СПОСОБ АЭРОГАММА-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОЙ АВАРИИ, СОПРОВОЖДАЮЩЕЙСЯ ДИСПЕРГИРОВАНИЕМ ПЛУТОНИЯ Российский патент 2006 года по МПК G01T1/167 G01T1/202 

Изобретение относится к области технической физики, а именно к аэрогамма-спектрометрическим методам и техническим средствам съемки окружающей среды, и может быть использовано для профилактического контроля радиационной обстановки в зоне радиационно-опасного объекта, а также в процессе мероприятий, связанных с ликвидацией последствий техногенных аварий, сопровождающихся выбросом делящихся материалов, в частности плутония.

Известен геофизический способ аэрогамма-спектрометрической съемки (АС 854166 опубл. 10.01.2000), позволяющий контролировать естественный радиационный фон Земли с целью поиска месторождений полезных ископаемых путем определения концентрации радионуклидов в горных породах. Способ состоит в измерении потоков радиоактивного излучения с помощью детекторов, установленных на воздушном судне.

Для реализации этого метода используют устройство, устанавливаемое на борту воздушного судна, состоящее из блока детектирования гамма-излучения, амплитудного анализатора, вычислительного блока и регистратора. Блок детектирования состоит из основного и дополнительного детекторов, что позволяет измерить интенсивность гамма-излучения на различных расстояниях от поверхности Земли и с учетом принятой математической модели при помощи счетно-решающего устройства измерить концентрацию радионуклидов в горных породах.

Возможность использования подобного способа в условиях техногенной аварии с диспергированием плутония ограничена тем, что высота, с которой производят детектирование над поверхностью земли (около 800 м), обусловленная техническими возможностями носителя, не позволяет регистрировать гамма-кванты плутония ввиду их полного поглощения в слое воздуха на этой высоте. Использование же вертолета для этих целей на малых высотах приводит к сильному «возмущению» несущими винтами поверхности земли и говорить о достоверности определения поверхностной активности плутония в этом случае не представляется возможным.

Наиболее близким способом (прототип) к заявляемому является аэрогамма-спектрометрический способ (Препринт 029-95 / МИФИ, Москва 1995), позволяющий осуществлять съемку окружающей среды в условиях техногенной аварии. Для обнаружения участка территории с радиоактивным загрязнением и исследования характеристик поля выпадения гамма-излучающих радионуклидов проводится измерение пространственно-энергетического распределения плотности потока гамма-излучения из нижнего полупространства системой детекторов, установленной на борту летательного аппарата (ЛА). Для этого при проходе летательного аппарата над обследуемым участком территории проводится набор серии последовательных спектров. Каждый из спектров оказывается привязанным к участку территории, линейные размеры которого определяются скоростью летательного аппарата и временем набора спектра.

Этот способ реализуется в блоке детектирования модульного типа, содержащем четыре сцинтилляционных детектора на толстых кристаллах NaI(TI) общим объемом 20 л (по 5 л каждый), установленном на борту ЛА авиации общего назначения.

Недостатком данного метода является невозможность получения информации о характеристиках полей радиоактивных излучений в низкоэнергетической области спектра гамма-излучения, в частности фотонного излучения плутония при авариях, сопровождающихся его диспергированием.

Плутоний является наиболее опасным радионуклидом с точки зрения воздействия на организм человека. Радиационная обстановка, обусловленная диспергированным плутонием, может носить долговременный и катастрофический характер (период полураспада плутония 24000 лет). В этих условиях в кратчайшие сроки после аварии требуется получение информации о радиационной обстановке, необходимой для принятия экстренных мер по сведению к минимуму вредного воздействия плутония на человека и планирования эффективных работ по ликвидации последствий аварии.

В методике МИФИ в качестве носителя регистрирующей аппаратуры используется самолет (высота полета - несколько сотен метров над землей) или вертолет (его использование на низких высотах приводит к сильному «возмущению» поверхности земли). Технические характеристики самолетов и связанные с ними особенности выполнения радиационного обследования загрязненной территории позволяют определять характеристики полей радиоактивных излучений только в высокоэнергетической части спектра фотонов (более 200 кэВ) и не позволяют регистрировать низкоэнергетическую компоненту гамма-излучения. Кроме того, для работы самолета или вертолета необходимы специально оборудованные взлетно-посадочные полосы, которых в непосредственной близости от места выполнения съемки может не оказаться. Использование для этих целей удаленных взлетно-посадочных полос вызывает непроизводительные затраты летного времени и тем самым ведет к значительному удорожанию аэрогамма-спектрометрических работ.

Задача состоит в разработке усовершенствованного способа получения новой информации в условиях техногенной аварии с выбросом плутония.

Техническим результатом изобретения является повышение информативности и достоверности съемки, оперативности реагирования на радиационные аварии и сокращение затрат на выполнение аэрогамма-спектрометрических работ.

Данный технический результат достигается для способа тем, что в отличие от известного способа аэрогамма-спектрометрической съемки, заключающегося в регистрации спектра гамма-излучения техногенных источников излучения посредством детектирования гамма-квантов, в предлагаемом способе детектируют гамма-кванты америция-241.

Кроме того, регистрация может быть осуществлена с борта легкого летательного аппарата, а детектирование производят посредством установленного на борту детектора на кристаллах NaI(TI).

