Способ контроля пространственной конфигурации источников ионизирующего излучения в закрытых объемах и устройство для его осуществления

Способ контроля пространственной конфигурации источников ионизирующего излучения в закрытых объемах и устройство для его осуществления

Реферат

 

Использование: контроль постоянства пространственной конфигурации, в частности количества источников излучения в закрытых объемах, например боеголовок под обтекателями баллистических ракет. Сущность изобретения: параллельно с однократным проведением визуального контроля производят измерения интенсивности излучения в совокупности контрольных точек, геометрически жестко привязанных к поверхности объекта, и полученную совокупность используют в дальнейшем в качестве эталонной для сравнения с соответствующими значениями, получаемым в ходе очередных проверок по аналогичной схеме, но без проведения визуального контроля. В устройстве блок детектирования выполнен в виде гибкой, например, матерчатой ленты, на которой размещены с фиксированным шагом отдельные датчики излучения с различающейся амплитудой выходных импульсов, а в качестве регистратора использован амплитудный анализатор, на вход которого подаются сигналы одновременно со всех датчиков по одному кабельному каналу. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к радиационной технике и может использоваться для контроля постоянства или соответствия эталону, конфигурации (в том числе количества, при стабильной схеме размещения) источников проникающего излучения, размещенных в закрытых объемах без непосредственного доступа к источникам.

Необходимость такого контроля возникает, например, при проведении инспекций по международным договорам по сокращению и уничтожению ядерного оружия, когда необходимо убедиться, что предъявленный к инспекции объект содержит то количество боеголовок, которое предусмотрено договором для данного типа ракет.

Кроме того, способ может применяться при контроле соответствия стандарту сборок тепловыделяющих элементов реакторов или контроле хранилищ радиоактивных материалов.

В настоящее время указанные задачи решаются путем визуального контроля, т.е. при непосредственном доступе к источникам, в частности к боеголовкам.

При проведении визуального контроля количества боеголовок производится вскрытие защитных сооружений пусковой установки в присутствии и под наблюдением инспекторов, затем производится отстыковка головной части и ее помещение в транспортное средство, предварительно осмотренное инспекторами, для транспортировки в место, предназначенное для частичной разборки головной части. Транспортировка осуществляется под непрерывным наблюдением инспекторов, а по прибытию на место они осматривают помещение для разборки, чтобы убедиться в отсутствии там боеголовок или мест, где возможно их скрытие. После этого инспектируемой стороной производится частичная разборка головной части ракеты, позволяющая визуальный осмотр пространства под обтекателем инспекционной группой.

После осмотра все действия осуществляются в обратной последовательности и инспекция считается завершенной.

Однако при визуальном контроле количества боеголовок каждая инспекционная проверка включает ряд подготовительных операций, связанных с вскрытием пусковых установок, в том числе шахтных, отстыковку и извлечение головных частей ракет, их транспортировку к месту частичной разборки, снятие обтекателей, подготовку к показу инспекторам и ряд других. При большом объеме ежегодных инспекций, удаленности и трудной доступности большинства инспекционных объектов проведение таких операций означает необходимость значительных трудозатрат, финансовых вложений и масштабных транспортных операций.

Предложенный способ контроля основан на том, что изменение пространственной конфигурации, в частности количества источников внутри закрытого объема (например под обтекателем РГЧ), неизбежно приведет к изменению пространственного распределения потоков проникающего излучения (нейтронного и гамма) снаружи закрытого объекта, что может быть установлено известными радиометрическими методами. Способ контроля заключается в том, что в отличие от визуального контроля при каждой инспекционной проверке, в ходе однократной визуальной инспекции, до начала извлечения головной части из пусковой установки (или после ее установки на место) производится измерение потока излучения, например нейтронного, в нескольких точках вблизи поверхности обтекателя, схема размещения этих контрольных точек по отношению к поверхности объекта фиксируется. В дальнейшем значения интенсивности излучения в этих точках используются в качестве "радиационного паспорта" данного типа объекта (ракеты). Если проведение радиационных измерений непосредственно внутри пусковой установки невозможно, эта операция может быть проведена после помещения головной части в транспортный (стыковочный) агрегат. В дальнейшем визуальный контроль количества боеголовок проводится только в том случае, если инспекцией зафиксировано несовпадение радиационного паспорта контролируемого объекта с опорным, полученным в ходе первичной визуальной инспекции. Учитывая, что данные измерений интенсивности потоков излучения неизбежно носят статистический характер, сравнение рабочего и эталонного паспорта должно проводится с использованием известных статистических критериев проверки гипотез, например с помощью теста "хи-квадрат". Таким образом, использование метода радиационной паспортизации позволяет ограничить визуальный показ содержимого закрытого объекта однократной акцией такого рода и избежать в ходе очередных инспекций большинства транспортно-стыковочных операций.

Технический результат достигается благодаря измерению потоков излучения в контрольных точках, жестко привязанных к геометрии объекта: использованию в качестве индикатора отклонения конфигурации источников от эталонной пространственного распределения потоков излучения; ограничению необходимости визуального контроля его однократным проведением и состоит в упрощении известного способа за счет исключения из контрольной процедуры большинства транспортно-стыковочных и подготовительных операций при проведении очередных инспекций.

