СПОСОБ ПОИСКА И ОБНАРУЖЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ НЕРАВНОМЕРНОГО РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК G01T1/169 

Изобретение относится к области войсковой дозиметрии, а именно к средствам поиска и обнаружения источников гамма-излучения, и предназначается для оснащения дистанционно управляемых мобильных роботов (МР).

Известно, что в настоящее время для решения задачи поиска и обнаружения источников гамма-излучения на вооружении специальных отрядов ликвидации последствий радиационных аварий находится радиационно-поисковая машина (РПМ).

Она предназначена для поиска источников излучения (ИИ) и измерения уровней радиации на местности.

В качестве технического средства обнаружения источников РПМ оснащена аппаратурой наземного гамма-поиска НГП-81.

В основе принципа работы аппаратуры лежит способ поиска точечных источников гамма-излучения, заключающийся в регистрации излучения четырьмя детектирующими элементами с платформы РПМ /1/.

Каждый экранированный детектирующий элемент имеет анизотропную характеристику приема гамма-излучения, что обеспечивает возможность оперативного определения квадранта нахождения ИИ и угла направления на источник при остановке разведывательного средства. Сигналы от детектирующих элементов разделяются в селекторах на группы, соответствующие низкоэнергетическому интервалу излучения (1 кэВ < Е < 500 кэВ) и высокоэнергетическому интервалу (Е > 500 кэВ), что повышает точность статистической обработки в условиях изменяющегося фона. Далее сигналы в виде восьми последовательностей пуассоновских импульсных потоков через накопители поступают в логическое устройство, где производится выбор рабочей пары детекторов по максимально зарегистрированному числу импульсов.

В компараторе происходит сравнение общей суммы сигналов с пороговым значением и вырабатывается сигнал обнаружения. Одновременно делитель рассчитывает отношение сигналов с выбранной пары детекторов, на основе чего в интерполяторе определяется угол направления на искомый ИИ.

Аппаратура эффективна для дистанционного поиска отдельных радиоактивных обломков, разбросанных на большой территории. В случае наличия в поле зрения детекторного устройства нескольких ИИ, что характерно для аварий на АЭС, на выходах детектирующих элементов потоки импульсных сигналов будут определяться суммарным воздействием гамма-излучения от всех источников, попавших в поле их зрения. Поэтому обработка позиционной информации о выборе направления осуществляется только на один точечный ИИ, создающий а точке регистрация максимальную мощность дозы. Излучения от других источников принимаются как фоновые.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе практически невозможно определение правильного направления на ИИ при нахождении на местности нескольких ИИ высокой активности (неравномерное радиоактивное загрязнение), а также отсутствует возможность точного определения местоположения ИИ (источник может быть обнаружен только визуально или с помощью привлечения дозиметриста, который является одним из членов экипажа РПМ).

В настоящее время существует актуальная задача - поиск и обнаружение точечных, высокоактивных источников излучения, образующихся в результате радиационных аварий. Существующее техническое средство наземного гамма-поиска не может выполнить указанную задачу с достаточной эффективностью, потому что имеет ряд приведенных выше недостатков.

Технический результат - ведение поиска и обнаружения точного местоположения источников гамма-излучения в условиях неравномерного радиоактивного загрязнения.

Указанный технический результат достигается тем, что для обнаружения источника в условиях неравномерно-распределенного по площади радиоактивного загрязнения регистрируют сигналы от первого и второго детекторов, разделенных экраном, добиваются их равенства путем поворота продольной оси МР в сторону области более интенсивного излучения, перемещают МР в указанном направлении до появления разности в сигналах от этих детекторов, регистрируют получение сигнала от третьего детектора, вызванного повышением мощности дозы при приближении к источнику гамма-излучения, и повторяют эти операции до момента получения сигнала от этого детектора об уменьшении мощности дозы, свидетельствующего об обнаружении местоположения источника.

Кроме того, особенность способа заключается в том, что для определения направления на источник гамма-излучения первый и второй детекторы размещают таким образом, чтобы ось разделительного экрана совпадала с продольной осью МР, а третий детектор размещают на манипуляторе МР в месте, обеспечивающем возможность его максимального приближения к источнику гамма-излучения.

