СПОСОБ МОНИТОРИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕЩАЮЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ НА ПРЕДМЕТ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕЛЯЩИХСЯ ЯДЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2000 года по МПК G01T1/167 

Изобретение относится к измерению радиоактивных объектов, а более конкретно к способам выявления радиоактивных веществ в перемещающихся объектах, и может быть использовано в радиационном мониторинге на контрольно-пропускных пунктах, авто- и железнодорожных станциях, в аэропортах, таможенных службах и т.п. для обнаружения делящихся ядерных материалов.

Наиболее эффективным является обнаружение указанных материалов по измерению интенсивности их спонтанного (самопроизвольного) или вынужденного испускания нейтронов.

При этом регистрирование делящихся материалов по их нейтронному излучению характеризуется низким уровнем фонового (в отсутствие объектов контроля) счета нейтронов за единичную экспозицию, который, как правило, в среднем составляет всего несколько отсчетов. При таком числе отсчетов распределение вероятности различного числа отсчетов при данном среднем значении m описывается распределением Пуассона, которое по природе не является симметричным относительно значения m. Это создает проблему установления порога срабатывания устройств объявления тревоги при мониторировании зон контроля.

Известен способ выявления источников ионизирующего излучения движущегося объекта [1] , заключающийся в измерении мощности дозы излучения несколькими детекторами излучения, расположенными вдоль траектории движения объекта контроля, и сравнение данных от различных детекторов с учетом скорости движения объекта. Однако данный способ не применим при мониторировании объектов по нейтронному излучению, поскольку, как ранее указывалось, суммарная интенсивность счета нейтронов в зоне контроля даже всеми имеющимися детекторами составляет малую величину и разбиение этой величины по нескольким детекторам лишает измерение какой-либо определенности из-за присущего малым числам случайного разброса.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа настоящего изобретения, является способ мониторирования движущихся объектов с целью обнаружения делящихся ядерных материалов, используемый при работе устройств контроля [2, 3]. Способ включает:
- задание требуемого уровня вероятности ложных тревог (P_злт);
- измерение фонового счета нейтронов и вычисление среднего значения этого счета за установленное время экспозиции (m);
- вычисление порога срабатывания устройства тревоги (C) на основании распределения Пуассона, равного тому наибольшему числу отсчетов за время экспозиции, при котором вероятность ложных тревог (P_лт) все же больше, чем P_злт;
- измерение счета нейтронов за время экспозиции при наличии объекта контроля в зоне контроля (m₁);
- сравнение m₁ с C и объявление тревоги в случае m₁ > C.

Недостатком указанного способа-прототипа является то, что близкое соответствие P_лт и P_злт может оказаться лишь случайным, а как правило, P_лт существенно отличается от P_злт из-за естественного свойства распределения Пуассона, что особенно проявляется при малых m.

Целью данного изобретения является повышение соответствия фактической вероятности ложных тревог (P_лт) задаваемой (P_злт).

Цель достигается благодаря тому, что в способе мониторирования движущихся объектов на предмет обнаружения делящихся ядерных материалов, заключающемся в
- задании требуемого уровня вероятностей ложных тревог (P_злт),
- измерении фонового счета нейтронов и вычислении среднего за установленное время экспозиции счета нейтронов (m),
- вычислении порога срабатывания устройства тревоги (С),
- измерении счета нейтронов за указанное время экспозиции при наличии объекта в зоне контроля (m₁),
- сравнении m₁ с С и объявлении тревоги по результатам сравнения, согласно изобретению производят вычисление и устанавливают указанный порог С в соответствии с формулой

где
k - количество стандартных отклонений от среднего для нормального (Гаусса) распределения, соответствующее требуемой P_злт,
- a, b, d- коэффициенты.

Коэффициенты a, b, d и способ округления выбираются при аппроксимации табличных данных по вероятностям ложных тревог, минимизируя отклонение P_лт от P_злт.

Было найдено, что наилучшее согласие между P_лт и P_злт достигается, если коэффициенты а, b, d выбираются из следующих областей значений: -0,40 ≤ а ≤ 0,32; 0,20 ≤b ≤ 0,22; 0,20 ≤ d ≤ 0,35.

Так, для диапазона фонового счета 0,2 < m < 15 импульсов, коэффициенты а = -0.32, b = 0.2, d = 0.25 обеспечивают превышение P_лт над P_злт не более чем на 30% при среднеквадратичной погрешности P_лт менее 25%.

При этом, если дробная часть С меньше d, то С округляется до меньшего целого, если дробная часть С больше 1-d, то С округляется до большего целого, а в остальных случаях порог чередуется между меньшим и большим целым после каждого сравнения m₁ с порогом С.

Данный способ реализован при помощи устройства, которое включает в себя следующие основные элементы, изображенные на фиг. 1, где:
1 - пульт управления,
2 - контроллер,
3 - N - детекторы нейтронного излучения,
3' - N'- встроенные микроконтроллеры,
5 - блок ввода-вывода,
6 - блок сигнализации,
7 - датчик присутствия,
8 - датчик вскрытия,
9 - блок питания.

