СИСТЕМА КОНТРОЛЯ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ И ПЕРСОНАЛЬНОЙ ДОЗИМЕТРИИ Российский патент 2000 года по МПК G01T1/169 

1. Область техники.

Изобретение относится к радиационному контролю и персональной дозиметрии и предназначено для контроля радиационной обстановки в одной или нескольких протяженных зонах при использовании средств персональной дозиметрии.

2. Уровень техники.

Известна система контроля радиационной обстановки, содержащая распределенную по контролируемой зоне систему станций сбора радиационной информации со средствами радиосвязи, обеспечивающими передачу собранной информации заинтересованным потребителям, а также в целях предупреждения [1].

Такую систему целесообразно применять недалеко от радиационно опасных объектов типа АЭС с целью оперативного предупреждения о радиоактивных выбросах и утечках, но ее практически невозможно использовать для целей контроля случайных локальных или временных радиационно опасных ситуаций, например при несанкционированном сбросе радиоактивных предметов в местах, доступных для посещения людьми, или при транспортировке радиоактивных материалов.

Наиболее близким техническим решением является система контроля радиационной обстановки и персональной дозиметрии, содержащая по крайней мере одну зональную станцию сбора и обработки радиационных данных, имеющую в своем составе приемно-передающую радиостанцию, средства обработки и хранения данных, совокупность персональных дозиметров, в состав каждого из которых входят измерительный преобразователь; средства обработки и хранения данных о дозе и мощности дозы с пороговыми средствами фиксации предельно допустимой мощности дозы; световой индикатор и акустический сигнализатор; средства двусторонней радиосвязи с зональной станцией [2]. При этом акустический сигнализатор включается при достижении предельно допустимой мощности дозы.

Данная система из-за наличия в персональных дозиметрах средств радиосвязи с зональной станцией позволяет осуществить помимо собственно персональной дозиметрии и контроль радиационной обстановки в местах пребывания владельцев этих устройств.

Однако соответствующая функция системы не является полной: в ней отсутствуют средства объективного определения в реальном масштабе времени координат дозиметра, и, значит, координат места повышенной радиации.

Привлечение владельцев дозиметров к решению этой задачи вносит элемент субъективизма в результаты измерения, а также открывает возможность их преднамеренного искажения в тех или иных, в частности преступных, целях. Даже в лучшем случае привлечение владельцев индивидуальных дозиметров к решению задачи определения их местоположения требует изменения характера их жизнедеятельности (вхождение в связь, отвлечение от текущей деятельности и т.д.); кроме того, массовое использование такого рода практики может иметь отрицательные социальные последствия - панические настроения среди населения, что особенно опасно в крупных городах и густонаселенных районах.

Все это существенно ограничивает производительность обсуждаемой системы [2] как средства измерения распределения радиации по территории контролируемой зоны.

3. Сущность изобретения.

Цель изобретения - создание такой системы контроля радиационной обстановки и персональной дозиметрии, которая могла бы обеспечить выявление участков с повышенной радиоактивностью и измерять полный набор их параметров (как минимум дозу, мощность дозы, координаты, момент времени, номер персонального дозиметра) в реальном масштабе времени без участия носителя персонального дозиметра, т. е. в рамках его обычной жизнедеятельности и без его ведома, если мощность дозы не превышает предельно допустимого уровня, а при превышении этого уровня носитель персонального дозиметра должен предупреждаться о грозящей ему опасности, чтобы принять участие в действиях по ее преодолению, но не в качестве посредника в процессе вышеупомянутых измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в системе контроля радиационной обстановки и персональной дозиметрии, содержащей по крайней мере одну зональную станцию сбора и обработки телеметрических данных и совокупность первичных источников этих данных - персональных дозиметров, каждый из которых имеет в своем составе средства измерения дозы и мощности дозы, действующих на месте пребывания носителя персонального дозиметра, средства сигнализации, предупреждающие носителя персонального дозиметра о грозящей ему опасности, и канал телеметрической связи с зональной станцией, применяются по крайней мере двухпороговые по мощности дозы персональные дозиметры, а зональная станция снабжена средствами локации передающего персонального дозиметра, при этом наименьший порог мощности дозы - порог активизации канала телеметрической связи персонального дозиметра с зональной станцией - выбирается превышающим среднефоновый уровень мощности дозы, но меньшим предельно допустимого уровня мощности дозы - порога активизации предупреждающей персональной сигнализации.

Составные части изобретения не только известны, но и широко используются в технических решениях, не являющихся аналогами изобретения:
В. Персональная дозиметрия.

С. Телеметрические системы измерения параметров подвижных объектов и радиосвязи с ними, в частности мобильный радиотелефон.

D. Системы (пассивной) локации источников радиоизлучения - навигационные системы.

Е. Разграничение уровней радиационной опасности.

