ПЕШЕХОДНЫЙ РАДИАЦИОННЫЙ МОНИТОР

Полезная модель относится к области средств обнаружения и контроля уровня ионизирующего излучения и наиболее эффективно может быть использовано для выявления несанкционированного перемещения ядерных материалов (ЯМ) и радиоактивных веществ (РВ) персоналом предприятий ядерно-энергетического, ядерно-оружейного комплекса и других учреждений, вовлеченных в процессы производства, хранения, переработки или транспортировки ЯМ и РВ.
Известен монитор радиационный портальный (Свидетельство РФ №9318, МПК G 01 T 1/167, дата подачи заявки 1998.06.23, дата публикации 1999.02.16), содержащий две измерительные колонны с блоками детектирования гамма-излучения и блоками детектирования нейтронов и соединенный с колоннами блок электроники. В каждой измерительной колонне расположены три блока детектирования гамма-излучения, один блок детектирования размещен в верхней части колонны по середине ее длины, а два других - в нижней части по краям длины колонны. Блоки детектирования нейтронов расположены в порядке чередования с блоками детектирования гамма-излучения. Недостатками известного монитора радиационного портального являются:
- блок электроники не входит в состав измерительных колонн, выполнен в виде выносного блока, связан с колоннами кабелями и должен располагаться в закрытом помещении, например, в караульном помещении контрольно-пропускного пункта, что усложняет установку радиационного монитора на месте эксплуатации и требует прокладки дополнительных кабельных трасс;
- требуется индивидуальное согласование выходных сигналов каждого блока детектирования с входными устройствами блока электроники, что исключает взаимозаменяемость блоков детектирования без дополнительной подстройки, ограничивает расстояние между измерительными колоннами и блоком электроники, а также усложняет процесс настройки монитора;
- большее количество блоков детектирования гамма-излучения в нижней части колонны по сравнению с верхней создает неоднородность чувствительности к гамма-излучению, определенной вдоль вертикальной оси симметрии монитора.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для обнаружения радиоактивных материалов (Патент РФ №2129289, МПК G 01 T 1/167, дата подачи заявки 1998.01.20, дата публикации 1999.04.20), который включает блок детектирования
гамма-излучения, блок детектирования нейтронов, датчики присутствия объекта, датчик несанкционированного доступа, контроллер, систему световой и звуковой сигнализации, блок питания и пульт управления. Контроллер представляет собой микропроцессорное устройство, соединенное с блоками детектирования гамма-излучения и нейтронов, датчиками присутствия объекта, датчиком несанкционированного доступа, системой световой и звуковой сигнализации и пультом управления. Блок питания обеспечивает работу устройства необходимой электрической энергией. Блок детектирования гамма-излучения состоит из сцинтиллятора, в котором энергия гамма-квантов преобразуется в световую вспышку; световода, по которому световая вспышка транспортируется к фотоэлектонному умножителю; фотоэлектонного умножителя, в котором световая вспышка трансформируется в электрический сигнал; усилителя-формирователя этих сигналов; амплитудного дискриминатора уровня сигналов. Блок детектирования нейтронов состоит из полиэтиленового замедлителя нейтронов, заполненного гелием (Не-3) счетчика медленных нейтронов, усилителя-формирователя сигналов со счетчика и амплитудного дискриминатора уровня сигналов.
Недостатками известного устройства для обнаружения радиоактивных материалов являются:
- использование в блоке детектирования гамма-излучения одного фотоэлектронного умножителя не позволяет снизить электронными методами влияние его шумов на порог обнаружения (особенно при высоких температурах окружающей среды) и, соответственно, обеспечить стабильность порога обнаружения в широком диапазоне температур;
- наличие в блоке детектирования гамма-излучения световода делает их не технологичными, сложными в изготовлении, снижает устойчивость к воздействию внешних факторов и ограничивает сцинтиллятор в изменении своих размеров (длина, ширина, высота);
- наличие в составе устройства для обнаружения радиоактивных материалов только одного типа блока детектирования гамма-излучения не позволяет оптимально обеспечить однородность чувствительности к гамма-излучению для заданной высоты контролируемого пространства, определенной вдоль вертикальной оси симметрии устройства;
- отсутствие связи с внешней ЭВМ не позволяет оперативно проверять работу устройства для обнаружения радиоактивных материалов в различных режимах, тестировать работу гамма- и нейтронных каналов обнаружения и устанавливать параметры, определяющие работу устройства;
- неавтоматизированность работы устройства для обнаружения радиоактивных материалов, обусловленная тем, что устройство работает под внешним управлением (о чем говорит наличие в его составе внешнего пульта управления).
