СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОБНАРУЖЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2002 года по МПК G01T1/169 

Изобретение относится к области войсковой дозиметрии, а именно к разработке дистанционного способа наземной радиационной разведки местности на основе метода пассивного сканирования.

В настоящее время существует большое количество радиационно опасных объектов, которые в случае их разрушения могут стать источниками радиоактивного загрязнения местности. Это предъявляет все большие требования к существующим и разрабатываемым системам и средствам радиационной рязведки (РР) как по оперативности, так и пo масштабам разведываемых территорий.

Основной задачей РР является получение данных о радиоактивном загрязнении, которые позволяли бы своевременно и целенаправленно привести в действие комплекс мероприятий по защите войск и населения от воздействия ионизирующего излучения (ИИ).

Существенного увеличения оперативности РР можно ожидать на пути разработки дистанционных средств РР, позволяющих получать информацию о пространственных и дозовых характеристиках объектов радиоактивного излучения на значительном удалении от него.

Существует несколько способов дистанционного получения информации о радиоактивных объектах или загрязнениях. Они подразделяются на способы прямой регистрации гамма-квантов, испускаемых источником, и регистрации вторичных эффектов, возникающих при взаимодействии ионизирующего излучения с веществом.

Известен способ, основанный на регистрации УФ-флуоресценции атмосферы под действием ИИ /1/. Недостатком данного способа является необходимость отсутствия посторонних засветок (безлунная ночь) при интегральной освещенности от 8•10^-3 до 0,1 лк.

Описан способ, основанный на регистрации оптического пробоя /2/. Он основан на возможности получения серии эффектов нелинейного взаимодействия лазерного излучения с воздушной средой, одним из которых является образование достаточно плотной плазмы (лазерной искры), дающей интенсивную световую вспышку, регистрация которой возможна с большого расстояния. Однако наличие эффекта инициирования пробоя аэрозольными частицами, присутствующими в атмосфере, ограничивает применение данного способа обнаружения ИИ.

Кроме того, этот способ предъявляет высокие требования к энергетике лазерного излучателя, которые в настоящее время могут быть реализованы лишь в лабораторных условиях в связи с низким кпд существующих лазеров.

Известен способ, основанный на регистрации гамма-квантов, испускаемых непосредственно источником ИИ. Способ основан на преобразовании поступающих от детектора сигналов в двоичный код при помощи кодирующего экрана, который представляет собой специальным образом составленную одномерную периодическую решетку. В зависимости от угла падения пучка гамма-квантов, на детектор проецируется тот или иной участок решетки и соответственно в приборе формируется та или иная кодовая комбинация, которая с помощью ортогональных преобразований распознается ЭВМ и тем самым фиксируются угловые координаты источника ИИ. Однако данный способ не позволяет получать достаточно полную информацию об объекте радиоактивного излучения при использовании его для целей ведения наземной РР (невозможность определения расстояния до источника ИИ).

Реализация предлагаемого способа приводит к получению практически полной информации о расстоянии до объекта исследования и его дозовых характеристиках.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Известно, что ядро радионуклида, претерпевая радиоактивный распад, теряет часть энергии в виде гамма-излучения. Помимо моноэнергетических радионуклидов, т.е. испускающих гамма-кванты одной энергии (Mn-54, Na-24 и др.), существует большое количество радионуклидов, ядерный распад которых проходит по сложной схеме (Na-22, Ti-44, Co-60, Cs-134, Pm-45 и др.). На один акт распада такого радионуклида может приходиться от двух до нескольких десятков линий энергетического спектра, на каждой из которых испускаются гамма-кванты с определенной энергией /3/. В предлагаемом способе данное свойство используется для получения дозовых характеристик радионуклида, основываясь на закономерностях ослабления излучения в слое поглощающей среды.

При взаимодействии гамма-излучения с веществом происходит ослабление излучения по экспоненциальному закону (для параллельного узкого пучка, состоящего из гамма-квантов одинаковой энергии Еγ).

