Способ радиационного контроля движущихся объектов

Способ радиационного контроля движущихся объектов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, конкретнее к измерению радиоактивности объектов, более конкретно к способам выявления радиоактивных источников в движущихся объектах. Наибольшее применение способ найдет при радиационно-экологическом мониторинге на пограничных контрольно-пропускных пунктах, авто- и железнодорожных станциях, аэропортах, пунктах приема на захоронение радиоактивных отходов, пунктах приема и переработки металлолома, вторичного сырья, промышленных и бытовых отходов, в автоматизированных системах контроля и учета перевозок природно-сырьевых ресурсов всеми видами транспорта.

Известен способ выявления радиоактивных источников в движущихся объектах, сущность которого заключается в том, что измеряется мощность дозы излучения движущегося объекта детекторами, установленными по ходу движения объекта, сравнение измеренных значений с заданными пороговыми величинами потока излучения, определяемыми заранее для объектов, не содержащих радиоактивные источники, и при превышении измеренных значений пороговых величин фиксируют наличие источника в движущемся объекте [1] (RU 2094821 С1, Бюл. №30 от 27.10.97 г.).

Недостатком известного способа является низкая надежность обнаружения низко интенсивных радиоизотопных источников излучения, что связано с большим влиянием объекта на уровень фона в зоне контроля и тем, что различные грузы по-разному воздействуют на поток фонового излучения: одни грузы, например металл, могут ослаблять поток излучения, а другие, например строительные материалы, могут увеличивать поток излучения в зоне контроля. Это приводит к тому, что источники, поток излучения которых меньше изменений фонового потока, вносимых объектом с грузом, не будут надежно обнаруживаться при контроле.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является способ радиационного контроля движущихся объектов, включающий регистрацию ионизирующего излучения в зоне контроля, по крайней мере, двумя детекторами, соосно расположенными с противоположных сторон пути, по которому следуют объекты, регистрацию моментов въезда объекта в зону контроля и выезда его из упомянутой зоны, измерение текущих значений потока излучения движущегося объекта в период времени между моментом въезда объекта в зону контроля и момента его выезда из упомянутой зоны, сравнение текущих значений потока излучения объекта с пороговым значением потока излучения. В процессе движения объекта производят вычитание текущих значений потока излучения, регистрируемого первым детектором, из текущих значений потока излучения, регистрируемого вторым детектором, сравнение текущих значений полученной разности потоков излучения одновременно с двумя пороговыми значениями разности потоков, одинаковыми по абсолютному значению, но противоположному по знаку относительно нулевого значения потока излучения, фиксацию момента превышения разности потоков излучения порогового значения, положительного относительно нулевого значения, и момента снижения разности потока ниже порога, отрицательного относительно нулевого значения. Пороговое значение в прототипе определяется как

где

N_ф - поток излучения фона, k - безразмерная величина, значение которой составляет 3-5.

Порог N_пор задается заранее исходя из уровня естественного фона. Указанный порог не зависит от того, как объект влияет на поток излучения в зоне контроля [2] (RU 2142145 С1. Бюл. №33 от 27.11.99 г.).

Недостатком известного способа является низкая надежность выявления радиоактивных источников, поток излучения которых меньше изменений потока излучения естественного фона, вносимых движущимися объектами, грузы которых могут как ослаблять, так и увеличивать поток излучения фона. Так, вагон, загруженный металлоломом, снижает уровень естественного фона в 1,5-2 раза, а вагон, загруженный строительными материалами, может, наоборот, увеличить поток излучения в зоне контроля в 1,5-2 раза. Такое непостоянство фона не позволяет надежно обнаружить источники, поток излучения которых меньше изменений, вносимых перевозимым грузом в поток излучения в зоне контроля.

Кроме того, из-за отличия уровня фона в разных точках зоны контроля и разной чувствительности детекторов регистрируются различные значения потока излучения каждым детектором и сам объект по-разному влияет на изменение показаний каждого детектора. В связи с этим не удается компенсировать влияние объекта на процесс обнаружения источника путем вычитания показаний детекторов, что снижает надежность обнаружения слабо интенсивных источников.

Величина порога в прототипе не корректируется в соответствии с изменением потока излучения при перемещении объекта через зону контроля. Отсутствие коррекции порога в прототипе приводит к снижению надежности обнаружения локальных источников в объектах, уменьшающих поток излучения, и к увеличению вероятности ложных тревог в объектах, повышающих поток излучения в зоне контроля.

Известный способ не обеспечивает надежного обнаружения слабо интенсивных локальных источников, которые находятся, как правило, в средней зоне транспорта с сырьем. Излучение таких источников сильно ослабляется транспортом и сырьем. Сигналы детекторов от источника вычитаются, и разностный сигнал детекторов не достигает значения порога.