Способ контроля пространственной конфигурации источников излучения в закрытых объектах может быть осуществлен с использованием известных средств (устройств) детектирования излучения. В качестве аналогов таких средств можно указать, например, серийно выпускаемый радиометр СРПС-2, а также устройство для определения суммарной активности гамма-излучения, испускаемого телом [1] и интегральный детектор радиоактивного излучения [2].

Во всех устройствах, выбранных в качестве аналогов, основными составными частями являются блоки детектирования (датчики), соединенные кабельным каналом с регистратором. В двух последних устройствах применены несколько датчиков, что во французском патенте представляет собой просто дублирование однодатчиковой системы, а в японском устройстве регистрация сигналов с разных датчиков осуществляется последовательно во времени, путем перекоммутации кабельных каналов с одного датчика на другой.

В качестве прототипа выбран серийный радиометр СРПС-2 [3]. Он состоит из блока детектирования на основе гелиевых счетчиков нейтронного излучения, который связан с блоком регистрации кабельным каналом, по которому осуществляется передача информации от датчика к регистратору и подается электропитание.

Способ предусматривает измерение интенсивности излучения в большим количестве точек, геометрически жестко привязанных к поверхности объекта. Таким образом, блок детектирования (датчик) должен последовательно размещаться в контрольных точках; в каждой из них производится сеанс измерений с ручной или автоматической записью результата, а совокупность измеренных значений используется в качестве радиационного паспорта. Измерениям в этом случае должна предшествовать разметка контрольных точек на поверхности объекта, так как существенным условием реализации способа должна быть их жесткая привязка к геометрии контролируемого объекта и точное воспроизведение геометрии измерений при последующих контрольных замерах.

Перемещение датчика из одной контрольной точки в другую и его фиксация на время сеанса измерений может осуществляться вручную, что затрудняет точное воспроизведение геометрии измерений за счет влияния оператора на пространственную структуру радиационного поля (искажения за счет рассеяния должны отсутствовать или быть строго одинаковыми в эталонных и контрольных замерах). В случае же использования для перемещения и фиксации датчика механических приспособлений способ теряет универсальность (для каждого объекта должна быть своя дополнительная оснастка) и в значительной мере снижаются его преимущества, связанные с экономией средств, по сравнению с визуальным контролем, так как, исключив ряд транспортно-стыковочных операций с головными частями ракет, вместо них будет необходимо ввести ряд аналогичных операций с контрольным оборудованием, его установкой и отладкой на месте инспекции т. п. Кроме того, в условиях, например, шахтной пусковой установки, механическая оснастка для перемещения и фиксации датчика должна отвечать чрезвычайно жестким габаритным требованиям и может оказаться неприемлемой.

Для ускорения процедуры осуществления предлагаемого способа с помощью известных средств радиационного контроля может быть предложен вариант, когда измерения производятся одновременно в нескольких или во всех контрольных точках. В этом случае при использовании прототипа потребуется решение проблемы фиксации большого числа датчиков в контрольных точках и многократное дублирование измерительных средств (по числу контрольных точек).

Целью изобретения является обеспечение универсальности устройства, т.е. возможность его использования на объектах различной геометрической формы; обеспечение проведения измерений одновременно в нескольких или во всех контрольных точках, что уменьшает суммарное время контрольной процедуры; обеспечение надежной воспроизводимости геометрии контрольных точек без использования предварительной разметки или каких-либо механических устройств; обеспечение сбора информации со всех контрольных точек по одному кабельному каналу связи с регистратором, что позволяет достичь существенной экономии кабельного материала и повысить надежность системы в целом за счет уменьшения количества коммутационных элементов.

Для этого в предложенном устройстве блок детектирования выполнен в виде совокупности отдельных датчиков излучения, закрепленных на гибкой, например, матерчатой ленте (в виде патронташа) и соединенных с регистратором одним информационным кабелем. Каждый датчик (также как и чувствительный блок прототипа) снабжен усилителем-формирователем выходного сигнала, однако амплитуда выходного импульса каждого датчика различна и однозначно соответствует номеру датчика в их совокупности. В качестве регистратора используется любой серийно выпускаемый амплитудный анализатор, позволяющий разделить импульсы, поступающие на вход, по их амплитуде, а следовательно, в соответствии с номером датчика. Применение амплитудного анализатора в качестве регистратора позволяет использовать для обработки, хранения и анализа информации широкий спектр известных методов, разработанных первоначально для спектрального анализа излучения, и легко осуществить связь с любым компьютером без необходимости разработки специальных дополнительных средств.

В процессе измерений лента с датчиками накладывается на поверхность контролируемого объекта, при этом гибкость обеспечивает приспособляемость измерительной системы практически к любой геометрии объекта, а постоянное расположение датчиков на ленте автоматически обеспечивает воспроизводимость геометрии контрольных точек при последующих измерениях с такими же объектами. В конструкции каждого датчика используются известные технические решения, применяемые в дозиметрической и исследовательской аппаратуре, в частности в конкретно реализованном варианте применены датчики на основе цилиндрических счетчиков нейтронов СИ14Н с гелий-3 наполнением, окруженных полиэтиленовым замедлителем для повышения чувствительности к быстрым нейтронам и кадмиевой оболочкой для уменьшения влияния рассеянного нейтронного излучения.

