УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ Российский патент 2000 года по МПК G01S13/95 G01T1/20 

Устройство определения радиоактивных выбросов в атмосферу относится к радиометеорологии, в частности к области радиолокационного оперативного определения направления и скорости переноса в атмосфере опасного (аварийного) радиоактивного выброса атомной электростанции (АЭС), а также определения с помощью радиолокационной станции (РЛС) района седиментации такого выброса.

Известен аналог (прототип) - прибор, выпускаемый отечественной промышленностью, типа ИМД-21Б, предназначенный для измерения величины мощности гамма-излучения в рентген-часах [1, 2]. Он сигнализирует периодическим свечением светодиода "Порог" на своем выносном пульте управления, удаленном от датчика на 200 м, о превышении заранее установленного порогового значения мощности излучения радиоактивного вещества, то есть о возникновении аварийного выброса. Периодическое свечение светодиода "Порог" продолжается в течение времени, пока существует аварийный выброс радиоактивных веществ. Этот прибор не позволяет дистанционно определить скорость и направление переноса радиоактивного выброса в атмосферу и район седиментации такого выброса на большом удалении от АЭС.

Задачи, на решение которых направлено предлагаемое изобретение.

1. Обеспечить автоматический выброс в атмосферу углеродно-графитовых нитей, обладающих высокой радиолокационной отражаемостью и способных распространяться в атмосфере по основным направлениям воздушных потоков.

2. Автоматически включать радиоканал связи (радиопередатчик) или иной канал связи в момент аварийного выброса АЭС.

3. Обеспечивать поступление на вход радиопередатчика поднесущей частоты, модулирующей передающий тракт и сигнализирующей о начале аварийного выброса АЭС, а также передающей оповещающие сигналы в период времени существования аварийного радиоактивного выброса.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечит автоматическую доставку в атмосферу над АЭС углеродно-графитовых нитей только в тех случаях, когда имеет место аварийный радиоактивный выброс АЭС, кроме того, оно обеспечит одновременное оповещение по радиоканалу связи сотрудников РЛС, расположенных вокруг АЭС, и других заинтересованных организаций. Это позволит операторам РЛС немедленно приступить к определению как направления и скорости смещения углеродно-графитовых нитей (УГН), так и района их седиментации (оседания), а следовательно, и радиоактивных выбросов (РАВ), ибо скорости переноса, а также оседания в атмосфере УГН и РАВ почти равны. Например, углеродно-графитовые нити весом 200 г, выброшенные с самолета на высоте 4 км, обнаруживаются метеорадиолокатором типа МРЛ-5 на удалении до 60 км. Время наблюдения радиоэха УГН на экранах МРЛ-5 составляет 30-45 мин, средняя скорость их опускания, в зависимости от типа УГН, составляет 0.03-0.3 м/с. Известна противоградовая модернизированная ракета типа "Облако", головная часть которой заполнялась пассивными радиолокационными отражателями, представляющими собой экологически безопасные углеродно-графитовые нити [3]. Доставка в атмосферу с земли с помощью ракеты углеродно-графитовых нитей обеспечила авторам [3] определение скорости и направления воздушного потока в районе АЭС, а также определение района седиментации углеродно-графитовых нитей.

Также известны пневматическое устройство выброса УГН в атмосферу с земли и устройство выброса углеродно-графитовых нитей с борта самолета [4]. В работе предлагается использовать эти устройства для установления направления и скорости воздушных потоков в атмосфере на основе проведения радиолокационных наблюдений за углеродно-графитовыми нитями.

Особенно важно определение переноса радиоактивных выбросов АЭС в пограничном слое атмосферы, расположенном над земной поверхностью до высоты 1-1.5 км. В этом слое имеет место турбулентное перемешивание воздуха, приводящее к различным изменениям скорости и направления воздушных потоков (сдвиг ветра).

Только начиная с верхней границы пограничного слоя атмосферы и выше ветер приближается к геострофическому, то есть наблюдается равномерное прямолинейное горизонтальное движение воздуха в отсутствии влияния трения земной поверхности.

