СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ВОЗДУШНОГО РАДИОАКТИВНОГО ВЫБРОСА ПО ОПТИЧЕСКОЙ ФЛЮОРЕСЦЕНЦИИ Российский патент 1999 года по МПК G01T1/20 

Изобретение относится к оптике и, конкретнее к оптике плазмы, и может быть использовано в экологии при создании систем дистанционного контроля на земной поверхности, на летательном аппарате или с космического носителя за безопасным функционированием ядерных объектов, прежде всего атомных электростанций, а также за эволюцией радиоактивных загрязнений атмосферы от других источников.

Известны радиолокационный и лидарный способы дистанционного зондирования воздушных выбросов атомных электростанций и радиоактивных облаков [1]. Однако оба эти способа регистрируют также аэрозольную компоненту выброса, что часто не позволяет отделить сигнал от аэрозольной (дымовой) составляющей (имеющейся, например, и у тепловых электростанций). Подтверждением важности регистрации ионизирующего компонента выброса и/или облака с целью идентификации его радиоактивного происхождения может служить тот факт, что впервые Чернобыльский выброс за пределами СССР (в Швеции, Уппсала) был зарегистрирован по аномалиям в изменении параметров приземного атмосферного электричества, вызванным ионизацией в дошедшем из Чернобыля радиоактивном облаке [2] . Однако при обсуждении возможности использования этого способа регистрации в [3] , сделан вывод, что многообразие физических процессов, которые могут вызвать наблюдаемые аномальные пространственные изменения атмосферного электрического поля, не позволяет только по электрическим данным достоверно назвать причину обнаруживаемых вариаций.

Имеются также устройства, прямо использующие оптическую флюоресценцию ионизированного воздуха гамма- и рентгеновским излучением, а также бета-частицами, как раз для регистрации ядерно-обусловленных событий, таких, например, как ядерные взрывы в атмосфере и околоземном космическом пространстве [4, 5]. При этом конкретно указывается, что непосредственно флюоресцирующей частицей является молекулярный азот в нейтральном или однократно ионизированном состоянии. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является [4], где предложено устройство для регистрации заатмосферных ядерных взрывов по оптической флюоресценции однократно ионизированного молекулярного азота в полосе с длиной волны 391,4 нм. Однако, в этом изобретении, также как и в [5] , реализуется низкая помехозащищенность, поскольку имеется множество других естественных и искусственных источников свечения атмосферы в используемой области спектра.

Задачей настоящего изобретения является увеличение точности и надежности идентификации воздушного радиоактивного выброса атомного (ядерного) объекта в технологическом или аварийном режиме, включая случаи катастроф и ядерных взрывов.

Эта задача решается путем выделения последовательно во времени отдельными оптическими фильтрами регистрирующего устройства дистанционного зондирования только характеристического собственного излучения многозарядных (двухзарядных) положительных ионов газов атмосферы, фактически отсутствующего у естественных и искусственных источников излучения атмосферы. Исключением являются кратковременные молниевые разряды, сигнал от которых может быть легко отделен при использовании измерений в характерной для излучения молний области спектра. Возникновение такого характеристического излучения связано с особым физическим механизмом взаимодействия рентгеновского и гамма-излучения с газовой средой - эффектом Оже. Как известно, эффект Оже - наиболее вероятный процесс взаимодействия рентгеновского и гамма-излучения с атмосферными газами, если только энергия кванта превышает энергию ионизации не наружной, а внутренней оболочки. В результате эффекта Оже образуются преимущественно многозарядные (обычно двухзарядные) положительные ионы, возбужденные в различные электронные состояния. Их излучение обнаруживается в лабораторных условиях в видимой области спектра при воздействии рентгеновского излучения на атмосферный кислород. При этом максимальная интенсивность характеристического излучения достигается в трех диапазонах длин волн: 400-420 нм, 430-450 нм и 460-480 нм. Именно эти диапазоны предлагаются в качестве основных для селекции сигнала от воздушного радиоактивного выброса (облака). Одновременно измеряется уровень фона в интервалах длин волн между этими полосами. Все диапазоны выделяются оптическими фильтрами с соответствующей полосой пропускания.

Сущность изобретения состоит в новом способе регистрации воздушного радиоактивного выброса (облака) по оптической флюоресценции воздуха, основанном на измерении интенсивности оптического излучения этого выброса облака. Это измерение может осуществляться фотометрической установкой, располагающейся на земной поверхности или на летательном аппарате, или на космическом носителе. На оптической оси фотометрической установки помещают отдельно последовательно во времени три оптических фильтра в рабочих областях спектра: 400-420 нм, 430-450 нм и 460-480 нм (соответствующих спектральному диапазону характеристического излучения двухзарядных положительных ионов одного из основных атмосферных газов - кислорода, образующихся при взаимодействии проникающей рентгеновской и гамма-радиации с атмосферой), а также фильтры, имеющие полосу пропускания вне указанных "рабочих" областей для измерения уровня фона. Кроме того, изобретение распространено на случаи регистрации радиоактивного облака, а также заатмосферного, высотного, космического ядерного взрыва, для чего предлагается направлять оптическую ось фотометрической установки на область, где интенсивность флюоресценции атмосферы максимальная.

Способ регистрации воздушного радиоактивного выброса по оптической флюоресценции воздуха основан на измерении интенсивности оптического излучения этого выброса фотометрической установкой, на оптической оси которой помещают последовательно во времени три оптических фильтра "в рабочих" областях спектра: 400-420, 430-450, 460-480 нм, а также фильтры, имеющие полосу пропускания вне указанных "рабочих" областей, показания на которых вычитают из показаний фотометрической установки в "рабочих" областях спектра. Технический результат заключается в увеличении точности и надежности идентификации воздушного радиоактивного выброса объекта в технологическом или аварийном режиме, включая случаи катастроф и ядерных взрывов. 2 з.п.ф-лы.

1. Способ регистрации воздушного радиоактивного выброса по оптической флюоресценции воздуха, основанный на измерении интенсивности оптического излучения этого выброса фотометрической установкой, отличающийся тем, что на оптической оси этой фотометрической установки помещают отдельно последовательно во времени три оптических фильтра "в рабочих" областях спектра: 400 - 420, 430 - 450, 460 - 480 нм, соответствующих спектральному диапазону характеристического излучения двухзарядных положительных ионов одного из основных атмосферных газов - кислорода, образующихся при взаимодействии проникающей рентгеновской и гамма-радиации с атмосферой, а также, для более уверенного выделения полезного сигнала, фильтры, имеющие полосу пропускания вне указанных "рабочих" областей, показания на которых вычитают из показаний фотометрической установки в "рабочих" областях спектра. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что радиоактивным выбросом является облако. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае применения его для регистрации заатмосферного, высотного, космического ядерных взрывов оптическую ось фотометрической установки направляют на область, где интенсивность флюоресценции атмосферы максимальна.