УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2008 года по МПК G01N23/00 

Изобретение относится к области детектирования ядерных излучений, обнаружения радиоактивных материалов на контрольно-пропускных пунктах, железнодорожных станциях, в аэропортах, таможенных службах.

Известно устройство для обнаружения контрабанды, содержащее полиэнергетический источник γ-излучения, спектрометрический детектор γ-излучения, усилитель сигналов детектора, амплитудно-цифровой преобразователь, контроллер и компаратор интенсивности импульсов в избранных энергетических областях (селектор импульсов отраженного γ-излучения) и дисплей. Патент Российской Федерации №2161299, МПК G01N 23/08, 2000 г.

Недостатками изобретения является то, что детектор, реагируя на наличие за экраном присоединенной массы (контрабанды), никак не позволяет судить о характере скрытого материала, поскольку величина альбедо (показателя отражения) широкого ненаправленного пучка γ-излучения в столь сложной геометрии не позволяет связать интенсивность регистрируемого γ-излучения с атомным номером или даже плотностью отражающего вещества и, следовательно, не позволяет хоть как-то идентифицировать характер скрытой закладки и не исключает ошибок, связанных с помехами, создаваемыми наличием конструктивных элементов (перегородок, ребер жесткости и пр.) транспортного средства или строения за перегородкой (маской).

Известно устройство для обнаружения взрывчатых веществ, содержащее источник излучения, детектор γ-излучения, блок обработки сигналов гамма-излучения, имеющий усилитель сигналов детектора, селектор γ-излучения и контроллер, и блок индикации, в котором источник излучения выполнен в виде нейтронного генератора с блоком управления нейтронным генератором. Свидетельства Российской Федерации на полезную модель №26849 (контрабанда), МПК G01N 23/08, 2002 г. и на полезную модель №27227 (скрытые взрывчатые вещества), МПК G01N 23/08, 2002 г.

Данные технические решения разработаны в портативном исполнении для обнаружения вложений в переносном багаже и неприменимы для работы с контейнерами.

Известно устройство для анализа многокомпонентных материалов, которое содержит источник γ-излучения, детектор γ-излучения, усилитель, дискриминатор, контроллер и дисплей.

В этом устройстве исследуемый образец помещают между источником и детектором, γ-излучение, проходя сквозь образец, ослабляется по интенсивности, сохраняя энергию γ-квантов. Далее γ-кванты регистрируются детектором γ-излучения, импульсы детектора усиливаются в усилителе, проходят дискриминатор и через счетчик попадают в вычислительное устройство (контроллер), после обработки информация выводится на дисплей. Патент Великобритании №2088050, G01N 23/08, 1998 г. Прототип.

Недостатком изобретения является низкая стабильность измерений.

В настоящее время актуальной является задача выявления скрытого источника излучения. Источников, спрятанных в материалах, обладающих естественной радиоактивностью, а также содержащих радиоактивные вещества: радиоактивные отходы, руды, в так называемых протяженных или распределенных источниках излучений. Такие распределенные источники излучения позволяют скрыть точечный источник излучения.

Настоящее изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, экспресс-анализ грузов и материалов, обнаружение скрытого источника и направления на него.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для обнаружения радиоактивных материалов, содержащем приемник излучения, контроллер и дисплей, приемник излучения выполнен протяженным и позиционно-чувствительным, перед приемником расположен шаровой зонд, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения перпендикулярно и/или параллельно поверхности протяженного позиционно-чувствительного приемника излучения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично представлена измеряющая структура, где 1 - позиционно-чувствительный приемник излучения; 2 - распределенный источник; 3 - точечный источник; 4 - шаровой зонд, l - расстояние от позиционно-чувствительного приемника излучения 1 до центра шарового зонда; L - расстояние между поверхностью позиционно-чувствительного приемника излучения 1 и точечным источником 3, ⊘ - диаметр зонда; D₁, D₂, D₃ - размеры теневых изображений при различных расстояниях l₁, l₂, l₃ от позиционно-чувствительного приемника излучения 1 до центра шарового зонда 4; А, В, С, D, Е - геометрические точки подобных треугольников.