Для определения переноса в атмосфере радиоактивных выбросов АЭС в настоящее время широко используются данные о ветре в приземном слое до высоты 30-50 м (метеоприборы для измерения скорости и направления ветра, установленные на земле) и карты барической топографии, получаемые на основе измерений с помощью радиозондов скорости и направления ветра, начиная с высоты 1.5 км (изобарическая поверхность 850 мб), то есть с той высоты, где ветер приближается к геострофическому. Учитывая, что пункты радиозондирования атмосферы удалены друг от друга на большое расстояние, определение скорости и направления переноса радиоактивных выбросов непосредственно над АЭС и до высот 1.5 км является крайне актуальной задачей.

Учитывая приведенное выше, предлагаемое устройство определения радиоактивных выбросов в атмосферу АЭС позволит на основе немедленного проведения радиолокационных наблюдений ликвидировать недостатки традиционно используемой метеоинформации, то есть установить смещение воздушного потока в пограничном слое атмосферы до высоты 1.0-1.5 км, определить район седиментации аварийного радиоактивного выброса АЭС. Эти наблюдения могут быть проведены РЛС, принадлежащими ПВО страны, расположенными вокруг АЭС, и метеорадиолокаторами. Они имеют почти равные потенциалы обнаружения объемных целей, к которым относятся углеродно-графитовые нити. Сигналы, оповещающие штат РЛС об аварийном выбросе, выдаются автоматически предлагаемым устройством по радиоканалу связи.

Описание предлагаемого изобретения.

Предлагаемое устройство схематически изображено на фиг. 1 и состоит из прибора типа ИМД-21Б (1), дифференцирующего каскада (2), ждущего мультивибратора (3), катодного повторителя (4), электрического реле (5), системы доставки углеродно-графитовых нитей в атмосферу (6), интегрирующего каскада (7), сглаживающего фильтра (8), электрического реле (9), радиопередатчика (10), парафазного усилителя (11), ключевого каскада (12), генератора звуковой частоты (13).

Поясняющие работу предлагаемого устройства напряжения (эпюры), представлены на фиг. 2.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Электрические периодические сигналы (эпюра а, фиг. 2), поступающие от прибора 1 (фиг. 1), только когда имеет место аварийный выброс, например, АЭС, подаются на первый вход (а) предлагаемого устройства, состоящего из последовательно соединенных элементов, то есть на вход дифференцирующего каскада 2 (фиг. 1), с выхода которого сигналы положительной полярности (эпюра б, фиг. 2) запускают ждущий мультивибратор 3 (фиг. 1). Сигналы ждущего мультивибратора (эпюра в, фиг. 2) через катодный повторитель 4 (фиг. 1, эпюра г, фиг. 2) следуют на электрическое реле 5 (фиг. 1), через контакты которого включается система 6 (фиг. 1) доставки углеродно-графитовых нитей (УГН) в атмосферу над АЭС. В качестве таких систем доставки могут быть использованы противоградовые ракеты, снаряды, пиропатроны и др. [5]. Таким образом, предлагаемое устройство за счет функционирования элементов 2-5 (фиг. 1) и следующего за этим срабатывания системы выброса УГН (6, фиг. 1) в момент аварийного радиоактивного выброса АЭС создает над АЭС зону в атмосфере, заполненную УГН, обнаруживаемую РЛС.

В момент аварийного выброса АЭС должны быть автоматически включены радиопередатчик или иной канал связи, с помощью которых необходимо передать операторам РЛС сигналы о начале проведения радиолокационных наблюдений в районе расположения АЭС. Это достигается следующим образом.

Электрические периодические сигналы от прибора 1 (фиг. 1), поступающие на предлагаемое устройство, как указано выше, только при аварийном выбросе АЭС (эпюра а, фиг. 2), подаются как на второй вход (б) устройства, то есть на элемент 7 (интегрирующий каскад), от которого срабатывают сглаживающий фильтр 8 и электрическое реле 9 (фиг. 1), обеспечивающие автоматическое включение питания радиопередатчика 10 (фиг. 1), так и одновременно подаются на третий вход (в) устройства, то есть на элемент 11 (парафазный усилитель), управляющий ключевым каскадом 12 (фиг. 1) через который проходят сигналы звукового генератора на передатчик, осуществляя при этом амплитудную модуляцию передатчика.

Автоматическое включение передатчика происходит в результате интегрирования сигналов прибора 1 с помощью интегрирующего каскада 7 (фиг. 1), напряжение на выходе которого представлено на эпюре д (фиг. 2). Это напряжение далее сглаживается фильтром 8 (фиг. 1) - эпюра е (фиг. 2) и подается на электрическое реле 9 (фиг. 1), через контакты которого включается радиопередатчик. Его выключение имеет место тогда, когда прекращается поступление электрических сигналов с прибора 1.