Предлагаемый способ аэрогамма-спектрометрической съемки обеспечивает регистрацию низкоэнергетичной части спектра фотонов при детектировании гамма-квантов америция-241, что повышает информативность и достоверность съемки, давая дополнительную и наиболее ценную информацию о радиационной обстановке окружающей среды. Это представляется возможным на высотах порядка нескольких десятков метров, исходя из условия не поглощения в воздухе квантов америция на этих высотах. Способ осуществляется путем проведения следующих операций. Набор необходимого количества статистически значимых спектров проводится при облете территории галсами по сети прямолинейных маршрутов на высотах и со скоростями, позволяющими регистрировать гамма-излучение америция-241 (длина свободного пробега в воздухе гамма-квантов америция-241 с энергией 60 кэВ составляет 41,5 м).

Выбор америция в качестве регистрируемого изотопа (детектирование его гамма-квантов) обусловлен тем, что плутоний всегда содержит примеси америция-241. Зная содержание америция в смеси изотопов плутония и возраст смеси, анализируя спектр америция-241, переходят от гамма-измерений к поверхностной активности плутония и по ее значению судят о радиационной обстановке окружающей среды и планируют соответствующие защитные мероприятия.

Наряду с выбором оптимальных значений параметров полета - высоты и скорости полета, при аэрогамма-спектрометрических измерениях важное значение имеет выбор типа детектора, устанавливаемого на борту летательного аппарата. Выбор для детектирования детектора на кристаллах NaI(TI) с установкой его на борту определенного типа воздушного судна (ЛЛА) обусловлен его способностью регистрировать в этих условиях низкоэнергетическое излучение. Для минимально детектируемой активности имеет значение площадь чувствительной поверхности детектора. При этом еще раз следует заметить, что аэрогамма-спектрометрическая съемка загрязненной территории может быть проведена с борта легкого летательного аппарата, способного удовлетворять вышеназванным условиям, то есть летать с меньшей скоростью и на более низких высотах (по сравнению с самолетом и вертолетом), что невозможно для авиации общего назначения, исходя из условий обеспечения безопасности полетов. Таким образом, может быть достигнута и оперативность реагирования на радиационные аварии, и сокращение затрат на выполнение аэрогамма-спектрометрических работ, так как нет необходимости в использовании для этих целей удаленных взлетно-посадочных полос, что вызывает непроизводительные затраты летного времени и тем самым ведет к значительному удорожанию аэрогамма-спектрометрических работ.

Предлагаемый способ, позволяющий проводить детектирование гамма-квантов америция-241, реализуется с помощью устройства, устанавливаемого на борту носителя - легкого летательного аппарата (ЛЛА), например, типа СН 701 (Россия). Устройство представляет собой спектрометрический измерительный модуль (аэрогамма-спектрометр) в виде прямоугольного контейнера, во внутреннем объеме которого на виброразвязывающих устройствах размещаются детекторы, спектрометрические блоки и специализированные источники питания. Здесь в качестве устройства, воспринимающего излучение, используется многодетекторный блок детектирования, состоящий из детекторов на тонких кристаллах NaI(Tl), позволяющих регистрировать америций-241 с энергией порядка 60 кэВ. При этом высота полета ЛЛА составляет до нескольких десятков метров (до 30 м) от поверхности земли при скорости полета до 100 км/час.

Отработка математической модели аварийной ситуации позволяет сделать вывод о том, что применение предлагаемого способа помогает существенно повысить информативность и достоверность способа за счет обеспечения возможности регистрации низкоэнергетической части спектра гамма-излучения техногеннных источников (0,05-1 МэВ), а также оперативность реагирования на радиационные аварии за счет сокращения непроизводительных затрат летного времени, необходимого для доставки носителем регистрирующей аппаратуры к месту проведения съемки и совершения маневров в процессе выполнения работ. Сам ЛЛА может быть доставлен к месту выполнения работ в собранном виде любыми видами транспорта и приведен в рабочее состояние в кратчайшие сроки, для его взлета и посадки не требуется специально подготовленных взлетно-посадочных полос. Для этого могут использоваться ровные участки дорог, поля, поверхности водоемов.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволит не только повысить информативность и достоверность аэрогамма-спектрометрической съемки окружающей среды за счет возможности определения путем детектирования гамма-квантов америция-241 поверхностной активности плутония при авариях с диспергированием этого радионуклида, но и увеличить производительность этих работ за счет мобильности ЛЛА и возможности его оперативного применения.

Изобретение относится к аэрогамма-спектрометрическим методам и может быть использовано в условиях техногенной аварии, сопровождающейся диспергированием плутония, а также в процессе мероприятий, связанных с ликвидацией последствий этих аварий. Сущность: регистрируют спектр гамма-излучения техногенных источников посредством детектирования гамма-квантов америция-241. Технический результат: повышение информативности и достоверности съемки, повышение оперативности реагирования на техногенные аварии. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ аэрогамма-спектрометрической съемки окружающей среды в условиях техногенной аварии, сопровождающейся диспергированием плутония, включающий регистрацию спектра гамма-излучения техногенных источников излучения посредством детектирования гамма-квантов, отличающийся тем, что детектируют гамма-кванты америция-241.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрацию осуществляют с борта легкого летательного аппарата, детектирование производят посредством установленного на борту детектора на кристаллах NaI(Tl).