорта, так и в глубине транспорта. Отсутствие информации о местоположении источника в транспорте существенно усложняет его поиск, извлечение и обезвреживание.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении надежности контроля за счет обеспечения возможности определения в процессе контроля местоположения и мощности обнаруженного источника радиации..
1
2
2
Указанный технический результат достигается предлагаемым способом динамического радиационного контроля, включающем непрерывную регистрацию ионизирующего излучения, по крайней мере, одним детектором при относительном перемещении детектора и объекта контроля, фиксацию моментов превышения заданного порога сигналом детектора, пропорциональным потоку регистрируемого излучения, по которым судят об обнаружении источника радиоактивности в объекте, измерение скорости V относительного перемещения детектора и объекта, а при обнаружении радиоактивности запоминают текущие значения Xi сигнала детектора, определяют разности ΔХ1 и ΔХ2 между максимальным и минимальными значениями сигнала, расположенными по времени до и после его максимального значения, фиксируют интервал времени t между текущими значениями сигнала, равными ΔX/2 и ΔХ/2, определяют расстояние  от детектора до обнаруженного источника радиоактивности из соотношения  а мощность Ро дозы излучения источника на стандартном расстоянии  находят из соотношения  где ΔХ=(ΔХ1+ΔХ)/2, К-коэффициент пропорциональности между амплитудой сигнала детектора и мощностью дозы регистрируемого излучения.
1
2
2
Отличительным признаками является то, что при обнаружении радиоактивности запоминают текущие значения Xi сигнала детектора, определяют разности ΔХ1 и ΔХ2 между максимальным и минимальными значениями сигнала, расположенными по времени до и после его максимального значения, фиксируют интервал времени t между текущими значениями сигнала, равными ΔХ/2 и ΔХ/2, определяют расстояние  от детектора до обнаруженного источника радиоактивности из соотношения  а мощность Ро дозы излучения источника на стандартном расстоянии  находят из соотношения  где ΔХ=(ΔХ1+ΔХ)/2, К-коэффициент пропорциональности между амплитудой сигнала детектора и мощностью дозы регистрируемого излучения.
Новые существенные признаки обеспечивают повышение надежности контроля за счет обеспечения возможности определения местоположения и оценки мощности обнаруженного источника.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлены на:
фиг. 1 - схема реализации способа при перемещении транспортного средства с детектором относительно неподвижного объекта;
фиг. 2 - схема реализации способа при контроле движущихся объектов (транспортных средств), перемещающихся относительно неподвижного детектора;
фиг. 3 - сигнал детектора при перемещении источника относительно поверхности детектора в условиях неизменяющегося фона; Хп - порог обнаружения, Xmin - минимальное значение сигнала, Хmах - максимальное значение сигнала, ΔХ=Хmах - Xmin, t - интервал времени, соответствующий длительности сигнала на половине его высоты (ΔХ/2);
фиг. 4 - сигнал детектора при перемещении источника относительно поверхности детектора в условиях переменного фона; Xmin1 - минимальное значение сигнала, расположенного по времени до значения Xmax; Xmin2 - минимальное значение сигнала, расположенного по времени после Хmах;
1
2
1
2
ΔХ=Хmах - Xmin1; ΔХ=Хmах - Xmin2; ΔХ=(ΔХ+ΔX)/2, t - интервал времени, соответствующий длительности сигнала между значениями Xmin1 и Xmin2.
1
1
2
фиг. 5 - сигналы, соответствующие источникам одинаковой мощности, находящимся на разном удалении от поверхности детектора; ΔХ - максимальное значение сигнала за вычетом фона от источника, расположенного на меньшем расстоянии от детектора; ΔХ2 - максимальное значение сигнала от этого источника за вычетом фона, расположенного на большем расстоянии от детектора; t - длительность сигнала на половине его высоты от источника, расположенного ближе к детектору; - t - длительность сигнала на половине его высоты от источника, расположенного дальше к детектору.
При контроле неподвижных (фиг. 1) объектов (территорий, сооружений) способ реализуется с помощью детектора 1, установленного в транспортном средстве 2, движущемся в направлении, показанном стрелкой, относительно объекта контроля, например, проезжей части территории населенного пункта, где может находиться радиационный источник 3 (локальное радиоактивное загрязнении и т.п.). При контроле движущихся объектов, например, железнодорожных вагонов 4 (фиг. 2), детектор расположен неподвижно на определенном расстоянии от поверхности вагонов. В обоих случаях детектор подвижен относительно объектов контроля.