Устройство для обнаружения радиоактивных материалов работает следующим образом. При наличии точечного источника 3 наблюдается теневое изображение шарового зонда 4. Если шаровой зонд 4 будет находиться на одной оси с точечным источником 3, а эта ось будет перпендикулярна поверхности позиционно-чувствительного приемника излучения 1, то теневое изображение шарового зонда 4 будет в виде окружности. Перемещая шаровой зонд 4 перпендикулярно поверхности позиционно-чувствительного приемника излучения 1, будем получать теневое изображение шарового зонда 4 разного диаметра.

Зная диаметр ⊘ шарового зонда 4, расстояние l от позиционно-чувствительного приемника излучения 1 из подобия треугольников АВС и CDE можно получить, что

L=((l₁·⊘)/(D₁-⊘))+l₁.

Аналогичные выражения получаются для других расстояний между шаровым зондом 4 и позиционно-чувствительным детектором излучения 1.

Проведение измерений при различных расстояниях l необходимо для выбора оптимального расстояния, а также для оценки эффективного диаметра ⊘ при расстоянии от позиционно-чувствительного приемника излучения 1 до центра шарового зонда 4, стремящемся к нулю. В случае распределенного источника излучения 2 теневое изображение будет, но меньше, чем диаметр ⊘ шарового зонда 4.

Наблюдаемый размер тени в последнем случае также может быть использован для оценки размера распределенного источника 2 при использовании подобия соответствующих треугольников.

Следует отметить, что при фиксированном расстоянии L размер теневого изображения D зависит от размера источника d, размера тестового образца ⊘ и расстояния l.

Распределенным источником считают источник, размер которого больше размера тестового образца. Из чертежа видно, что в случае распределенного источника D не может быть больше ⊘ ни при каких L и l.

В случае точечного источника размер теневого изображения не может быть меньше ⊘ ни при каких размерах L и l.

Из подобия треугольников на чертеже следует, что связь размера распределенного источника d с величинами D, ⊘, L и l определяется из выражения d=((⊘·D·1/⊘-D)+L))/((D·1/⊘-D)+1).

При увеличении расстояния 1, начиная от минимального значения, равного ⊘/2, размер теневого изображения D уменьшается в случае распределенного источника и возрастает в случае точечного источника.

Такое поведение размера теневого изображения D позволяет отличить один вид источника (точечный или распределенный) от другого.

Направление на источник определяют не только по положению теневого изображения по отношению к центру позиционно-чувствительного приемника, но и по эллиптичности изображения, возникающей при косом падении излучения на приемник изображения.

Тип излучения определяют как по величине ослабления излучения, так и по соотношению величин ослабления излучения в тестовых образцах, изготовленных из различных материалов, например полиэтилена, борированного полиэтилена и свинца.

Величина ослабления излучения для различных видов излучения различна для различных материалов при одном и том же размере тестового образца.

Для изготовления шарового зонда 4 используются материалы, ослабляющие различные виды излучения. Борированный полиэтилен используется в случае источника быстрых или/и тепловых нейтронов. Может быть использован также обычный полиэтилен в кадмиевой оболочке. Свинцовый шаровой зонд 4 необходим в случае источника гамма излучения.

Минимальный размер шарового зонда 4 в случае быстрых нейтронов с энергией около 10 МэВ и менее определяется длиной замедления нейтронов, которая лежит в пределах 3-5 см. В случае гамма излучения широко распространенных источников минимальный размер шарового зонда 4 также может составлять несколько сантиметров.

Максимальный размер шарового зонда 4 зависит от предполагаемого размера распределенного источника 2, расстояния между ним и позиционно-чувствительным приемником излучения 1, а также размера последнего.

Использование: для обнаружения радиоактивных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для обнаружения радиоактивных материалов содержит приемник излучения, контроллер и дисплей, при этом приемник излучения выполнен протяженным и позиционно-чувствительным, перед приемником расположен шаровой зонд, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения перпендикулярно и/или параллельно поверхности протяженного позиционно-чувствительного приемника излучения. Технический результат: упрощение конструкции, экспресс-анализ грузов и материалов, обнаружение скрытого источника и направление на него. 1 ил.

Устройство для обнаружения радиоактивных материалов, характеризующееся тем, что оно содержит приемник излучения, контроллер и дисплей, приемник излучения выполнен протяженным и позиционно-чувствительным, перед приемником расположен шаровой зонд, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения перпендикулярно и/или параллельно поверхности протяженного позиционно-чувствительного приемника излучения.