Рекомендуемый вариант размещения блоков детектирования на платформе МР представлен фиг.1, где:
1 - блок детектирования для определения направления на источник излучения;
2 - блок детектирования для определения точного местоположения источника излучения и контроля за изменением мощности дозы;
3 - манипулятор;
4 - видеокамера.

Для определения направления на ИИ на табло оператора МР предлагается вывести три световых индикатора, каждый из которых отражал бы одно из направлений расположения источника по отношению к МР: "Прямо", "Слева", "Справа".

Для непосредственного определения точного местоположения ИИ предлагается использовать звуковые сигналы.

На фиг.2 приведена электронная схема сравнения сигналов, поступающих от двух детекторов излучения, разделенных экраном, в которой информация об изменении мощности дозы в правом и левом секторах выражается с помощью световых индикаторов.

Схема сравнения состоит из двух операционных усилителей D₁ и D₂, логической схемы D₃ ИЛИ-НЕ и трех резистивных делителей R₁R₂, R₃R₄, R₅R₆.

Схема может подключаться к интегрирующим цепочкам различных измерителей мощности дозы (на схеме С₂ и C₁). Напряжение на С₂ и C₁ будет пропорционально мощностям доз гамма-излучения, создаваемых в детекторах приборов.

Интегрирующие цепочки измерительных устройств и делитель R₅R₆ соединены таким образом, что в средней точке делителя напряжение соответствует разности напряжений на конденсаторах интегрирующих цепочек.

Эта точка соединена с прямым входом операционного усилителя D₁ и инверсным входом усилителя D₂. Оставшиеся входы усилителей подключены к делителям R₃R₄ и R₁R₂ соответственно.

Выходы операционных усилителей через эмиттерные повторители V₁ и V₃ управляют световыми индикаторами HL₁ и HL₃ соответственно. Логический элемент D₃ через эмиттерный повторитель V₂ включает световой индикатор HL₂ в том случае, когда на выходах усилителей D₁ и D₂ сигнал отсутствует.

Таким образом, при превышении сигнала одного из детекторов относительно другого на определенную величину на выходе соответствующего операционного усилителя возникает напряжение, включающее соответствующую лампу индикатора. Когда сигналы детекторов различаются на такую же величину, на выходах операционных усилителей присутствуют низкие напряжения, в результате чего срабатывает логический элемент D₃ и загорается индикатор, характеризующий правильный выбор направления поиска.

На фиг.3 приведена электронная схема, работа которой основана на слежении за изменением значения напряжения на интегрирующей емкости измерителя мощности дозы и вырабатывании звуковых сигналов различной тональности.

Схема состоит из узла слежения и формирователей сигналов. Формирователи представляют собой совокупность мультивибраторов и ждущих мультивибраторов, вырабатывающих импульсные сигналы, поступающие на телефон.

Узел слежения построен на двух транзисторах, двух логических элементах ИЛИ-НЕ и одном элементе НЕ. Транзистор V₁ затвором подключен к интегрирующей емкости измерителя мощности дозы через разделительную емкость С₁...С₃. Транзистор V₂ служит для усиления тока стока транзистора V₁ и формирования двух пороговых сигналов. Вентили на логических элементах ИЛИ-НЕ пропускают импульсы от внешнего генератора на формирователи звуковых сигналов.

В исходном состоянии на затворе транзистора V₁ напряжение равно примерно половине напряжения питания. При этом через коллектор транзистора V₂ течет такой ток, который обеспечивает на верхнем по схеме выводе резистора R₆ напряжение больше логической единицы, а на резисторе R₇ - меньше. Напряжение с резистора R₆ подается на вход вентиля D₁ непосредственно, а с резистора R₇ на вентиль D₂ через инвертор. На другие входы этих вентилей подаются импульсы от внешнего генератора. В исходном состоянии вентили закрыты и импульсы генератора через них не проходят.

При повышении мощности дозы напряжение на интегрирующей емкости растет и это увеличение через емкость С₃ передается на затвор транзистора V₁, что приведет к увеличению его проводимости, а следовательно, и к увеличению тока транзистора V₂. Напряжение на резисторе R₆ станет больше уровня логической единицы, и вентиль D₁ откроется. Импульс генератора пройдет на формирователь сигнала повышения мощности дозы и одновременно через С₅ и диод V₅ передаст такой заряд на С₃, что его напряжение на правой по схеме обкладке уменьшится до первоначальной величины, после чего вентиль D₁ закроется, и схема возвратится в исходное состояние.