F. ЭВМ, в частности микроЭВМ, как средство цифровой обработки информации и принятия решений для управления системой.

Точнее было бы сказать, что это фундаментальные технические термины, именующие принципы, на каждом из которых построено множество технических решений, о которых создано много прикладных теорий, накоплено множество экспериментальных фактов, опыта технической эксплуатации и коммерческой реализации.

Однако авторам не известны технические решения, в которых все эти принципы были бы консолидированы для решения задачи контроля за радиационной обстановкой, персональной дозиметрии и персональной радиационной безопасности.

В изобретении использованы не только 5 вышеупомянутых принципов, но могут быть использованы также их конкретные реализации, на которые сделаны ссылки в описании изобретения.

Предложенная авторами система имеет следующие преимущества.

1. Возможность измерить известными средствами (см. п. 3.D) в автоматическом режиме координаты персонального дозиметра (далее ПД) и его носителя. Это превращает носителя ПД из пассивного объекта наблюдения системы персональной дозиметрии в эффективный инструмент системы контроля радиационной обстановки и персональной дозиметрии.

2. Актуальность мониторинга контролируемого системой пространства: множество носителей ПД осуществляет мониторинг именно той его части, в которой бывают люди и состояние которой по этой причине наиболее важно знать для обеспечения их радиационной безопасности.

3. В системе автоматически устанавливаются весовые коэффициенты для разных частей зондируемого пространства: та часть пространства, где носитель ПД дольше пребывает, чаще подвергается замеру при прочих равных условиях.

4. Экономичность системы при использовании средств связи с ПД: активное состояние ПД (включение радиоизлучателя для определения его координат, установление телеметрической связи с системой и передача данных измеренний) возникает только тогда, когда это существенно.

5. В системе реализуется "мягкий" (анонимный, без участия носителя ПД) режим контроля радиационной обстановки. Для этого порог активизации канала телеметрической связи ПД ("уровень интереса" контролирующей системы) должен быть существенно ниже, чем порог радиационной безопасности носителя ПД. ПД активизируется, когда мощность дозы превысила "уровень интереса", но активизация ПД не привлекает внимания носителя ПД, пока мощность дозы не достигла своего предельно допустимого уровня, при превышении которого подается звуковой сигнал, предупреждающий носителя ПД об опасности.

6. Cистема обеспечивает повышенный уровень оперативности при оказании помощи носителю ПД в условиях, угрожающих его безопасности. Если возрастание мощности дозы не является результатом взрыва, а возникает в результате приближения носителя ПД к источнику повышенной радиации, то к моменту возникновения предупреждающего сигнала ПД уже находится в активном состоянии, поэтому носитель ПД имеет возможность соединиться с системой немедленно.

4. Описание изобретения.

4.1. Некоторые термины и их cимвольные обозначения:
ПД - персональный дозиметр
А - носитель персонального дозиметра: человек, домашнее животное, служебная собака, скот, робот, дикое животное в естественных условиях и т.д.

N - номер персонального дозиметра
If - фоновая мощность дозы
К1 - коэффициент допустимого превышения фона: К1>1
I1 - мощность дозы, при превышении которой активизируется телеметрический связи канал ПД-зональная станция: I1= K1•If
Ir - предельно допустимый уровень мощности дозы: мощность дозы, при превышении которой радиационная безопасность человека не гарантируется
I2 - порог активизации предупреждающей персональной сигнализации: I2 = Ir
Dr = доза, при превышении которой радиационная безопасность человека не гарантируется или доза наверняка опасна для здоровья человека
{Х} - множество (совокупность) однотипных элементов Х. Остальные термины и обозначения будут введены при описании соответствующих элементов системы.

4.2. Состав системы. В общем случае система состоит из нескольких зональных станций - {ЗС}, каждая из которых обслуживет одну из зон и связана с соответствующим множеством {ПД}. В частном случае система может обслуживать только одну зону. В плане взаимодействия зональных станций друг с другом и ПД с зональными станциями система может быть построена по любой из известных схем сотовых систем радиотелефонной связи с подвижными объектами. По этой причине в дальнейшем мы будем описывать систему, содержащую только одну зону и соответственно только одну ЗС, связанную с соответствующим множеством {ПД} .

4.3. Состав ЗС.

4. 3. 1. Приемно-передающая зональная радиостанция - РЗС - типа сотовой телефонной станции или станции спутниковой радиотелефонной связи на соответствующее число абонентов.

4.3.2. Локационная зональная станция - ЛЗС, в качестве наиболее известного аналога которой можно рассматривать спутниковую навигационную систему для управления автомобильным транспортом, включающую автоматическое управление как отдельными автомобилями, так и транспортной системой в целом (Япония, 1989).

4.3.3. Зональная станция обработки и хранения данных - ОХДС, ближайшим аналогом которой является автоматизированная станция прослушивания, анализа, записи и хранения переговоров абонентов телефонной сети.

5. Функционирование системы.

