ВОЙСКОВОЙ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ УНИФИЦИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ИЗ ТРЕХ МОНОБЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ДОЗИМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ Российский патент 2013 года по МПК G01T1/00 

Использование: для решения задач войскового дозиметрического контроля (ДК) и обеспечения радиационной безопасности военнослужащих и гражданского персонала ВС РФ в мирное и военное время.

Сущность изобретения заключается в возможности реализации концепции по разработке единого войскового многофункционального унифицированного комплекса дозиметрического контроля (КДК) для различных условий облучения в мирное и военное время, соответствующего современному уровню научно-технического развития и способного интегрироваться в новый облик войсковой системы технических средств радиационной разведки и контроля (ТС РР и К) [1].

Технический результат: возможность проведения ДК с использованием средства измерения, включающего совокупность технических решений и функциональных возможностей по раздельному измерению дозы гамма-, нейтронного, смешанного гамма-нейтронного и бета-излучения, имеющего единую моноблочную конструкцию и позволяющего решать поставленные задачи как ежедневного индивидуального ДК, так и в условиях воздействия радиационных поражающих факторов (РПФ) ядерного взрыва (ЯВ) и аварий на радиационно опасных объектах.

Изобретение относится к области войсковой дозиметрии и обеспечения радиационной безопасности (РБ) личного состава ВС РФ.

Анализ состояния вопроса и актуальность изобретения.

Технические средства ДК облучения, имеющиеся на снабжении ВС РФ, разрабатывались для оценки и прогноза боеспособности личного состава по РПФ ЯВ и предназначались для обеспечения больших масс войск. Считалось, что в условиях массированного применения противником ядерного оружия (ЯО) использование многофункциональных дозиметров каждым военнослужащим было бы дорого, неэффективно и даже вредно. Таким образом, постепенно сложилась ситуация, когда основное количество имеющихся в ВС РФ средств войскового и индивидуального ДК стало не в полной мере отвечать как все возрастающим требованиям РБ, предъявляемым к контролю облучения в мирное и военное время [2, 3], так и современному научно-техническому уровню.

В то же время достижения зарубежных разработок в этой области характеризуются значительным шагом вперед.

В мировой практике давно завершился переход на энергосберегающие и энергонезависимые методы контроля доз облучения на базе различных типов электронных дозиметров [4]. Достигнутые успехи в разработках микропроцессорной техники позволили путем введения элементов искусственного интеллекта в логическую структуру функционирования дозиметрических приборов в значительной степени исключить недостатки, свойственные тем или иным детекторам.

Аналогом разработанного многофункционального КДК в армиях США и некоторых других европейских стран являются дозиметры-радиометры AN/VDR-2, Smartbadge, AMD-300 [5, 6, 7].

Среди современных отечественных дозиметрических средств контроля облучения, предназначенных для снабжения ВС РФ, наиболее проработанными в теоретическом, конструкторском и технологическом планах, являются дозиметрические комплексы с электронным (микропроцессорным) управлением Д-15 и Д-16 [8, 9]. По большинству дозиметрических характеристик, а также по универсальности использования они выгодно отличаются от других типов детекторов (например, используемых в атомной промышленности).

Дозиметр Д-15 предназначен для хранения и отображения дозиметрической информации об эквивалентной и поглощенной дозе гамма-излучения, времени и продолжительности облучения, а также для измерения и контроля мощности дозы гамма-излучения в зоне облучения командным составом подразделений радиационной, химической и биологической разведки воинских частей ВС РФ от командира расчета (экипажа) и выше и командным составом ВС РФ от командира взвода и выше. Однако возможности дозиметра ограничены его предназначением и типом измеряемого излучения.

Дозиметрический комплекс Д-16 включает два раздельных гамма-нейтронных дозиметра, а также считывающее устройство. Основным недостатком комплекса является недостоверность измерения дозы, обусловленная невозможностью раздельного измерения гамма- и нейтронного излучений.

Обоснование принципиальных конструкционных нововведений.

Автором предлагается оригинальная конструкция КДК, представляющая собой оптимальную комбинацию из пяти детекторов, размещенных в трех моноблоках, взаимодействующих через систему контактных разъемов.

Три детектора полупроводникового (ППД) типа для регистрации гамма- (два детектора) и нейтронного (один детектор) излучений управляются микропроцессором, детекторы для регистрации смешанного гамма-нейтронного и бета-излучения (химический и термолюминесцентный соответственно) не связаны с микропроцессорным управлением.

Такая конструкция позволяет обеспечить эффективное решение проблемы раздельной дозиметрии нескольких видов ионизирующих излучений (ИИ) в их смешанных полях и различных условиях радиационной обстановки (РО).