При дальнейшем увеличении мощности дозы выработается еще один сигнал и так далее, вплоть до верхней границы диапазона измеряемых мощностей доз.

Подключая параллельно к С₃ дополнительные емкости различной величины, можно регулировать частоту срабатывания звуковой сигнализации при одинаковом нарастании мощности дозы.

При уменьшении мощности дозы напряженно на затворе V₁ уменьшается, что приводит к снижению напряжения на резисторе R₇ ниже уровня логической единицы и открыванию вентиля D₂. Импульс с генератора пройдет теперь уже на формирователь сигнала понижения мощности дозы и одновременно через С₄ и диод V₄ передаст такой заряд на С₃, что напряжение на его правой обкладке увеличится до первоначальной величины и схема вернется в исходное состояние. Сигналы повышения и понижения мощности дозы должны различаться между собой. Например, можно использовать сигналы различной тональности, т.е. увеличение мощности дозы будет сопровождаться высоким звуковым сигналом, а понижение - низким.

Пример. Обнаружение источников гамма-излучения с помощью предлагаемого способа проводится следующим образом.

Определение направления на ИИ
Гамма-поиск начинается после статической ориентации оператором МР на границе загрязненного участка до получения равноинтенсивных сигналов от поисковых детекторов и стабильного свечения индикатора направления "Прямо". Оператор начинает движение МР в этом направлении, постоянно получая информацию с помощью световых сигналов, и корректирует направление поиска. При верно выбранном направлении движения МР показания мощности дозы начнут возрастать и появятся звуковые сигналы с определенной тональностью. Увеличение частоты срабатывания таких сигналов является подтверждением правильно выбранного направления.

Появление первого сигнала другой тональности (мощность дозы стала снижаться) свидетельствует, что ИИ находится в точке максимальной близости к МР.

Определение точного местоположения ИИ
Если оператору не удается установить визуальный контакт с ИИ, то его местоположение определяется по звуковым сигналам. Опуская манипулятор с детектором к исследуемой поверхности, оператор находит, в какой точке происходит изменение тональности звука, определяя точное местоположение ИИ.

После этого проводится захват источника рабочим органом манипулятора, погрузка в контейнер и транспортировка контейнера к месту сбора радиоактивных отходов.

Источник информации
1. Аппаратура НГП-81. ЦНИИ РТК, 1983 г. -157 с.

Использование: для оснащения дистанционно управляемых мобильных роботов. Сущность изобретения: способ заключается в регистрации излучения тремя детекторами, размещенными на платформе мобильного робота (МР). Один из блоков детектирования является поисковым и состоит из двух детекторов, разделенных экраном. Блок детектирования располагается на платформе МР таким образом, чтобы ось разделительного экрана совпадала с продольной осью МР. При поиске источника излучения МР двигается в направлении, определенном равноинтенсивными сигналами с обоих детекторов. Второй блок детектирования обнаружительный. Он представляет собой детектор, размещенный на манипуляторе МР. С его помощью регистрируется изменение мощности дозы и определяется точное местоположение источника гамма-излучения. Технический результат: ведение поиска и обнаружение точного местоположения источников гамма-излучения в условиях неравномерного радиоактивного загрязнения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ поиска и обнаружения источников гамма-излучения в условиях неравномерного радиоактивного загрязнения, заключающийся в регистрации излучения несколькими детекторами, размещенными на платформе мобильного робота (МР), отличающийся тем, что для обнаружения источника в условиях неравномерно распределенного по площади радиоактивного загрязнения регистрируют сигналы от первого и второго детекторов, разделенных экраном, добиваются их равенства путем поворота продольной оси МР в сторону области более интенсивного излучения, перемещают МР в указанном направлении до появления разности в сигналах от этих детекторов, регистрируют получение сигнала от третьего детектора, вызванного повышением мощности дозы при приближении к источнику гамма-излучения, и повторяют эти операции до момента получения сигнала от третьего детектора об уменьшении мощности дозы, свидетельствующего об обнаружении местонахождения источника. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для определения направления на источник гамма-излучения первый и второй детекторы размещают таким образом, чтобы ось разделительного экрана совпадала с продольной осью МР. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что третий детектор размещают на манипуляторе МР в месте, обеспечивающем возможность его максимального приближения к источнику гамма-излучения.