В качестве детектора 1 используется высокочувствительный сцинтилляционный детектор объемом 5-20 л. При контроле территорий детектор устанавливают на транспортном средстве, например, а/м «Газель». При контроле подвижных объектов, например, железнодорожных вагонов, детектор устанавливают вблизи путей, по которым следуют объекты. Сигналы детектора, пропорциональные частоте следования импульсов, через интерфейсный блок, например, аналого-цифровой преобразователь, поступают в компьютер, непрерывно обрабатывающий поступающую информацию в соответствии с предлагаемым способом. Местоположение транспорта с детекторами фиксируется навигационной системой «GPS». Зона контроля осматривается телекамерой, связанной с компьютером. При обнаружении источника запоминается изображение объекта, в том числе встречного транспорта.
Способ реализуется следующим образом. При обследовании территорий транспортное средство 2 с детектором 1 (фиг. 1) движется по заданному маршруту с определенной скоростью (20-25 км/ч). Сигнал детектора, амплитуда которого пропорциональна уровню естественного фона обследуемой территории, непрерывно регистрируются компьютером и отображаются на мониторе.. При отсутствии источников в зоне контроля фиксируется сигнал, пропорциональный уровню радиационного фона. Если уровень радиационного фона в процессе движения транспортного средства 2 практически не изменяется, то в случае появления источника в зоне контроля сигнал детектора возрастает от величины Xmin до Хmах (фиг. 3) и далее снижается вновь до величины Xmin. Если сигнал превышает некоторый порог Хп, это свидетельствует об обнаружении источника и система регистрации вырабатывает соответствующий сигнал; одновременно фиксируются координаты транспорта с детектором и изображение контролируемого объекта.
При обнаружении радиоактивности запоминают текущие значения Xi сигнала детектора, определяют разность ΔХ между максимальным и минимальным значениями сигнала, расположенными по времени до и после его максимального значения, фиксируют интервал времени t между текущими значениями сигнала, равными ΔХ/2, определяют расстояние  от детектора до обнаруженного источника радиоактивности из соотношения  а мощность Ро дозы излучения источника на стандартном расстоянии  находят из соотношения  К-коэффициент пропорциональности между амплитудой сигнала детектора и мощностью дозы регистрируемого излучения.
1
2
1
2
2
В случае, если уровень фона в процессе контроля изменяется (фиг. 4), то определяют разности ΔХ и ΔХ между максимальным и минимальными значениями сигнала, расположенными по времени до и после его максимального значения, фиксируют интервал времени t между текущими значениями сигнала, равными ΔХ/2 и ΔХ/2, определяют расстояние  от детектора до обнаруженного источника радиоактивности из соотношения  а мощность Ро дозы излучения источника на стандартном расстоянии  находят из соотношения  где ΔХ=(ΔХ1+ΔХ)/2, К - коэффициент пропорциональности между амплитудой сигнала детектора и мощностью дозы регистрируемого излучения.
2
1
2
1
В случае, если источник 3 находится на большом расстоянии от детектора 1, то амплитуда сигнала ΔХ меньше амплитуды ΔХ, соответствующей обнаружению источника, расположенного ближе к детектору (фиг. 5). Соответственно интервал времени t ля источника, находящегося на большем удалении от детектора, превышает указанный интервал t для источника, расположенного ближе к детектору.
Таким образом при обнаружении источника определяется его местонахождение в зоне контроля (расстояние до детектора), а также его мощность по амплитуде сигнала и величине указанного расстояния. Это позволяет оценить опасность источника и своевременно принять меры по его локализации и обезвреживанию.
Пример 1.