Технический результат достигается благодаря использованию нескольких датчиков с одним регистратором для проведения измерений одновременно в нескольких точках; размещению датчиков на гибкой ленте (с фиксированным шагом) для обеспечения приспособляемости измерительной системы к объектам различной геометрии и воспроизводимости геометрии контрольных точек в последующих измерениях; использование амплитудной кодировки для передачи информации со всех датчиков по одному кабельному каналу; использованию в качестве регистратора амплитудного анализатора для обеспечения разделения информации, поступающей по единственному кабельному каналу в соответствии с номером датчика и возможности использования стандартных компьютерных средств обработки, хранения и анализа информации без дополнительных разработок.

На чертеже схематически изображены два варианта использования устройства для измерения интенсивности излучения в контрольных точках на поверхности контролируемых объектов (транспортно-стыковочного агрегата и пускового контейнера в шахтной пусковой установке).

Практическая проверка способа и устройства для его осуществления проведена с макетным вариантом устройства с 20-ю нейтронными датчиками 1, размещенными на брезентовой ленте 2 длиной 20 м. Датчики могут размещаться на ленте с шагом, кратным 20 см. В качестве регистратора 4 использован серийно производящийся анализатор СПИН-6000, соединенный по стандартному интерфейсу с портативным персональным компьютером Sharp-4641(5). Амплитуда выходных импульсов с датчика лежит в диапазоне 0,3...2,0 В. Устройство позволяет проводить измерения с объектами, габаритные размеры которых превышают 5-6 м (усредненный диаметр) без применения каких-либо дополнительных механических приспособлений. Суммарный вес системы в целом составил около 40 кг, включая источники питания. Оптимальное количество датчиков в устройстве должно выбираться из соображений компромисса между возможно большим их количеством и эксплуатационными характеристиками системы. Минимальное количество контрольных точек для составления радиационного паспорта определяется условием приблизительного соответствия расстояния между ними характерному расстоянию между отдельными источниками излучения в контролируемом объекте (или характерному расстоянию, на котором существенно изменяются характеристики источника сложной конфигурации) и габаритами контролируемой поверхности.

При проведении инспекции по описываемому способу с применением предложенного устройства осуществляется следующая последовательность операций. После вскрытия защитных сооружений пусковой установки или вывоза головной части ракеты в транспортном агрегате с места постоянного хранения, лента 3 с датчиками 1 закрепляется на поверхности обследуемого объекта (пускового контейнера или транспортного средства) в заранее выбранном сечении. Производится подключение блока детектирования (датчиков на ленте) к блоку регистрации 4 с помощью кабельного канала 3 и соединение блока регистрации с компьютером 5 по стандартному интерфейсу (при необходимости дальнейшей автоматизированной обработки данных). Затем производится включение блока регистрации 4, а по окончании времени экспозиции (в реальной ситуации 1-20 мин) производится сравнение значений счета в каналах анализатора, соответствующих отдельным датчикам, с соответствующими значениями, полученными ранее по аналогичному алгоритму в ходе первичной (эталонной) инспекции, совмещенной с однократным визуальным контролем по способу, описанному в прототипе. Сравнение производится с использованием известных математических процедур статистической проверки гипотез (например, по стандартному тесту хи-квадрат).

Технико-экономическая эффективность изобретения определяется возможностью полного (или частичного) исключения из инспекционной процедуры в отношении боеголовок транспортных, стыковочных и других операций, сокращением времени на проведение плановых инспекций, а также перспективами использования отдельных элементов изобретения (амплитудная кодировка в многодатчиковых системах и др.) в дозиметрическом и технологическом контроле в других отраслях народного хозяйства.

Формула изобретения

1. Способ контроля пространственной конфигурации источников ионизирующего излучения в закрытых объемах, включающий визуальный контроль пространства внутри объекта, отличающийся тем, что визуальный контроль для каждого типа объекта проводят однократно, перед его проведением или после него измеряют интенсивности излучения в совокупности контрольных точек, геометрически жестко привязанных к поверхности объекта, а полученную совокупность значений интенсивностей используют при последующих проверках в качестве опорной для сравнения с соответствующими значениями, полученными в ходе акции контроля в условиях, повторяющих условия опорных измерений.

2. Устройство для контроля пространственной конфигурации источников ионизирующего излучения в закрытых объемах, включающее блок детектирования и регистратор, связанные кабельным каналом, отличающееся тем, что блок детектирования выполнен в виде гибкой ленты, на которой с фиксированным шагом размещены отдельные датчики с различающейся амплитудой выходных импульсов, а в качестве регистратора использован амплитудный анализатор, вход которого подключен к всем датчикам через один общий кабельный канал.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что лента выполнена матерчатой.

РИСУНКИ

Рисунок 1