ПД измеряет параметры радиации (мощность дозы I, суммарную дозу Dsum) и представляет данные измерений в цифровой форме. Сравнивает I с двумя уровнями мощности дозы I1 и I2.

Если I<I1, то связь с ЗС не производится.

Если I1≤I<I2, то ПД устанaвливает связь с ЗС и передает информацию (I, Dsum) без подачи предупреждающего звукового сигнала.

Если I>I2, то на ЗС передается информация (I, Dsum) с подачей предупреждающего звукового сигнала; носителю ПД передается стандартное речевое сообщение, содержащее рекомендацию, как себя вести в данной ситуации, и автоматически устанавливается телефонная связь носителя ПД с оператором ЗС.

ЗС функционирует следующим образом.

1. С помощью РЗС в реальном масштабе времени принимает информацию (I, Dsum) от каждого ПД из множества {ПД}, фиксируя при этом собственный номер ПД и момент начала передачи информации: (N,T), а с помощью ЛЗС определяет координаты ПД (x,у,h) в этот момент; вся информация (N,T,I,D,x,y,h) по каждому из сообщений ПД направляется далее на станцию обработки и хранения данных ОХДС.

2. В специальных случаях (I>I2 и/или Dsum > Dr) поддерживает двустороннюю телефонную связь между ПД и ЗС, которую может инициировать как носитель ПД, так и оператор ЗС, при этом все телефонные переговоры записываются в ОХДС. В случае недееспособности носителя ПД или его радиационного поражения (Dsum > Dr) ЗС вызывает специальную или ординарную скорую помощь.

3. ЗС может дополнительно выполнять и более сложные функции: вычислять кроме координат также скорость перемещения ПД - это поможет давать более точные советы его носителю в угрожающих ситуациях; осуществлять групповую связь попавшего в угрожаемую ситуацию носителя ПД с его ближайшим окружением: родственниками, друзьями, коллегами; осуществлять связь попавшего в угрожаемую ситуацию домашнего животного и его хозяина, если оба они имеют ПД и т.п.

4) В случае поступления сигналов опасности по п. 2 от массы ПД ЗС подает сигнал о радиационной опасности "Всем".

5) ЗС с помощью ОХДС запоминает данные о радиационной обстановке в контролируемой зоне; на их основе составляет радиационные карты и прогноз изменения радиационной обстановки со временем; выявляет и идентифицирует неконтролируемые источники повышенной радиации; оценивает радиационные выбросы промышленных объектов на контролируемой зоне; подсчитывает суммарную дозу, полученную населением на контролируемой зоне, а также суммарную дозу для каждого носителя ПД, и т.д.

6. Возможность осуществления системы.

Все вышеперечисленные элементы системы, как уже отмечалось выше (п. 3), реально существуют и эксплуатируются и практически без конструктивных изменений могут быть использованы для создания предлагаемой системы. Изменений потребует лишь программное обеспечение.

Список литературы
1. Выложенная заявка ФРГ N 3618162, G 01 T 1/169, 1987.

2. Заявка Франции N 2660761, G 01 T 1/10, 1991.

В системе использованы абонентские персональные дозиметры, снабженные средствами радиосвязи с зональной станцией. Абонентский дозиметр выходит на связь с зональной станцией, когда его измерительный преобразователь задетектирует повышенный уровень радиоактивности в зоне нахождения владельца абонентского персонального дозиметра. Зональная станция снабжена средствами пространственно-разнесенного приема сигналов абонентских дозиметров для возможности определения местонахождения последних. В системе обеспечена возможность вхождения в связь без непосредственного участия владельцев абонентских персональных дозиметров за счет наличия двух порогов срабатывания детекторной системы. Владелец абонентского персонального дозиметра ставится в известность о повышенном радиационном фоне только в случае непосредственной радиационной опасности. Технический результат заключается в том, что данная система позволяет выявить участки с повышенной радиоактивностью в рамках обычной жизнедеятельности владельцев персональных дозиметров - абонентов системы и информировать зональную станцию о соответствующих участках.

Система контроля радиационной обстановки и персональной дозиметрии, содержащая, по крайней мере, одну зональную станцию сбора и обработки телеметрических данных и совокупность первичных источников этих данных - персональных дозиметров, каждый из которых имеет в своем составе средства измерения дозы и мощности дозы, действующих на месте пребывания носителя персонального дозиметра, средства сигнализации, предупреждающие носителя персонального дозиметра о грозящей ему опасности, и канал телеметрической связи с зональной станцией, отличающаяся тем, что в системе применяются, по крайней мере, двухпороговые по мощности дозы персональные дозиметры, а зональная станция снабжена средствами локации передающего персонального дозиметра, при этом наименьший порог мощности дозы - порог активизации канала телеметрической связи персонального дозиметра с зональной станцией - выбирается превышающим среднефоновый уровень мощности дозы, но меньшим предельно допустимого уровня мощности дозы - порога активизации предупреждающей персональной сигнализации.