МОНИТОР ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ДВИЖУЩИХСЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОБЪЕКТОВ

Полезная модель относится к устройствам детектирования ионизирующего излучения и может быть применена для контроля перемещения радиоактивных объектов на автомобильных и железнодорожных транспортных магистралях.
Известно изобретение US 2008067390 А1 (далее «детектор»), которое относится к традиционному способу изготовления детекторов для обнаружения радиоактивных объектов. Чувствительный объем (сцинтиллятор) в этом детекторе изготавливается методом блочной полимеризации. Это достаточно долгий и трудозатратный процесс, включающий механическую обработку блоков сцинтиллятора (фрезеровку, полировку). Сбор света при этом осуществляется либо непосредственно на фотоприемники (фиг. 5А), либо с помощью прозрачных световодов (фиг. 5B, 5С, 5D). При этом никаких канавок или отверстий в сцинтилляторе нет. Такой светосбор требует высокой прозрачности применяемого сцинтиллятора. Это требование прозрачности и, соответственно, эффективности светосбора, ограничивает максимальный объем сцинтиллятора в детекторе примерно 15 литрами. В детекторе (фиг. 5А) объем сцинтиллятора составляет 2,5 л, в детекторах (фиг. 5B и фиг. 5С) составляет 4,2 л и в детекторе (фиг. 5D) около 2,8 л. Детектор, за счет того, что в нем используется пластмассовый сцинтиллятор с коротким временем высвечивания, способен регистрировать радиоактивные объекты, движущиеся со скоростью 20 миль в час (т.е. около 30 км/час) ([0069]). В изобретении описано расположение детекторов в составе портальных мониторов относительно зоны контроля ([0071]). Подразумевается, что для обеспечения необходимых размеров зоны контроля по высоте и ширине, а также необходимой чувствительности портального монитора в его состав включается несколько детекторов. Это влечет за собой значительное увеличение стоимости, так как каждый детектор оснащен двумя фотоприемниками с соответствующей электроникой, системами питания и пр.
Известен портал для обнаружения радиоактивных объектов в транспортных потоках (патент RU 86322). В его конструкции используется большая чувствительная
площадь сцинтиллятора. Это достигается тем, что
- в качестве чувствительного элемента используется сборка из сцинтилляционных пластин, изготовленных по оригинальной технологии методом литья под давлением на термопластавтоматах;
- в качестве светособирающего и светопроводящего элемента используется спектросмещающее оптическое волокно (далее оптоволокно);
- оптоволокно укладывается в канавки глубиной 2,5 мм по всей длине сцинтилляционной пластины с шагом 10 мм.
Недостатком известного устройства является возможность обнаружения радиоактивных объектов в транспортных потоках со скоростями движения до 60 км/час.
Известное устройство не позволяет обнаружить радиоактивные объекты в транспортных потоках со скоростями движения более 60 км/час.
Технический результат заявляемой полезной модели: возможность обнаружения радиоактивных объектов в транспортных потоках со скоростями движения до 100 км/час.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На Фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого монитора для обнаружения движущихся радиоактивных объектов, где 1 - детектирующая часть (чувствительный элемент и фотоприемники), 2 - умножитель напряжения для фотоприемников, 3 - контроллер системы управления, 4 - датчик пересечения объектом границы зоны контроля, 5 - сетевая видеокамера, 6 - ЭВМ, 7 - сетевой концентратор, 8 - локальная сеть.
На Фиг. 2 показано конструктивное устройство детектирующей части монитора, где 1 - сборка пластин сцинтиллятора с отверстиями под оптоволокно; 2 - два фотоприемника; 3 - оптоволокно.
На Фиг. 3 показана схема умножителя напряжения для фотоприемника, где 1 - фотоприемник; 2 - емкостно-диодный умножитель напряжения; 3 - повышающий
трансформатор; 4 - транзисторные ворота; 5 - мастер-генератор; 6 - контрольная схема; 7 - цифро-аналоговый преобразователь; 8 - усилитель; 9 - компаратор; 10, 11 - стабилизаторы напряжения.
Заявленный технический результат достигается за счет:
- замены сборки из сцинтилляционных пластин с канавками, расположенными вдоль пластины, на чувствительный элемент, состоящий из сборки сцинтилляционных пластин с отверстиями под установку оптоволокна, выполненными поперек пластины, что позволяет существенно сократить расход оптоволокна, увеличить количество собираемого сцинтилляционного света, что, соответственно, обеспечивает возможность обнаружения радиоактивных объектов в транспортных потоках с большими скоростями движения;
- совместного использования монитора большой площади и высокой чувствительности с адаптивной системой управления.
Чувствительный элемент полезной модели состоит из сцинтилляционных пластин специальной конструкции, изготовленных методом литья под давлением. На одной стороне каждой пластины расположены штифты диаметром 5 мм, а на противоположной стороне - отверстия такого же диаметра, что обеспечивает крепление пластин друг к другу по принципу «замок» или «ЛЕГО». Отверстия под установку оптоволокна расположены перпендикулярно (поперек) поверхности пластины на расстоянии 8,9 мм друг от друга. Размер сцинтилляционной пластины составляет 250 мм × 50 мм × 5 мм.