В контроллере размещена программа реализации предлагаемого способа-алгоритма.

Детекторы нейтронного излучения имеют встроенные микроконтроллеры, которые управляют работой детекторов и выдают информацию о состоянии детекторов по последовательному каналу.

Детекторы подключаются к контроллеру при помощи магистрального последовательного канала. Контроллер опрашивает детекторы и блок ввода-вывода и вычисляет порог срабатывания в соответствии с описываемым способом - алгоритмом, и при включенном датчике присутствия сравнивает счет с порогом и подает сигнал тревоги при превышении порога.

Коэффициенты a, b, d записываются в постоянную память контроллера.

Коэффициент k для дальнейших вычислений задается при помощи пульта управления.

Пример реализации предлагаемого способа
1. Поступает задание организовать мониторирование зоны контроля с вероятностью ложных тревог P_злт = 10^-4.

2. Находится по таблицам нормального (Гаусса) распределения количество стандартных отклонений (сигм) для указанного распределения, соответствующее значению P_злт = 10^-4. Оно оказывается равным k = 3,7.

3. Производится измерение фонового счета нейтронов в течение длительного времени и находится его среднее (за установленное время экспозиции) значение m = 0,6.

4. Для установления порога срабатывания устройства тревоги используется формула
с коэффициентами a= - 0.32, b = 0.2. При этом d = 0.25.

Вычисленное значение
При этом, получающаяся дробная часть C, равная 0.02, меньше d = 0.25, поэтому C округляется до меньшего целого, до 5.

5. Измеряется счет нейтронов за время экспозиции при наличии объекта контроля в зоне контроля m₁, и сравнивается с C. Тревога объявляется в случае m₁ > 5.

6. В результате проверки на большом количестве объектов вероятность ложных тревог оказывается P_лт = 0.97•10^-4, что близко к задаваемой величине P_злт = 10^-4.

Литература
1. Патент RU N 2094821.

2. P.E.Fehlau. 1990 Update for the Applications Guide to Pedestrian SNM Monitors. - LANL, LA- 11971, 1990.

3. K.L.Coop. Monte Carlo Simulation of the Sequential Probability Ratio Test for Radiation Monitoring. - "IEEE Trans. Nucl. Sei", 1985, V. NS-32. No. 1, p. 934. - прототип.

4. Заявка на патент N 98101348/25 от 20.01.98.

Использование: изобретение относится к способам выявления радиоактивных веществ в перемещающихся объектах. Сущность: в способе мониторирования движущихся объектов на предмет обнаружения делящихся ядерных материалов, заключающемся в задании требуемого уровня вероятностей ложных тревог (P_злт), измерении фонового счета нейтронов, и вычислении среднего за установленное время экспозиции счета нейтронов (m), вычислении порога срабатывания устройства тревоги (С), измерении счета нейтронов за указанное время экспозиции при наличии объекта в зоне контроля (m₁), сравнении m₁ с С и объявлении тревоги по результатам сравнения, согласно изобретению производят вычисление порога С в соответствии с формулой где k - количество стандартных отклонений от среднего для нормального (Гаусса) распределения, соответствующее требуемой P_злт, а, b и d - коэффициенты, значение которых выбирают при аппроксимации табличных данных распределения Пуассона. Технический результат: повышение соответствия фактической вероятности ложных тревог (P_лт) задаваемой (P_злт). 1 ил.

Способ мониторирования перемещающихся объектов на предмет обнаружения делящихся ядерных материалов, включающий задание требуемого уровня вероятностей ложных тревог (P_злт), измерение фонового счета нейтронов и вычисление среднего за установленное время экспозиции указанного счета нейтронов (m), вычисление порога срабатывания устройства тревоги (C), измерение счета нейтронов за указанное время экспозиции при наличии объекта в зоне контроля (m₁), сравнение m₁ с C и объявление тревоги в случае m₁ > C, отличающийся тем, что производят вычисление порога C в соответствии с формулой

где k - количество стандартных отклонений от среднего для нормального (Гаусса) распределения, соответствующее требуемой P_злт;
a, b и d - коэффициенты, значение которых выбирают из областей
-0,40 ≤ a ≤ 0,32;
0,20 ≤ b ≤ 0,22;
0,20 ≤ d ≤ 0,35
при аппроксимации табличных данных распределения Пуассона, минимизируя отклонение расчетного значения вероятности ложных тревог от P_злт для различных интервалов значений m, а порог устанавливают в соответствии с правилами: если дробная часть C меньше d, то C округляется до меньшего целого; если указанная дробная часть C больше 1 - d, то C округляется до большего целого, в остальных случаях порог чередуется между меньшим и большим целыми значениями после каждого измерения m₁ и сравнения его с установленным порогом C.