СПОСОБ ОБУЧЕНИЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЯДЕРНОГО МАТЕРИАЛА
METHOD OF TEACHING TO IDENTIFY DETAILS FROM NUCLEAR MATERIAL

Область техники
Настоящее техническое решение относится к способам обучения на тренажерах, а именно к обучению действиям при идентификации неизвестных деталей из ядерного материала. Обучение проводится с использованием имитаторов и их фрагментов. Это позволяет проводить обучение в условиях, приближенных к реальным, но без использования ядерного материала и связанных с этим организационных трудностей и радиоактивного облучения. Решение может быть использовано для обучения специалистов идентификационных центров, таможенных служб, офицеров МЧС и МВД, противодействующих незаконному обороту ядерных материалов.
Предшествующий уровень техники
В настоящее время в разных странах существуют учебные центры подготовки экспертов таможенных служб. Утвержденные методики идентификации неизвестных деталей отсутствуют, но способы идентификации, построения трехмерных моделей по фрагментам и фотографиям широко представлены в научной литературе.
Так, например, Е.А. Беговатов, А.Ф. Кочкина «О восстановлении размеров сосудов по фрагментам» / Восточно-Европейский археологический журнал, 1 (1), ноябрь-декабрь, 1999 г., где описан алгоритм действий при восстановлении размеров глиняных амфор по их черепкам.
В статье «База данных по исследовательским реакторам как инструмент противодействия незаконному обороту ядерных материалов», авторы Горин Н.В., Корнеев А.А., Липилина Е.Н., Чуриков Ю.И., Архангельский Н.В. «Вестник НЯЦ РК», вып. 1 (53), стр. 94-102, 2013,
http://nnc.kz/images/stories/bulletin/2013/NNC_RK_Bulletin_1_53_2013.pdf рассмотрен частный случай идентификации деталей из ядерного материала исследовательских реакторов, тогда как в действительности деталей ЯМ гораздо больше - топливо энергетических, транспортных установок, экспериментальные сборки и изделия военного назначения. В статье описана оболочка базы данных с характеристиками топливных деталей советских, российских и американских исследовательских реакторов, которая предназначена для помощи операторам при идентификации неизвестного ядерного материала с целью определения мест его производства и хищения и рассмотрены возможности идентификации топливных элементов и тепловыделяющих сборок (ТВС) активных зон исследовательских реакторов СССР/РФ и США. Показано, что для идентификации топливных деталей исследовательских реакторов в большинстве случаев можно ограничиться осмотром и измерением размеров. Однако если тепловыделяющие элементы или тепловыделяющие сборки реактора полностью разрушены, то для идентификации обломков становится необходимым измерение обогащения, изотопного состава ЯМ и состава примесей.
Если в распоряжение специалиста поступает неизвестная деталь или ее фрагмент с подозрениями, что она содержит ядерный материал, то требуется техническим способом опровергнуть, либо подтвердить подозрения, и назвать место производства и эксплуатации детали. Как только деталь идентифицирована, то становятся понятными дальнейшие шаги по противодействию незаконному обороту ядерных материалов. Необходима подготовка специалистов, обученных идентификации деталей из ядерного материала, в том числе по их фрагментам, а так же по цифровым фотографиям и трехмерным моделям, переданным по электронным каналам связи в идентификационный центр с места задержания детали. Это единственные способы идентификации деталей с высоким уровнем остаточного гамма-излучения, когда по правилам безопасности ручные операции ограничены или невозможны.
В качестве прототипа для заявляемого способа был выбран способ, описанный в патенте на полезную модель «Устройство для обучения применению химических средств, используемых для обнаружения следовых количеств взрывчатых веществ», RU90603 U1; МПК G09B 9/00, С06В 21/00, G01N 31/22 (2006.01); авторы: Ахметов И.З., Валиуллин К.Ш., Ильин В.П., Колганов Е.В., Краснова Р.В., Судаков В.В., Шкалябин И.О., Зорькин A.M.
Описан способ обучения применению химических средств, используемых для обнаружения следовых количеств взрывчатых веществ, включающий в себя подготовку преподавателем набора имитаторов, имитирующих свойства реальных опасных продуктов, выбор учеником образца из набора имитаторов, исследование свойств образца, определение природы образца по совокупности свойств.
Недостатком данного способа является невозможность его применения для обучения идентификации деталей из ядерного материала. Сложность заключается в том, что таких деталей много, порядка десятков тысяч штук, и они разные, с разными свойствами. Требуется расширить базу данных свойств деталей для их идентификации.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа обучения приемам идентификации деталей из ядерного материала.
Технический результат, достигаемый при решении этой задачи, заключается в расширении перечня свойств идентифицируемых деталей, приближении условий обучения к реальным условиям последующей работы, появлении возможности анализа действий ученика.