Как известно, основное поражающее действие проникающей радиации (ПР) ЯВ характеризуется величиной нейтронной компоненты, вклад в суммарную дозу которой составляет более 75% (причем основное значение будет играть «быстрая» часть энергетического диапазона нейтронов, коэффициент относительной биологической эффективности которых, в диапазоне от 0,1 до 10 МэВ, может достигать значений от 4 до 10) [10]. Последующее же радиационное воздействие будет определяться дозой, формируемой внешним гамма-облучением, соответственно, при использовании дозиметра, регистрирующего суммарную дозу гамма-нейтронного излучения, полученная информация о величине дозы будет обладать существенной неопределенностью, так как практически невозможно установить, подвергался ли данный военнослужащий (подразделение) только воздействию гамма-излучения, или только воздействию ПР, или воздействию облучения в обоих случаях. Следовательно, для достоверной оценки степени боеспособности по радиационному фактору как отдельных военнослужащих, так и подразделений в целом, возникает необходимость раздельного измерения поглощенных доз гамма- и нейтронного излучений в их смешанном потоке. Соответственно, требуется использование как минимум двух типов детекторов. Однако, при интенсивном использовании в радиационных полях гамма-излучения, нейтронный детектор также будет показывать определенную величину дозы, но только сформированную в результате ионизационных процессов взаимодействия гамма-излучения с чувствительной областью детектора. Это внесет дополнительную погрешность в результаты измерений. Автором предлагается следующей вариант решения данной задачи.

При действиях личного состава в условиях угрозы применения ЯО детектор нейтронного излучения находится в режиме «ожидания» и включается при появлении сигнала с встроенного в конструкцию датчика, срабатывающего под воздействием нейтронного потока. Использование данной схемы позволяет проводить измерение дозы, формируемой только потоком нейтронов ПР. При окончании воздействия система должна автоматически переключиться на регистрацию дозы гамма-излучения, но продолжать находиться в дежурном режиме ожидания следующего воздействия нейтронного потока.

Для решения задачи получения информации о полученной дозе смешанного гамма-нейтронного облучения, в условиях выхода из строя дозиметрического комплекса в результате воздействия других ПФ ЯВ, в состав КДК должен входить съемный химический детектор гамма-нейтронного излучения. Практическое применение данного нововведения заключается в визуальном сравнении выходного радиационного эффекта, образовавшегося в детекторе под воздействием ИИ, с контрольными выражениями этого эффекта, нанесенными на корпус КДК (в виде шкалы) и характеризующими величину полученной дозы. Информация, полученная таким образом, может быть использована для оперативной оценки степени облучения личного состава и своевременного оказания медицинской помощи.

По данным исследований, проведенных в работе [11], в условиях РО, формирующейся при аварии с ядерной энергетической установкой (ЯЭУ), отношение дозы бета- к дозе гамма-излучения может доходить до 40%, что, в случае отсутствия средств защиты, будет приводить к облучению большими дозами приповерхностных и глубинных слоев кожи, а также склеры глаз.

В настоящее время дозиметры измерения индивидуальной дозы бета-излучения на снабжении подразделений ликвидации последствий радиационных аварий отсутствуют. Соответственно, задача измерения дозы бета-излучения также является достаточно актуальной. Наиболее оптимальным методом регистрации дозы бета-излучения является термолюминесцентный (для данного типа детектора требуется отдельное устройство для снятия показаний, не входящее в состав КДК).

Для получения визуальной и слуховой информации о повышении (понижении) уровней радиации КДК должен оснащаться системами световой и звуковой сигнализаций.

Описание структуры и состава конструкции КДК.

Таким образом, с учетом вышеприведенного описания, определены структура и состав КДК. Структура комплекса разработана с учетом модульного принципа и имеет моноблочную структуру (фигура 1), включающую следующие элементы:

- измерительный моноблок ИМБ1 (аварийный и для военного времени) - 1;

- измерительный моноблок ИМБ2 (для индивидуального контроля в мирное время и измерения дозы бета-излучения) - 2;

- микропроцессорный блок МБ - 3.

Все моноблоки комплекса состыковываются с блоком МБ в единую конструкцию через систему контактных разъемов (ИМБ1-МБ-ИМБ2), что позволяет проводить их разъединение и замену, а также использовать только требуемую в данных условиях РО схему - ИМБ1-МБ, ИМБ2-МБ, ИМБ1-МБ-ИМБ2.

Моноблок ИМБ1 предназначен для раздельного измерения и хранения информации по полевой поглощенной дозе гамма- и импульсного нейтронного излучения, измерения мощности поглощенной дозы гамма- и нейтронного излучения, а также определения дозы смешанного гамма-нейтронного излучения химическим дозиметром. Для этого на корпусе моноблока имеется специальная шкала (фигура 1, №27) измерения выходного радиационного эффекта в виде восьми кружков с изменяющейся интенсивностью окраски и соответствующих им значений дозы <10, 50, 100, 200, 400, 600, 1000, >1000.

