РАДИАЦИОННЫЙ МОНИТОР

Полезная модель относится к области радиационного мониторинга, к контролю несанкционированного перемещения ядерных материалов и радиоактивных веществ.
Известен радиационный монитор типа SPM-904 производства компании TSA Systems ltd, содержащий двухстоечный портал, размещенные в портале блоки детектирования γ-излучения и нейтронов на основе органических пластмассовых сцинтилляторов, каждый из которых содержит узел высоковольтного питания детекторов, усилитель импульсов, дискриминатор и аналого-цифровой преобразователь, соединенный с ними блок питания и управления, содержащий узел низковольтного питания электронных схем, электронную систему обработки сигналов, узел световой и звуковой сигнализации. Каталог компании TSA Systems ltd. Longmont, СО 80502, 1995. Аналог.Монитор имеет большой порог обнаружения, большие габаритные размеры, большую массу, большую стоимость.
3
Известен радиационный монитор, предназначенный для регистрации радиоактивных излучений, при перемещении через него ядерных материалов и радиационно-опасных веществ. Монитор, содержит блок детектирования нейтронного излучения из счетчиков медленных нейтронов, выполненных на основе Не, блок детектирования гамма-излучения, датчики обнаружения объекта, а также выносной блок с пультом управления с микро-ЭВМ, сирену и исполнительное устройство, а также модем для передачи информации о результатах детектирования. Пешеходный радиационный монитор гамма-нейтронного излучения КСАР1У.031-ДОЗОР, ФГУП НТЦ «Ядерно-физические исследования». Рекламный проспект.Прототип.
3
Недостатком прототипа является большой порог обнаружения по нейтронному излучению материалов, испытывающих спонтанное деление, большой фоновый счет нейтронов, высокое напряжение питания нейтронных детекторов, большая стоимость Не-счетчиков и их дефицит.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков и повышение эффективности работы устройства, уменьшение порога обнаружения монитора, повышение надежности.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение порога обнаружения монитора, повышение надежности.
Технический результат достигается тем, что в радиационном мониторе, содержащем детекторы на основе газовых счетчиков, помещенных в замедлитель нейтронов и содержащем схему высоковольтного питания детекторов, усилитель импульсов, дискриминатор и аналого-цифровой преобразователь, соединенный с ними блок питания и управления с узлом низковольтного питания электронных схем, электронную систему обработки сигналов, световую и звуковую сигнализацию, блоки детектирования установлены в зоне минимальной чувствительности радиационного монитора и содержат, по крайней мере, один счетчик на основе изотопа В, прикрытый замедлителями нейтронов, из полиэтиленовых пластин с лицевой и тыльной стороны, при этом толщина замедлителя с лицевой стороны 2-3 см, а толщина замедлителя с тыльной стороны более 4 см.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1-3.
На фиг.1 схематично представлен радиационный монитор, где:
3
10 В
а
1 - блоки детектирования размером 400×200×50 мм; 2 - счетчик на основе изотопа ; 3 и 3 - замедлители нейтронов; в виде полиэтиленовых пластин толщиной 20 и 40 мм, расположенных с лицевой и тыльной стороны блоков детектирования 1; 4 - узел электронных схем; 5 - высоковольтное питание; 6 - усилитель импульсов; 7 - дискриминатор с аналого-цифровым преобразователем; 8 - блок питания и управления; 9 - низковольтный узел питания электронных схем; 10 - электронная система обработки сигналов; 11 - микропроцессорное устройство со световой и звуковой сигнализацией.
10 В
На фиг.2 представлена блок-схема связи составляющих частей радиационного монитора, в процессе его работы на примере одного блока детектирования, где: 1 - блок детектирования; 2 - счетчик на основе изотопа ; 4 - узел электронных схем; 5 - высоковольтное питание; 6 - усилитель импульсов; 7 - дискриминатор с аналого-цифровым преобразователем; 8 - блок питания и управления; 9 - низковольтный узел питания электронных схем; 10 - электронная система обработки сигналов; 11 - микропроцессорное устройство со световой и звуковой сигнализацией.
а
10 В
На фиг.3 представлен счет нейтронов как функция толщины замедлителей 3 и 3 счетчика 2 на основе изотопа, , расположенных на лицевой стороне (прерывистая кривая) и тыльной стороне (сплошная кривая).
Радиационный монитор работает следующим образом:
Включают монитор и осуществляют контроль прибора в автоматическом режиме. Переключают монитор в рабочий режим, в котором измеряют текущее фоновое нейтронное излучение.