Технический результат достигается тем, что способ обучения ученика идентификации деталей из ядерного материала включает в себя подготовку набора имитаторов, имитирующих свойства реальных опасных продуктов, выбор образца из набора имитаторов, исследование свойств образца, определение природы образца по совокупности свойств. Согласно изобретению, составляют базу данных реально существующих деталей из ядерного материала с описанием их геометрической формы и размеров. Изготавливают имитаторы деталей описанных в базе данных, которые разделяют на фрагменты, на которые наносят деформирующие вмятины, царапины, сколы. Из фрагментов и имитаторов составляют набор, из которого предоставляют ученику для идентификации образец, у которого ученик определяет форму как совокупность простых геометрических тел и полостей, их размеры, погрешность измерений. Информацию об этом ученик заносит в запрос программы, работающей с базой данных реально существующих деталей. Программа сравнивает информацию от ученика с базой данных и предоставляет ученику варианты деталей с совпадающей совокупностью признаков. Ученик анализирует варианты, выбирает наиболее подходящий и предъявляет преподавателю. Преподаватель оценивает правильность идентификации детали из ядерного материала по выбранному образцу, выявляет ошибки.
Совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата - расширение перечня свойств идентифицируемых деталей, приближение условий обучения к реальным условиям последующей работы, появление возможности анализа действий ученика, что позволяет решить задачу создания способа обучения приемам идентификации деталей из ядерного материала.
При выявлении ошибок преподаватель может оценивать правильность мысленного разбиения учеником образца на простые геометрические тела, правильность измерения учеником размеров образца и погрешности измерений, полноту информации, полученной учеником при исследовании.
Дополнительные признаки направлены на расширение возможности анализа действий ученика.
Можно предоставлять ученику для идентификации образец в виде набора фотографий имитатора детали, или в виде трехмерной модели имитатора детали. Это позволяет решить задачу расширения диапазона способов обучения идентификации деталей из ядерного материала.
Ученик определяет форму имитатора как совокупность простых геометрических тел и полостей, формируя при необходимости мысленный трехмерный образ целого имитатора по его фрагменту, измеряет их размеры и оценивает погрешности. Информацию об этом он заносит в запрос, работающий с учебной базой данных.
Признаки, изложенные в дополнительных пунктах формулы, в совокупности направлены на получение того же технического результата, на который направлен независимый пункт.
Краткое описание чертежей:
На фиг. 1 показан внешний вид детали из ядерного материала.
На фиг. 2 показана фрагментированная деталь из ядерного материала.
На фиг. 3 показаны фрагменты детали из ядерного материала.
На фиг. 4 показана трехмерная модель образца.
На фиг. 5 представлена фотография образца.
На фиг. 6 представлена форма запроса на идентификацию.
На фиг. 7 показан результат совмещения трехмерного образца с трехмерной моделью целой детали.
Варианты осуществления изобретения
Предлагаемым способом можно проводить обучение в условиях, приближенных к реальным, но без использования ядерного материала и связанных с этим организационных трудностей и радиоактивного облучения. Далее будет описан один из вариантов осуществления изобретения - способ обучения идентификации деталей из ядерного материала по имеющимся фрагментам их имитаторов.
Обучение идентификации деталей из ядерного материала по целым имитаторам проводится с использованием таких же действий. Отличие только в том, что ученику не требуется формировать мысленный образ целой детали по ее фрагменту.
Обучение начинается с того, что составляют базу данных деталей из ядерного материала, с описанием геометрических форм (тел, полостей) и размеров деталей. Программное обеспечение базы разработано в среде Microsoft Access.
В базу данных вводят информацию о составе деталей в виде совокупности простых геометрических фигур, таких как цилиндры, параллелепипеды, призмы, конусы, шары, витые стрежни, входящие в состав имитатора. Детали имеют отверстия, пазы, шлицы, резьбы и проходки, фаски и лунки и пр., которые в свою очередь, так же являются простыми геометрическими формами. Каждая форма может быть либо телом, либо полостью. Так, например, форма «цилиндр с резьбой» в виде тела - это болт, а в виде полости - гайка. По совокупности форм в дальнейшем проводят идентификацию неизвестных деталей. Таким образом, достигается технический результат расширения перечня свойств идентифицируемых деталей.
Изготавливают имитаторы 1, один из вариантов которого показан на фиг. 1, из безопасного материала в виде копий реально существующих деталей из ядерного материала.
При изготовлении имитаторов 1 обрабатывают их поверхности с высоким качеством. В реальности, в результате противоправных действий и незаконного оборота, детали могут получить повреждения. Учитывая это, на поверхность имитаторов 1 наносят деформирующие вмятины, царапины, сколы 2. Некоторые имитаторы 1 разделяют на фрагменты, такие как, например, 3,4,5,6,7,8,9,10 как показано на фиг. 2 и фиг. 3. Таким образом, достигается технический результат приближения условий обучения к реальным условиям последующей работы.