I_R=I_oexp(-μR), (1)
где R - глубина поглотителя, см;
I_R - интенсивность на глубине поглощающего слоя R;
I_о - начальная интенсивность при R=0;
μ - коэффициент ослабления.

Значение I в формуле (1) может выражаться любой энергозависимой величиной, используемой в дозиметрии (см.таблицу), и измеряться любым техническим средством, обладающим способностью идентифицировать радионуклид и выделять значение измеряемой величины для каждой энергетической линии радионуклида. Значение I_о(Еγ) зависит от квантового выхода фотонов определенной энергии n(Еγ) на один акт ядерного распада.

Таким образом, значение начальной интенсивности излучения можно записать в виде:
I_o(Eγ) = A•n(Eγ), (2)
где А - активность радионуклида, Бк;
n(Eγ) - квантовый выход фотонов на распад, %.

С учетом приведенных зависимостей формулу (1) можно переписать в виде выражения (3):
I_R = A•n(Eγ)exp(-μ(Eγ)R). (3)
Отношение интенсивностей испускания фотонов на энергетических линиях радионуклида, изменяется пропорционально изменению глубины поглощающего слоя среды. Получили выражение (4), где (Eγ₁), (Eγ₂) - энергии гамма-квантов, испускаемых радионуклидом:

Отсюда запишем уравнение, связывающее энергетические характеристики радионуклида с толщиной поглощающего слоя между источником и детектором:
.

Выражение (5) показывает, что основанием для идентификации факта обнаружения ИИ является характеристика, полученная путем измерения отношения I_R(Eγ₁)/I_R(Eγ₂) в точке детектирования, т.е. любому значению R соответствует определенное значение I_R(Eγ₁)/I_R(Eγ₂).
Зависимость отношения интенсивностей энергетических линий радионуклидов Na-24, Cs-137, La-140, Co-57 от толщины слоя поглощающей среды представлена на чертеже.

Измерив мощность дозы D для узкого пучка излучения формируемого гамма-квантами с энергиями (Eγ₁) и (Eγ₂), получаем значение активности радионуклида А, что позволяет оценить мощность дозы, формируемой им в месте его нахождения:

где D - мощность поглощенной дозы, рад/ч;
Γδ - керма-постоянная, аГр•м² /•с Бк.

Таким образом, предложенный способ дистанционной РР позволяет получать следующие данные об источнике излучения:
расстояние до объекта излучения;
активность содержащегося в нем радионуклида;
мощность дозы в непосредственной близости от источника.

Главным преимуществом данного способа по сравнению с существующими, является принципиальная возможность практически полной оценки дозовых характеристик исследуемого объекта, расположенного на значительном удалении от места регистрации излучения при ведении наземной РР местности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. А.с. 24990 от 2.03.87 г.

2. Уэстервельт Д.Р., Гермин X. Лос-аломосская система обнаружения флуоресценции атмосферы.//ТИИЭР, 1965, т. 53, N 12, с. 1287.

3. В. Ф. Козлов. Справочник по радиационной безопасности. Энергоатомиздат. Москва, 1987 г., 191 с.

Использование: в наземной радиационной разведке (PP) местности на основе метода пассивного сканирования. Сущность: определяют расстояние до источника радиоактивного излучения и его дозиметрические характеристики путем измерения отношения интенсивностей испускания фотонов на энергетических линиях радионуклида, ослабленных слоем поглощающей среды. Технический результат - получение пространственных и дозовых характеристик объекта радиоактивного излучения при ведении дистанционной РР местности методом пассивного сканирования. 1 табл., 1 ил.

Способ дистанционного обнаружения радиоактивных объектов, заключающийся в дистанционном определении расстояния до источника излучения, отличающийся тем, что для определения этой величины измеряют значения энергозависимых характеристик излучения в геометрии узкого пучка и по различию ослабления излучения различной энергии поглощающим слоем между источником и детектором излучения определяют расстояния до источника.