Способ реализуется для обследования территории вблизи автомобильной дороги. В качестве детекторов используются пластиковые сцинтилляторы объемом 10 л. При уровне естественного фона 0,1 мкЗв/ч средняя скорость счета импульсов детекторов составляет 2000 имп/с. Это соответствует амплитуде аналогового сигнала 0,2 В. Коэффициент К составляет 2 мВ/нЗв/ч. Скорость движения транспорта с детекторами составляет 30 км/ч. Порог обнаружения Хп установлен на уровне 220 мВ, что соответствует приращению мощности дозы излучения 10 нЗв/ч над фоном. В процессе движения транспорта с детекторами зафиксировано превышение порога, что соответствует обнаружению источника радиации в зоне контроля, простирающейся вдоль траектории движения транспорта. Сигнал детектора ΔХ за вычетом фона составил 50 мВ. Интервал времени t между значениями сигнала ΔХ/2 (фиг. 3) до и после максимума составил 1 секунду. Из соотношения  определяем, что расстояние от источника до детектора составляет 4,2 м. Мощность источника, определяемая из выражения  составила 1760 нЗв/ч на расстоянии 1 м, т.е. 1,76 мкЗв/ч. Таким образом предлагаемый способ обеспечил не только обнаружение источника в зоне контроля, но и определение его местоположения, а также его мощности.
Способ прототип позволяет обнаружить указанный выше источник, однако определить его местоположение и мощность в прототипе не возможно. Это может быть слабый источник, расположенный вблизи траектории движения транспорта, или мощный источник, расположенный на значительном удалении от траектории движения транспорта с детектором.
Пример 2
При тех же условиях, что и в примере 1, только сигнал детектора за вычетом фона составил 500 мВ, а интервал времени t=10 с. Расстояние от детектора до источника составило 42 м, а мощность дозы источника - 1,76 мЗв/ч на расстоянии 1 м. Этот источник представляет значительную опасность, и требуются незамедлительные меры по его локализации и обезвреживанию.
В способе - прототипе не удается определить местоположение источника и степень его опасности.
Пример 3
1
2
1
2
При тех же условиях, что и в примере 1, контроль производится в условиях изменяющегося фона (фиг. 4). Величина Xmin1 составила 60 мВ; Хmах=80 мВ; Xmin2=20 мВ; ΔХ=20 мВ; ΔХ=60 мВ; ΔХ=(ΔХ+ΔХ)/2=40 мВ; интервал времени t=2 с, что соответствует расстоянию от детектора до источника равно 8,4 м и его мощности дозы на расстоянии 1 м - 5,63 мкЗв/ч.
Способ - прототипа в условиях переменного фона не позволяет однозначно обнаружить источник, т.к. порог срабатывания в этом способе должен быть выше максимального значения фона, в том числе выше величины Хmах (фиг. 4). В случае, если порог окажется ниже Хmах (мощный источник на небольшом удалении от детектора), то в способе - прототипе не удается определить местоположение источника и степень его опасности.
Пример 4
Контролируется транспортное средство (вагон 4), перемещающееся со скоростью 15 км/ч относительно детектора 1 (фиг. 2). Расстояние от детектора до поверхности вагона составило 1 м. Сигнал детектора ΔХ за вычетом фона составил 50 мВ. Интервал времени t между значениями сигнала ΔХ/2 (фиг. 3) до и после максимума составил 1 секунду. Из соотношения  определяем, что расстояние от источника до детектора составляет 2,1 м. Мощность источника, определяемая из выражения  составила 440 нЗв/ч на расстоянии 1 м, т.е. 0,44 мкЗв/ч.. Расстояние от источника до поверхности транспорта, обращенной к детектору, определяется как разность между расстоянием от источника до детектора и расстоянием от детектора до поверхности транспорта. В данном случае расстояние от источника до поверхности транспорта составляет 1,1 м. Таким образом предлагаемый способ обеспечил не только обнаружение источника в вагоне, но и определение его местоположения (глубины залегания в вагоне), а также его мощности.
Способ - прототип не имеет возможности определить, на каком расстоянии от поверхности вагона находится источник, и какова его мощность.
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает повышение надежности контроля за счет обеспечения возможности определения в процессе контроля местоположения и мощности источника и надежной фиксации событий, связанных с нахождением источника в движущемся транспорте.
Литература
1. RU 2094821, Бюллетень №30 от 27.10.77.
2. Н.П. Валуев, Ю.В. Мойш, В.М. Качалов, Н.В. Никоненков. Автоматизированные системы радиационного контроля сырья и металлолома, Проблемы черной металлургии и материаловедения, 2009, №3, с. 107-110.