10 В
10 В
В случае появления в зоне радиационного монитора радиоактивного материала нейтроны попадают в блок детектирования 1, проходят замедлитель нейтронов 3, где часть их замедляется и попадает в счетчик 2 на основе изотопа , вызывая реакцию с образованием альфа-частиц и изотопа лития, не замедлившиеся нейтроны проходят далее в замедлитель 3а, где замедляются и отражаются обратно в счетчик на основе изотопа , дополнительно образуя альфа-частицы и ионы лития.
Альфа-частицы и ионы лития, ионизируя газ, дают в конечном итоге импульсы напряжения, которые и регистрируют.Количество импульсов напряжения пропорционально количеству образовавшихся альфа-частиц и бомбардирующих нейтронов.
В борном счетчике происходит реакция:
,
7
10 В
образуются α-частицы и ионы Li. Происходит ионизация газа, заполняющего внутренний объем газового счетчика 2 на основе изотопа , с образованием электронов.
Электрические импульсы, попадают на вход усилителя 6, а после усиления на дискриминатор с аналого-цифровым преобразователем 7, который в соответствии с установленным заранее уровнем отсекает шумовые импульсы меньшей амплитуды и пропускает импульсы большей амплитуды.
Аналого-цифровой преобразователь, преобразует импульсы в цифровую форму. По линии связи цифровой сигнал направляют в электронную систему обработки сигналов 10, где производят их обработку в цифровом виде по алгоритму скользящего среднего.
Фиксируют наличие или отсутствие превышения регистрируемого излучения над уровнем фона.
В случае неработоспособности монитора сигнал поступает на лицевую панель блока питания и управления 8.
При работоспособности монитора по значению фона с помощью электронной системы обработки сигналов 10 определяют порог регистрации L как , где z - коэффициент (квантиль нормального распределения), зависящий от принятой вероятности ложных срабатываний.
Переводят монитор в режим работы, в котором непрерывно или только при наличии объекта контроля проводят измерения и сравнивают полученный счет с порогом регистрации L.
В случае превышения счетом порога регистрации выдают сигнал тревоги через микропроцессорное устройство 11 со световой и звуковой сигнализацией, зажигают фотодиод красного цвета и включают зуммер на блоке питания и управления 8.
Если превышения над порогом регистрации нет, то в зависимости от установленных рабочих параметров либо обновляют фон, учитывая предыдущие измерения (динамический режим работы), либо оставляют фоновый счет неизменным (статический режим работы). Питание электронных схем напряжением 24 В осуществляют с выхода низковольтного узла питания электронных схем 9.
фон
а
10 В
Уменьшение порога обнаружения монитора достигается за счет меньшего фона, соответствующего борному счетчику N, расположения блоков детектирования 1 в зоне минимальной чувствительности, которую определяют экспериментально на основании отклика радиационного монитора на излучение тестового источника, расположенного с шагом 10 см по всему объему контролируемого пространства, в нижней точке середины контролируемого объема. А также определенных значений толщин замедлителей, расположенных на лицевой стороне 3 и тыльной стороне 3счетчика 2 на основе изотопа .
10 В
При толщине замедлителя 3 до 3 см располагают полиэтилен на лицевой стороне счетчика 2 на основе изотопа . Дальнейшее увеличение его толщины приводит к уменьшению счета.
а
10 В
При расположении замедлителя 3 на тыльной стороне счетчика 2 на основе изотопа  максимальный рост счета наблюдается до толщины полиэтилена в 4 см.
Увеличение счета происходит и далее, но уже с меньшим градиентом.
10 В
10 В
10 В
а
Таким образом, толщина замедлителя 3 в 2-3 см с лицевой стороны счетчика 2 на основе изотопа  и толщина замедлителя 3 счетчика 2 на основе изотопа  более 4 см с тыльной стороны счетчика 2 на основе изотопа  обеспечивают максимальный отклик детектора 1, т.е., минимальный порог обнаружения. В качестве рабочих толщин выбраны их минимальные оптимальные значения для обеспечения минимальной массы и габаритов блока детектирования 1 (2 и 4 см, соответственно).
Повышение надежности достигается за счет меньшего напряжения питания детекторов.
В таблице приведены сравнительные характеристики счетчиков.
Таблица
Тип счетчика
U<sub>пит</sub>, кB
Фон, с<sup>-1</sup>
Порог обнаружения, г плутония
Стоимость монитора, отн.ед.
<sup>3</sup>He
1,25
0,19
90
1,5
<sup>10</sup>B
0,575
0,04
30
1