При проезде транспорта, загруженного сырьем с природной радиоактивностью, сигнал от транспорта может превысить порог. В связи с этим обнаруживается не локальный источник, а проезд сырья с природной радиоактивностью в транспорте, при этом уровень природной радиоактивности, как правило, ниже допустимого, и такой транспорт не будет зафиксирован как опасный, несмотря на наличие в нем локального источника

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении надежности обнаружения радиоактивных источников в объектах, по-разному влияющих на естественный фон в зоне контроля, при одновременном снижении влияния параметров движущегося объекта и груза на процесс обнаружения источника.

Указанный технический результат достигается предлагаемым способом радиационного контроля движущихся объектов, включающим регистрацию ионизирующего излучения в зоне контроля, по крайней мере, двумя детекторами, соосно расположенными с противоположных сторон пути, по которому следует объект, фиксацию моментов въезда объекта в зону контроля и выезда его из упомянутой зоны, измерение текущих значений потока излучения движущегося объекта в период времени между моментом въезда объекта в зону контроля и моментом его выезда из упомянутой зоны, сравнение текущих значений потока излучения объекта с пороговым значением потока излучения, при движении объекта в зоне контроля запоминание текущих значений потока излучения, суммирование запомненных текущих значений потока излучения в момент выезда объекта из зоны контроля, определение среднего значения потока излучения движущегося объекта за период времени между упомянутыми моментами въезда и выезда, вычисление порогового значения N_пор потока излучения из соотношения

где

n - количество отсчетов текущих запомненных значений Ni потока излучения в период между моментами въезда и выезда объекта,

k - безразмерная величина, значение которой составляет 2-6,

сравнивают запомненные текущие значения потока излучения движущегося объекта с пороговым значением потока излучения, вычисленным после прохождения объекта зоны контроля, и при превышении порогового значения потока излучения, по крайней мере, одним запомненным текущим значением потока излучения Ni в период между моментами въезда и выезда объекта делают вывод о наличии в объекте радиоактивного источника.

Отличительными признаками является то, что при движении объекта в зоне контроля текущие значения потока излучения запоминают, запомненные текущие значения потока излучения суммируют в момент выезда объекта из зоны контроля, определяют среднее значение потока излучения движущегося объекта за период времени между упомянутыми моментами въезда и выезда, после чего вычисляют пороговое значение N_пор потока излучения из соотношения

где

n - количество отсчетов текущих запомненных значений Ni потока излучения в период между моментами въезда и выезда объекта,

k - безразмерная величина, значение которой составляет 2-6,

сравнивают запомненные текущие значения потока излучения движущегося объекта с пороговым значением потока излучения, вычисленным после прохождения объекта зоны контроля, и при превышении порогового значения потока излучения, по крайней мере, одним запомненным текущим значением потока излучения Ni в период между моментами въезда и выезда объекта делают вывод о наличии в объекте радиоактивного источника.

Новые существенные признаки предлагаемого способа обеспечивают повышение надежности обнаружения радиоактивных источников, поток излучения которых на поверхности детектора мал. Эти источники находятся, как правило, в средней зоне объекта. Излучение таких источников сильно ослабляется самим объектом. Изменение потока регистрируемого детекторами излучения при появлении источника в зоне контроля часто меньше изменений, вносимых самим объектом в поток излучения фона в зоне контроля. Величина порога, при превышении которого появляется сигнал об обнаружении радиоактивности, в предлагаемом способе определяется после прохождения объекта в зоне контроля и зависит от характеристик излучения самого объекта. Поэтому возможные изменения потока излучения, вызванные объектом, учитываются при контроле, что позволяет отстроиться от влияния объекта на процесс обнаружения локального источника и повысить надежность его обнаружения за счет изменения порога в соответствии с изменением потока излучения. В случае, если поток излучения уменьшается, при проезде объекта (транспорта с металлоломом) порог также пропорционально уменьшается. Если поток излучения увеличивается (транспорт с минеральным сырьем), порог излучения пропорционально увеличивается. Соответственно при контроле объекта с металлолом надежность обнаружения источника будет выше, чем при контроле объекта с минеральным сырьем. Кроме того, коррекция порога срабатывания позволяет выявить источники, сигнал от которых меньше изменений потока излучения, вызванных объектом. Величина k устанавливается в пределах от 2 до 6. Если k будет меньше 2, то при проезде транспорта будет появляться много ложных тревог. Если величина k>6, то снижается чувствительность обнаружения источников.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена схема проведения контроля транспорта с сырьем;

Способ реализуется устройством, содержащим по крайней мере два соосных детектора 1, датчик 2 присутствия объекта в зоне контроля. По пути 3 (железнодорожное полотно) между детекторами перемещается транспорт 4 (вагон).