Заявляемый пешеходный радиационный монитор устраняет указанные недостатки прототипа и решает следующие задачи:
- регистрирует гамма-излучение и нейтроны, с высокой чувствительностью и однородностью в любой точке по высоте контролируемого пространства;
- обеспечивает стабильность основных характеристик и надежность работы монитора в широком диапазоне температур;
- обеспечивает связь с внешней ЭВМ для оперативной проверки работы монитора.
При этом обладает следующими преимуществами:
- технологичностью изготовления, сборки и настройки;
- простотой и удобством в эксплуатации;
- возможностью создавать различные модификации пешеходных радиационных мониторов, отличающихся, как по составу блоков детектирования, так и по ширине контролируемого пространства.
Задачи решаются следующим образом. В пешеходный радиационный монитор, включающий датчики присутствия объекта, датчики несанкционированного доступа, блок детектирования гамма-излучения, блок детектирования нейтронов, блок управления системой детектирования и систему световой и звуковой сигнализации введены блок детектирования гамма-излучения и выносной индикатор CAN, при этом блок управления системой детектирования соединен с блоками детектирования гамма-излучения и нейтронов, датчиками присутствия объекта, системой световой и звуковой сигнализации и датчиками несанкционированного доступа.
Пешеходный радиационный монитор состоит из двух измерительных колонн, в состав которых входят: блоки детектирования гамма-излучения, блоки детектирования нейтронов, датчик несанкционированного доступа, блок световой и звуковой сигнализации и, в состав одной из колонн - блок управления системой детектирования.
3
3
Блоки детектирования гамма-излучения конструктивно выполнены в виде «моноблока» и состоят из сцинтиллятора на основе полистирола, представляющего параллелепипед, один из которых объемом не менее 10000 см и длиной не менее 100 см, другой объемом не менее 5000 см и длиной не менее 50 см, и окруженного светоотражающими покрытиями, двух фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), закрепленных на незащищенном светоотражающим материалом торце пластикового сцинтиллятора, высоковольтного источника питания для ФЭУ, усилителя-формирователя сигналов с
ФЭУ, устройства амплитудно-временного отбора сигналов с ФЭУ, защитного кожуха с разъемом для питания блока детектирования и съема с него логических сигналов, поступающих на блок управления системой детектирования. Наличие устройства амплитудно-временного отбора снижает влияние шумов ФЭУ при высоких температурах окружающей среды (до +50°С) и, соответственно, уменьшает порог обнаружения ЯМ и РВ.
Блок детектирования нейтронов также представляет собой «моноблок» и включает в себя: Не-3 пропорциональный счетчик объемом не менее 0,8 литров, длиной не менее 100 см и помещенный в полиэтиленовый замедлитель, высоковольтный источник питания пропорционального счетчика, предусилитель-формирователь сигналов со счетчика, дискриминаторы верхнего и нижнего уровня, защитный кожух с разъемом для питания блока детектирования и съема с него логических сигналов поступающих на блок управления системой детектирования. Дискриминаторы верхнего и нижнего уровня обеспечивают отбор сигналов с пропорционального счетчика соответствующих регистрации нейтронов.
«Моноблочная» структура построения блоков детектирования гамма-излучения и нейтронов обеспечивает взаимозаменяемость блоков без их перенастройки, повышает устойчивость к воздействию внешних факторов.
Расположение двух модификаций блоков детектирования гамма-излучения в измерительной колонне выполнено таким образом, чтобы обеспечить однородность чувствительности по заданной высоте пешеходного радиационного монитора к гамма-излучению не более ±15%, определенной вдоль вертикальной оси симметрии монитора.
Блок управления системой детектирования включает в себя микропроцессор, плату обработки и управления и блок питания. Блок управления системой детектирования соединен с блоками детектирования, системой световой и звуковой сигнализации, датчиками присутствия объекта и датчиками несанкционированного доступа.