Для проведения амплитудной модуляции включенного передатчика электрические сигналы прибора 1 подаются на парафазный усилитель 11 (фиг. 1), с выхода которого следуют одновременно прямоугольные импульсы положительной (эпюра ж, фиг. 2) и отрицательной (эпюра з) полярности, поступающие на ключевой каскад 12 (фиг. 1), находящийся обычно в закрытом состоянии, и открывающие его. В последнем случае через ключевой каскад 12 (фиг. 1) проходит поднесущая частота, вырабатываемая генератором низкой частоты 13 (фиг. 1), используемая для амплитудной модуляции передатчика.

Изложенное выше дает основание считать, что с началом возникновения аварийного выброса передатчик излучает сигналы, оповещающие штат РЛС. Длительность этого оповещения определяется тем интервалом времени, в течение которого существует аварийный радиоактивный выброс АЭС, то есть с прибора 1 (фиг. 1) следуют электрические сигналы на предлагаемое устройство.

Предлагаемое устройство может найти применение на объектах захоронения радиоактивных веществ, на объектах химического производства. В последнем случае должен быть установлен датчик, выдающий электрический сигнал на вход предлагаемого устройства, когда выброс химических веществ в атмосферу превышает допустимые пределы и требуется срочное определение скорости и направления их смещения на основе использования данных наблюдений, проводимых радиолокаторами.

Литература
1. Учебник сержанта химических войск. Изд.М.О., М., 1988, с.57-60.

2. Система войсковых средств выявления радиационной обстановки. Учебник военной академии химической защиты (ВАХЗ) им.С.К.Тимошенко./Под редакцией докт. технических наук, проф. Б.А.Шестерикова, Изд. ВАХЗ, М., 1987, 283 с. (с.203-209).

3. Гирс С.П., Завируха В.К., Каменцев В.Н. Исследование радиолокационных характеристик углеродных электропроводящих волокон. Труды ГГО им.А.И.Воейкова, 1982, вып.457, с.78-83.

4. Жуков Г.П., Юрчак Б.С. Оценка возможности определения местоположения и конфигурации облака вредных атмосферных выбросов промышленных предприятий радиолокационным методом. Ж. Метеорология и гидрология, 1993, N 12, с.94-100.

5. Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. Л.: Гидрометеоиздат, 1990, с.156-161.

Устройство содержит прибор, выдающий электрические периодические сигналы только при аварийных радиоактивных выбросах АЭС, последовательно соединенные дифференцирующий каскад, ждущий мультивибратор, катодный повторитель, электрическое реле и систему доставки в атмосферу радиолокационных отражателей. Дополнительно введены элементы, обеспечивающие автоматическую работу радиопередатчика, а также элементы, формирующие сигналы оповещения. Технический результат заключается в том, что при аварийном радиоактивном выбросе АЭС устройство автоматически управляет системой доставки пассивных радиолокационных отражателей в атмосферу над АЭС, включает радиопередатчик, формирует сигналы оповещения об аварийном выбросе АЭС, подаваемые на радиопередатчик для сообщения операторам РЛС. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для определения радиоактивных выбросов в атмосферу, содержащее прибор, выдающий электрические периодические сигналы только при аварийных радиоактивных выбросах АЭС, отличающееся тем, что в устройство введены последовательно соединенные дифференцирующий каскад, ждущий мультивибратор, катодный повторитель, электрическое реле и система доставки в атмосферу радиолокационных отражателей, причем электрические сигналы, поступающие от прибора, подаются на вход дифференцирующего каскада. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него дополнительно введены элементы, обеспечивающие автоматическую работу радиопередатчика, включающие последовательно соединенные интегрирующий каскад, сглаживающий фильтр, электрическое реле и радиопередатчик, причем электрические сигналы, поступающие от прибора, подаются на вход интегрирующего каскада. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что дополнительно в него введены элементы, формирующие сигналы оповещения, включающее парафазный усилитель, два выхода которого соединены с ключевым каскадом, вход ключевого каскада подключен к генератору звуковой частоты, а выход ключевого каскада соединен с радиопередатчиком, причем электрические сигналы, поступающие от прибора, подаются на вход парафазного усилителя.