В качестве детекторов 1 могут применяться крупногабаритные пластмассовые сцинтилляторы с фотоэлектронными умножителями. Объем сцинтилляторов 2-20 литров. В качестве датчика 2 присутствия объекта в зоне контроля может применяться, например, инфракрасный датчик, содержащий излучатель и фотоприемник, расположенные с противоположных сторон пути 3. Информация с детекторов и датчика поступает в компьютер, который производит вычисления в соответствии с описанной в данном изобретении совокупностью операций.

Способ осуществляется следующим образом. В исходном состоянии, когда транспорт в зоне контроля отсутствует, детекторы фиксируют поток N_ф фонового излучения. При пересечении транспортом 4 оси между детекторами срабатывает датчик 2 присутствия и начинается процесс измерения и запоминания текущих значений потока излучения Ni. Величины Ni фиксируются в течение всего периода между моментами нахождения транспорта в зоне контроля, определяемыми изменением сигнала датчика присутствия.

После проезда транспорта вычисляется среднее значение потока излучения где n - количество отсчетов текущих запомненных значений потока излучения (количество отсчетов скорости счета импульсов детекторов) при проезде транспорта через зону контроля. Для каждого транспортного средства определяется порог Запомненные значения Ni сравниваются с N_пор. В случае, если любая из величин Ni ниже N_пор, то считается, что в транспорте отсутствует локальный источник и сигнал обнаружения не появляется. Если, по крайней мере, одно значение Ni превысит порог, то делается вывод о наличии локального источника в транспорте и появляется сигнал обнаружения источника.

В связи с тем, что для каждого транспорта (вагона) определяется свой порог N_пор, величина которого отслеживает изменение фона при проезде транспорта, обеспечивается надежное выявление локальных источников, сигнал от которых меньше величины изменения фона от транспорта и груза. Это позволяет выявить локальный источник на фоне природной радиоактивности. При проезде транспорта, загруженного металлоломом, величина N_пор снижается, что позволяет обнаруживать локальный источник, сигнал которого ниже уровня естественного фона.

В случае, когда требуется определять превышения допустимых уровней содержания природной активности в перевозимом сырье, например в строительных материалах, сравнивают для каждого транспортного средства величину с суммой Nф+V, где V - поток излучения сырья с допустимым уровнем содержания природной активности. При считается, что природная радиоактивность сырья выше допустимой. При природная радиоактивность в сырье ниже допустимого уровня. Важно при этом, что измеряется средняя величина потока излучения при проезде транспорта через зону контроля, т.е. величина, пропорциональная радиоактивности всего объема сырья, загруженного в мобильный транспорт. Это обеспечивает высокую представительность анализа радиоактивности сырья.

Пример 1. Контролируется состав вагонов с природно-сырьевыми ресурсами и другими грузами. Скорость перемещения состава 20 км/час. Уровень естественного фона в зоне размещения первого детектора 0,11 мкЗв/ч, что соответствует скорости счета импульсов детектора 900 имп/с. Уровень естественного фона в зоне размещения второго детектора 0,09 мкЗв/ч, что соответствует скорости счета 750 имп/с. Разность между скоростями счета второго и первого детектора составляет 150 имп/с. При проезде пустого вагона скорость счета первого детектора уменьшается до 700 имп/с, а второго детектора - до 580 имп/с (разность показаний детекторов составит 120 имп/с). При проезде вагона, загруженного металлоломом, скорость счета первого детектора падает до 550 имп/с, а второго - до 450 имп/с (разность показаний детекторов составит 100 имп/с). При проезде через зону контроля вагона с минеральным сырьем, например гравием, скорость счета первого детектора возрастает до 1400 имп/с, а второго - до 1250 имп/с (разность показаний детекторов составит 150 имп/с).

Уровень допустимого содержания природной радиоактивности сырья соответствует мощности дозы излучения на внешней поверхности вагона 0,3 мк3в/ч. При такой мощности дозы излучения сырья приращение скорости счета импульсов детекторов над фоновым значением составит 1000 имп/с,

Величина порога в предложенном способе вычисляется после проезда транспорта через зону контроля и составляет в случае проезда пустого вагона для первого детектора имп/с, для второго детектора имп/с. В случае проезда вагона с ломом указанные пороги составят имп/с для первого детектора и ипм/с - для второго. В случае проезда вагона с минеральным сырьем соответствующие пороги составят имп/с и имп/с. Таким образом проезд указанных вагонов через зону контроля при использовании предложенного способа не вызовет появления сигнала об обнаружении радиоактивности, т.к. ни один из порогов не будет превышен, т.е. при отсутствии локального источника в транспорте сигнала обнаружения не появляется (отсутствует ложная тревога).