Система звуковой и световой сигнализации состоит из двух блоков: блока световой и звуковой сигнализации и выносного индикатора - CAN (ВИ-CAN). Блок световой и звуковой сигнализации устанавливается в измерительной колонне. ВИ-CAN размещается в караульном помещении контрольно-пропускного пункта. ВИ-CAN помимо звукового излучателя и светодиодных излучателей содержит релейный выход для оповещения внешнего контура охраны об обнаружении ЯМ и РВ в контролируемом пространстве монитора, кнопку «Сброс» и разъем РС-4 для подключения и внешней ЭВМ. С помощью внешней ЭВМ и сервисной программы проверяется работа пешеходного радиационного монитора в различных режимах, тестируется работа гамма- и нейтронных
каналов обнаружения и устанавливаются параметры, определяющие работу монитора. В случае обнаружения ЯМ или РВ кнопка «Сброс» переводит монитор в исходное состояние.
При открывании дверей измерительных колонн во время работы монитора срабатывают датчики несанкционированного доступа и подается сигнал на блок управления системой детектирования.
Заявляемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-2, где на фиг.1 представлен внешний вид пешеходного радиационного монитора, где обозначено:
1 - измерительные колонны;
2 - датчики присутствия объекта;
3 - блок световой и звуковой сигнализации;
4 - выносной индикатор - CAN.
На фиг.2 представлена структурная схема пешеходного радиационного монитора, где обозначено:
2 - датчики присутствия объекта;
3 - блок световой и звуковой сигнализации;
4 - выносной индикатор - CAN;
5 - блоки детектирования гамма-излучения;
6 - блоки детектирования нейтронов;
7 - датчики несанкционированного доступа;
8 - блок управления системой детектирования.
Пешеходный радиационный монитор, содержит две измерительные колонны 1 с расположенными в них датчиками присутствия объекта 2, блоком световой и звуковой сигнализации 3, блоками детектирования гамма-излучения 5, блоками детектирования нейтронов 6, датчиками несанкционированного доступа 7, и блоком управления системой детектирования 8, который соединен с блоками детектирования гамма-излучения 5 и нейтронов 6, датчиками присутствия объекта 2, датчиками и несанкционированного доступа 7 и системой световой и звуковой сигнализации, состоящей из блока световой и звуковой сигнализации 3 и выносного индикатора CAN (ВИ-CAN) 4, имеющего релейный выход для оповещения внешнего контура охраны об обнаружении ядерных материалов или радиоактивных веществ в контролируемом пространстве, кнопку «Сброс» для перевода монитора в исходное состояние, разъем для подключения к внешней ЭВМ и установленного в караульном помещении контрольно-пропускного пункта. Блоки детектирования гамма-излучения 5 состоят из пластикового сцинтиллятора в форме параллелепипеда со светоотражающими покрытиями, один из
3
3
раллелепипеда со светоотражающими покрытиями, один из которых объемом не менее 10000 см и длиной не менее 100 см, другой объемом не менее 5000 см и длиной не менее 50 см, двух фотоэлектронных умножителей, закрепленных на незащищенном светоотражающим материалом торце пластикового сцинтиллятора, высоковольтного источника питания для фотоэлектронных умножителей, усилителя-формирователя сигналов с фотоэлектронных умножителей, устройства амплитудно-временного отбора сигналов с фотоэлектронных умножителей, защитного кожуха с разъемом для питания блока детектирования гамма-излучения и съема с него логических сигналов, поступающих на блок управления системой детектирования 8. Блоки детектирования нейтронов 6 состоят из Не-3 пропорционального счетчика объемом не менее 0,8 литров и длиной не менее 100 см и помещенного в полиэтиленовый замедлитель, высоковольтного источника питания пропорционального счетчика, предусилителя-формирователя сигналов со счетчика, дискриминаторов верхнего и нижнего уровня, защитного кожуха с разъемом для питания блока детектирования нейтронов 6 и съема с него логических сигналов, поступающих на блок управления системой детектирования 8. Блок управления системой детектирования 8 содержит микропроцессор, плату обработки и управления и блок питания.
Управление работой пешеходного радиационного монитора (МП) осуществляет блок управления системой детектирования 8, который обрабатывает информацию, поступающую от блоков детектирования гамма-излучения 5, блоков детектирования нейтронов 6, датчиков присутствия объекта 2, датчиков несанкционированного доступа 7 и вырабатывает управляющие сигналы на систему звуковой и световой сигнализации 3, 4.
МП имеет четыре основных режима работы: «Прогрев», «Набор фона», «Ожидание» и «Измерение».