На фиг. 2 показан один из имитаторов 1, фрагментированный на 8 частей.
На фиг. 3 показаны 7 фрагментов имитатора 1, один остался за кадром.
После фрагментации на поверхностях фрагментов 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 видны следы незаконного оборота - трещины, царапины, сколы 2 и пр. Так моделируют ситуацию, приближенную к реальным условиям. Целые имитаторы других форм, имитатор 1, и фрагменты образуют набор образцов. В рассматриваемом примере преподаватель предоставляет ученику для идентификации образец в виде фрагмента 7.
На начальном этапе процесса обучения ученику предоставляется образец в его материальном виде, как фрагмент 7. Ученик без вреда для здоровья может его держать в руках, рассматривать с разных сторон, обмерять с помощью линейки 11 (фиг. 5), или любого другого мерительного инструмента.
В реальности при обнаружении детали из ядерного материала, которая может быть источником остаточного гамма-излучения, в соответствии с действующими правилами, ручные операции будут затруднены, или даже невозможны. Поэтому потребуется дистанционная идентификация. Для обучения действиям в такой ситуации ученику предоставляют образец в виде не фрагмента 7, а либо его трехмерной модели, полученной с помощью трехмерного сканера, как показано на фиг. 4, либо набор его фотографий, таких как показано на фиг. 5. Таким образом, достигается технический результат приближения условий обучения к реальным условиям последующей работы.
Программное обеспечение сканера позволяет получать на экране компьютера трехмерную модель фрагмента 7 в разных ракурсах, определять формы тел и полостей, из которых состоит фрагмент 7, изображенный на трехмерной модели (на фиг. 4), измерять расстояния между двумя любыми точками на трехмерной модели фрагмента 7, т.е. измерять линейные размеры фрагмента 7 и тем самым создавать у ученика иллюзию ручных операций.
Фотографирование образца 4 проводят в разных ракурсах. Причем для получения наиболее точного и наглядного изображения одной части при съемке с близкого расстояния жертвуют качеством изображения остальных частей. Поэтому облик фрагмента 7 как совокупность форм тел и полостей складывается по нескольким фотографиям.
Для определения линейных размеров фрагмента 7 рядом с ним при фотографировании размещают либо линейку 11, либо иной калибр, размеры которого точно известны и в дальнейшем по калибру определяют размеры фрагмента 7, учитывая возможные искажения при фотографировании. Таким образом, достигается технический результат приближения условий обучения к реальным условиям последующей работы.
На фиг. 4 представлен образец для идентификации в виде трехмерной модели фрагмента 7. Фрагмент 7 имеет цилиндрические поверхности 12, 13, 14, плоскую верхнюю поверхность 15 и плоскую нижнюю поверхность, на которой лежит фрагмент 7. Ученик определяет количество и типы геометрических тел, из которых состоит фрагмент 7. Ученик обозначает три цилиндрические поверхности 12, 13, 14 и отмечает, что цилиндр 14 - тело (вся масса сосредоточена внутри поверхности), а цилиндры 12 и 13 - полости (вся масса вне поверхностей), а плоскости 15 и нижняя плоскость образуют пластину, т.е. элементы параллелепипеда. Ученик у трехмерной модели фрагмента 7 с помощью программного обеспечения измеряет геометрические размеры отмеченных им тел 14 и полостей 12, 13, оценивает погрешности, оформляет запрос в базу данных на идентификацию и по результатам ответа идентифицирует образец, формирует мысленный образ неизвестного имитатора 1. Таким образом, достигается технический результат приближения условий обучения к реальным условиям последующей работы.
Если фрагмент 7 представлен в виде фотографий, то ученик по фотографиям с использованием линейки 11, как показано на фиг. 5, размещенной на фотографии рядом с имитатором 1 определяет совокупность форм тел 14 и полостей 12, 13, из которых состоит фрагмент, их размеров, вводит эти данные в запрос к базе данных, по результатам ответа идентифицирует неизвестный имитатор 1.
Если фрагмент 7 представлен в виде трехмерной модели имитатора 1, как показано на фиг. 4, то ученик по сканированному образу с использованием программного обеспечения определяет совокупность форм тел 14 и полостей 12, 13, и их размеров, вводит их в запрос и по результатам ответа идентифицирует неизвестный фрагмент 7.
Результаты измерений геометрических размеров фрагмента 7, скорее всего, будут отличаться от находящихся в базе данных, в том числе из-за погрешностей при измерениях малых размеров и следов незаконного оборота. Таким образом, моделируют ситуацию, приближенную к реальным условиям.