Изготовление сцинтилляционных пластин методом литья под давлением на термопластавтоматах технологично и не требует дополнительной механической обработки. В качестве основы используется промышленный гранулированный полистирол. Сбор света осуществляется с помощью спектросмещающих оптических волокон диаметром 1 мм проходящих сквозь сцинтиллятор. Эти волокна имеют высокую прозрачность (длина затухания света более 3 м), что обеспечивает однородность светосбора с больших объемов сцинтиллятора порядка 15%. В заявляемой полезной модели площадь сцинтиллятора составляет 2 квадратных метра, объем 100 л. Чувствительность монитора напрямую зависит от объема сцинтиллятора.
Эффективность светосбора зависит от способа укладки волокна в сцинтилляторе. В предыдущем варианте монитора (патент RU 86322) волокна укладывались в канавки, расположенные на поверхности сцинтилляционных пластин. Испытания опытных образцов пластин показали, что использование отверстий вместо канавок увеличивают светосбор на 20-25% при прочих равных условиях. Поэтому была изготовлена новая пресс-форма для производства пластин с отверстиями, расположенными на расстоянии 8,9 мм друг от друга (расчетный оптимум), и изготовлен полномасштабный образец монитора с использованием этих пластин. Испытания подтвердили правильность сделанного выбора.
Предлагаемая полезная модель использует пластмассовый сцинтиллятор большого объема (100 л, 200 см × 100 см × 5 см) и способна детектировать радиоактивные объекты, движущиеся со скоростью до 100 км/час. Этому техническому результату способствует также входящий в адаптивную систему датчик пересечения объектом границы зоны контроля, который, при вхождении транспортного средства в зону контроля, подает сигнал на сравнение вновь измеренной частоты с фоновой частотой, которая была до этого события.
Предлагаемая полезная модель имеет два фотоприемника (при выходе одного из строя модель остается работоспособной). В мониторе, в качестве фотоприемников, используются фотоэлектроумножители (ФЭУ) с фотокатодом диаметром до 50 мм и квантовой чувствительностью до 20% в области длин волн 490 нм.
-3
В качестве источника питания для фотоприемника используется схема на основе принципа умножителя напряжения Кокрофт-Волтона с низковольтным питанием +/- 18 В (блок-схема представлена Фиг. 3). Измерения показали, что эта схема обеспечивает стабильность питания на уровне 10.
Адаптивная система управления обеспечивает:
- контроль исправности монитора,
- фиксацию входа измеряемого объекта в зону контроля,
- телевизионное наблюдение зоны контроля,
- контроль уровня излучения объекта,
- включение тревожного сигнала в случае превышения уровня излучения измеряемым объектом порогового значения,
- регулирование порогового значения,
- архивирование данных,
- связь с диспетчерской ЭВМ.
Адаптивная система управления включает в себя: контроллер, сетевую видеокамеру, датчик пересечения объектом границы зоны контроля, ЭВМ и сетевой концентратор.
Контроллер выполняет следующие функции:
- измерение частоты сигналов с детектирующего устройства,
- контроль аналоговых напряжений детекторов,
- выдача аналоговых напряжений на детекторы,
- измерение температуры внешней среды,
- запись необходимых статусных сигналов,
- контроль температурного режима блока,
- адресация блока ADDRESS,
- передача информации ЭВМ,
- выдача звукового сигнала.
Адаптивная система работает следующим образом: ЭВМ оценивает уровень фона (фоновой частоты) в течение определенного времени перед прохождением объекта мимо монитора. Время накопления фонового сигнала для определения частоты и уровень срабатывания регулируются. После сигнала от датчика пересечения о входе объекта в контролируемую зону система в течение нескольких секунд измеряет новую частоту. При сохранении (или понижении за счет экранировки фонового излучения объектом) частоты или незначительном превышении частоты ЭВМ посылает оператору системы сигнал отсутствия источников излучения, и пропускает объект. При превышении пороговой частоты:
- ЭВМ генерирует оператору тревожный сигнал,
- ЭВМ генерирует в диспетчерской тревожный сигнал и запись соответствующего видеосигнала с видеокамеры до выхода объекта из контролируемой зоны.
Кроме того, ЭВМ контролирует состояние аппаратуры и ведет архив данных.
Сцинтилляционный свет возникает при прохождении через сцинтилляционные пластины ионизирующего излучения от радиоактивных объектов. Фотоприемник с высоковольтным источником питания преобразует световые импульсы в электрические. Компаратор отсекает шумы, а формирователь обеспечивает импульс ТТЛ уровня, соответствующий каждой световой вспышке, т.е. каждому гамма-кванту.
Фоновая частота от единиц до десятков кГц нестабильна во времени. Система управления оценивает уровень фона в течение определенного времени перед прохождением объекта мимо детектора. Время накопления фонового сигнала и уровень срабатывания регулируются.
После сигнала о входе объекта в контролируемую зону система в течение одной-двух секунд измеряет новую частоту. При сохранении (понижении за счет экранировки фонового излучения объектом) частоты или незначительном превышении генерируется сигнал отсутствия источников излучения.
При превышении пороговой частоты генерируется тревожный сигнал, производится запись соответствующего видеосигнала до выхода объекта из контролируемой зоны. Все данные архивируются.
Технический результат полезной модели обеспечивается за счет замены пластин сцинтиллятора на более эффективные по светосбору (использование пластин из литьевого сцинтиллятора с отверстиями под установку оптоволокна на расстоянии 8,9 мм друг от друга) и оснащения монитора адаптивной системой управления.
Кроме этого, использование заявляемой полезной модели, в сравнении с известными устройствами, позволяет существенно сократить расход оптоволокна, что уменьшает стоимость полезной модели и, в то же время, обеспечивает обнаружение радиоактивных объектов в транспортных потоках со скоростями движения до 100 км/час.