Включение МП осуществляется подачей на него напряжения от внешней сети. После подачи питания на МП он автоматически переходит в режим «Прогрев». На старте режима подается короткий звуковой сигнал. Режим «Прогрев» предназначен для приостановки работы МП на время выхода аналоговых устройств в рабочий режим. В этом режиме, чередуясь с интервалом в 1 секунду, мигают красный и желтый индикаторы на блоке световой и звуковой сигнализации 3 и ВИ-CAN 4.
По окончании прогрева МП переходит в режим «Набор фона». В режиме набора фона происходит тестирование блоков детектирования 5 и 6 и набор значений скорости счета фонового гамма- и нейтронного излучений. При старте и при завершении режима подается короткий звуковой сигнал, на блоке световой и звуковой сигнализации 3 и ВИ-CAN 4 с интервалом в 1 секунду мигает желтый индикатор. Набранные значения
скорости счета будут в дальнейшем являться базовыми при принятия решения о наличии ЯМ или РВ у объекта измерения. Во время набора фона доступ в контролируемое пространство МП (пространство, ограниченное расстоянием между измерительными колоннами 1 и их высотой) запрещен. При срабатывании датчиков присутствия 2 подается продолжительный звуковой сигнал, и набор фона прекращается. После удаления из контролируемого пространства МП объекта, вызвавшего срабатывание датчиков присутствия 2, набор фона продолжается.
После завершения набора фона МП переходит в режим «Ожидание» и на блоке световой и звуковой сигнализации 3 и ВИ-CAN 4 загорается зеленый индикатор. В отсутствие объекта измерения МП производит автоматическое слежение за изменением фона и периодический контроль состояния блоков детектирования 5 и 6. При изменении радиационной обстановки в месте расположения МП выше заданной подается короткий звуковой сигнал, на блоке световой и звуковой сигнализации 3 и ВИ-CAN 4 с интервалом в 1 секунду мигает желтый индикатор. По истечении 5 секунд или при нажатии кнопки «Сброс» на ВИ-CAN 4 монитор возвращается в режим «Ожидание». На блоке световой и звуковой сигнализации 3 и ВИ-CAN 4 загорается зеленый индикатор.
В случае выхода из строя одного из блоков детектирования 5 и 6 неисправный блок детектирования автоматически отключается и осуществляется передача сообщения на внешнюю ЭВМ. МП продолжает находиться в режиме «Ожидание», при этом порог обнаружения монитора ухудшается.
После появления объекта в контролируемом пространстве датчики присутствия 2 вырабатывают соответствующий сигнал, МП прекращает отслеживание фона и переходит в режим «Измерение». На блоке световой и звуковой сигнализации 3 и ВИ-CAN 4 гаснет зеленый индикатор и загорается желтый.
В режиме «Измерение» производится анализ содержимого счетных каналов, набранного за заданный период времени от срабатывания датчиков присутствия 2. В случае превышения интенсивности гамма- или нейтронного излучения над порогом обнаружения, заданным относительно уровня фона, подается длительный звуковой сигнал, на блоке световой и звуковой сигнализации 3 и ВИ-CAN 4 загорается красный индикатор, сопровождаемый мигающим желтым или зеленым индикатором. Сочетание горящего красного и мигающего зеленого индикатора соответствует обнаружению по каналу регистрации гамма-излучения, горящего красного и мигающего желтого означает обнаружение по каналу регистрации нейтронов, а горящего красного с мигающими желтым и зеленым - обнаружение одновременно по каналу регистрации гамма-излучения и по каналу регистрации нейтронов.
При обнаружении ЯМ или РВ работа МП приостанавливается. После удаления объекта контроля из контролируемого пространства МП, нажатием кнопки «Сброс» на ВИ-CAN 4 или автоматически через 20 секунд монитор переводится в режим «Ожидание».
В случае отсутствия ЯМ или РВ у объекта по окончании процедуры контроля на блоке световой и звуковой сигнализации 3 и ВИ-CAN 4 гаснет желтый индикатор и загорается зеленый, после чего МП готов к продолжению работы.
При открывании дверей измерительных колонн 1 срабатывают датчики несанкционированного доступа 7 и подается продолжительный звуковой сигнал.
Использование пешеходного радиационного монитора на различных предприятиях повышает достоверность результатов измерений и эффективность противодействия незаконному обороту ядерных материалов и радиоактивных веществ.