Пример 2. При тех же условиях, что в примере 1, только в середине вагона с металлоломом находится локальный источник, вызывающий возрастание потока излучения на величину, соответствующую приращению скорости счета первого детектора на 300 имп/с, а второго - на 250 имп/с (разница показаний детекторов 50 имп/с). Предложенный способ надежно обнаружит указанный источник обоими детекторами, т.к. показания первого детектора составят 550+300=850 имп/с, что выше соответствующего порога (600-690)имп/с, а показания второго детектора 450+250=700 имп/с также превысят соответствующий порог (495-580) имп/с.

Пример 3. При тех же условиях, что в примере 1, в вагоне с минеральным сырьем находится локальный источник, аналогичный примеру 2. В этом случае при перемещении источника относительно детекторов показания первого детектора на короткое время возрастут с 1400 до 1700 имп/с, а потом уменьшатся опять до 1400 имп/с, второго детектора - с 1250 до 1500 имп/с, а потом опять снизятся до 1250 имп/с.

В предложенном способе появится сигнал обнаружения локального источника, а не радиоактивности сырья, т.к. в транспорте без источника показания детекторов ниже порогов (показания - 1400, порог - 1475 имп/с для первого детектора и соответственно 1250 и 1320 имп/с - для второго), а при появлении источника показания первого детектора достигают 1700 имп/с, что выше порога (1475-1625) имп/с, и показания второго детектора (1500 имп/с) также превысят соответствующий порог (1320-1460) имп/с.

Пример 4. При тех же условиях, что и в примере 1, содержание природных радионуклидов в сырье выше допустимого и скорость счета детекторов при проезде вагона с сырьем возрастает до 2000 имп/с. В этом случае величина N превышает порог N_ф+V=1800 имп/с и появляется информация о превышении уровня допустимой радиоактивности сырья.

Величина порога в прототипе устанавливается заранее, исходя из значений фона N_ф как т.е. имп/с для первого детектора и имп/с. В связи с этим в прототипе для случая примера 1 при проезде вагона с минеральным сырьем (разность показаний детекторов 150 имп/с) возможно появление сигнала об обнаружении радиоактивности, несмотря на отсутствие локального радиоактивного источника в вагоне с сырьем (ложная тревога).

Для случая примера 2, в прототипе источник не будет обнаружен, т.к. разница показаний детекторов меньше величин порога (82-137).

Для случая примера 3, в прототипе появится сигнал обнаружения радиоактивности сырья, а не источника (разность показаний детекторов при появлении вагона с сырьем составит 150 имп/с, что превышает порог (82-137) имп/с).

Таким образом, данный способ обеспечивает надежное обнаружение локальных радиоактивных источников при поточном контроле и учете грузоперевозок в условиях существенного влияния транспорта и груза на уровень фона в зоне контроля, а также определение превышения допустимого содержания природной радиоактивности в перевозимом сырье.

В ГУП МосНПО «Радон» разработка находится на стадии НИР.

Способ радиационного контроля движущихся объектов, включающий регистрацию ионизирующего излучения в зоне контроля, по крайней мере, двумя детекторами, соосно расположенными с противоположных сторон пути, по которому следует объект, фиксацию моментов въезда объекта в зону и выезда его из упомянутой зоны, измерение текущих значений потока излучения движущегося объекта в период времени между моментом въезда объекта в зону контроля и моментом его выезда из упомянутой зоны, сравнение текущих значений потока излучения объекта с пороговым значением потока излучения, отличающийся тем, что при движении объекта в зоне контроля текущие значения потока излучения запоминают, запомненные текущие значения потока излучения суммируют, в момент выезда объекта из зоны контроля определяют среднее значение потока излучения движущегося объекта за период времени между упомянутыми моментами въезда и выезда, после чего вычисляют пороговое значение N_пор потока излучения из соотношения

где , n - количество отсчетов текущих запомненных значений

Ni потока излучения в период между моментами въезда и выезда объекта,

k - безразмерная величина, значение которой составляет 2-6,

сравнивают запомненные текущие значения потока излучения движущегося объекта с пороговым значением потока излучения, вычисленным после прохождения объекта зоны контроля, и при превышении порогового значения потока излучения, по крайней мере, одним запомненным текущим значением потока излучения Ni в период между моментами въезда и выезда объекта делают вывод о наличии в объекте радиоактивного источника.