Форма запроса представлена на фиг. 6. В запросе ученик выбирает, отмечает и заполняет соответствующие поля по результатам осмотра, измерений размеров и оценки погрешностей. При заполнении запроса перед ним в каждом информационном блоке представляются перечни полей.
Как показано на фиг. 6, применительно к фрагменту 7, ученик выделяет в окне «Форма» надпись «цилиндр». В поле 16 ставит число равное количеству идентифицированных им цилиндрических поверхностей. В окне «размеры» в поле «величина» 17 ученик ставит измеренные диаметры, высоту и в поле 18 погрешности, в поле 19 выбирает «тело» или «полость».
Процесс идентификации заключается в сравнении по каждому имитатору 1 одноименных полей в двух массивах информации - в запросе ученика и в базе данных. Если обе выборки совпадают, то считается, что фрагмент 7 идентифицирован по форме и размерам и ученику выдаются варианты имитаторов 1 с совпадающей совокупностью признаков. При недостаточном количестве измерений фрагмента 7, или при ошибках в измерениях может быть получено несколько вариантов имитаторов 1. В этом заключается сложность выбора истинного варианта среди похожих вариантов.
Ученик анализирует полученные варианты, формирует мысленный образ целой детали, выбирает наиболее подходящий вариант и предъявляет его преподавателю. Один из вариантов анализа изображен на фиг. 7, когда ученик сравнивает мысленный образ целого имитатора 1 с его трехмерной моделью 20 имитатора 1, либо с помощью графического редактора вписывает фрагмент 7 в трехмерную модель 20 имитатора 1.
Преподаватель оценивает результат анализа, правильность идентификации детали ядерного материала по выбранному образцу, выявляет ошибки. Наиболее вероятные ошибки ученика связаны с этапом мысленного разбиения образца на простые геометрические формы - тела и полости. Таким образом, достигается технический результат появления возможности анализа действий ученика.
Преподаватель объясняет, что детали ЯМ, как правило, имеют в своем составе тела разной формы, которые обязательно примыкают друг к другу, а не только касаются, так как рассматривается единая деталь. Полости должны полностью находиться внутри тела или проходить насквозь через несколько тел. По крайней мере, один линейный размер полости должен полностью вписываться в тело. Обычно в конструкции реализованы элементы симметрии и поэтому не следует ожидать большого числа деталей с разным взаиморасположением форм. Преподаватель предупреждает ученика, что одна и та же форма может быть применена к имитаторам с разными привычными названиями. Так, форма «Цилиндр» относятся к диску, таблетке, втулке, стержню и пр., а некоторые привычные термины, например, длина, высота, ширина, толщина, глубина могут относиться к разным формам.
Преподаватель обращает внимание ученика, что учебная база данных учитывает разные привычные названия у одной формы и это не позволит ученику ошибиться. Однако ошибки возможны, когда ученик, например, определяет цилиндрическую поверхность большого радиуса как плоскость, или не замечает часть цилиндрической поверхности из-за малых размеров фрагмента.
При анализе результатов идентификации преподаватель оценивает полноту форм, обнаруженных учеником, правильность их идентификации, погрешности измерения малых и больших размеров, обнаруженные и пропущенные особенности конструкции имитатора. На основании этого преподаватель либо предлагает ученику повторить идентификацию с другим образцом, либо делает вывод о готовности ученика к идентификациям реальных деталей. Таким образом решается задача создания способа обучения приемам идентификации деталей из ядерного материала.
В реальной ситуации эксперту для идентификации поступает неизвестная деталь из ядерного материала и у него имеется полная база данных по деталям ядерного материала. При обучении ученику поступает имитатор и имеется учебная база данных, но с ними ученик действует точно так же, как и эксперт, т.е. алгоритм идентификации одинаков.
Промышленная применимость
Наиболее эффективно выглядит использование предложенного способа в подготовке экспертов разных организаций, в том числе специалистов идентификационных центров, таможенных служб, офицеров МЧС и МВД, противодействующих незаконному обороту ядерных материалов.
При обучении должны соблюдаться требования надежности идентификации и исключения набираемой человеком дозы внешнего облучения. Во время обучения ученик работает в условиях максимально повторяющих вероятные события, но не подвергается вредному радиоактивному воздействию на него и не связан с организационными вопросами обеспечения ручных операций с ЯМ. Описанный вариант способа позволяет более точно моделировать ситуацию, когда в руки правоохранительных органов попадают радиоактивные материалы из незаконного оборота. Это расширяет диапазон способов обучения алгоритмам идентификации деталей ядерного материала, в том числе по их фрагментам и дистанционно по цифровым фотографиям и трехмерным моделям, переданным по электронным каналам связи в идентификационный центр с места задержания детали.
В целом, рассмотренный вариант выполнения изобретения может быть реализован на существующем в настоящее время оборудовании с использованием имеющихся материалов. Это показывает его работоспособность и подтверждает промышленную применимость.