Состав ИМБ1 включает (фигура 1):

- ППД гамма-излучения - 4;

- ППД нейтронного излучения - 5;

- химический детектор смешанного гамма-нейтронного излучения - 6;

- датчик включения режима измерения импульсного нейтронного потока ПР - 7;

- энергонезависимую память - 8;

- индикатор световой сигнализации для визуального определения изменения параметров уровней радиации - 9;

- систему контактных разъемов для соединения с микропроцессором МБ - 10.

Моноблок ИМБ2 предназначен для раздельного измерения и хранения дозиметрической информации об индивидуальной эквивалентной (или поглощенной) дозе гамма- и бета-излучения.

Состав ИМБ2 включает (фигура 1):

- ППД гамма-излучения - 11;

- термолюминесцентный детектор бета-излучения - 12;

- энергонезависимую память - 13;

- индикатор световой сигнализации для визуального определения изменения параметров уровней радиации - 14;

- систему контактных разъемов для соединения с микропроцессором МБ - 15.

Микропроцессорный блок МБ предназначен для управления процессами считывания, обработки и передачи данных, поступающих с детекторов моноблоков ИМБ1 и ИМБ2, каналами внешней связи/энергонезависимой базой памяти, звуковой сигнализацией и системами отображения информации и ввода команд.

Состав МБ включает (фигура 1):

- микропроцессор - 16;

- источник питания - 17;

- приемопередатчик ИК излучения для обеспечения возможности передачи информации по ИК каналу связи - 18;

- энергонезависимую память - 19;

- жидкокристаллический экран (индикатор) - 20;

- порт для связи с ПЭВМ - 21;

- блок звуковой сигнализации для выдачи звукового сигнала о повышении (понижении) уровней радиации - 22;

- аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для обеспечения преобразования аналоговых сигналов, поступающих с детекторов, в цифровой вид - 23;

- усилитель для усиления слабых сигналов, поступающих с детекторов при низких уровнях радиации - 24;

- клавиатуру - 25;

- систему контактных разъемов для сопряжения с ИМБ1 и ИМБ2 - 26.

Список использованных источников

1. Соловых С.Н., Обоснование концепции развития системы технических средств радиационной разведки и контроля [Текст]: монография. / С.Н.Соловых; Военная академия РХБ защиты. - Кострома, 2009. - 150 с. - Библиогр.: с.133-147. - Деп. в ЦВНИ МО РФ 15.12.08, инв. № А9992.

2. Постановление Правительства РФ от 16.07.97 г. №718 «О порядке создания единой государственной системы контроля и учета индивидуальных доз облучения граждан» [Текст]. - М., 1997.

3. Приказ Минздрава РФ от 31.07.2000 г. №298 «Об утверждении Положения о единой государственной системе контроля и учета индивидуальных доз облучения граждан» [Текст]. - М., 2000.

4. Субботин, Е.П. Дозиметрический комплекс для раздельной регистрации и измерения доз гамма- и нейтронного излучения [Текст]: дис.… канд. техн. наук. / Субботин Евгений Павлович. - М.: ВА РХБЗ, 2006. - 136 с.

5. AMD. Рекламный проспект фирмы.

6. AN/VDR. Рекламный проспект фирмы.

7. Smertbadge. Рекламный проспект фирмы.

8. Приказ МО РФ от 10 августа 2006 г. №334 «О принятии на снабжение ВС РФ измерителя дозы гамма-излучения прямопоказывающего (командирского) Д-15» [Текст]. - М., 2006.

9. Комплект Д-16. Пояснительная записка к техническому проекту. АЕСН.412118.001ПЗ [Текст]. - М.: МИЭТ, 2007. - 165 с.

10. Боевые свойства ядерного оружия. Воздушные, наземные и подземные ядерные взрывы [Текст]. - Том второй. - М.: Воениздат, 1980. - 528 с.

11. Разработка проекта ТТТ к техническим средствам для оснащения специальных войсковых подразделений ликвидации последствий аварий [Текст]: отчет о НИР №3743 (частный отчет по этапу 3.3). / Рук. Андреев Н.П.; исполн.: Федоров Н.А., Вдовин П.В. [и др.]. - Вольск-18, в/ч 61469, 1991. - 162 с.

Изобретение относится к области войсковой дозиметрии и обеспечения радиационной безопасности военнослужащих и гражданского персонала ВС РФ в мирное и военное время. Сущность изобретения заключается в том, что для определения параметров смешанных полей ионизирующих излучений используется комбинация пяти типов детекторов, размещенных в корпусе, состоящем из трех состыкованных и взаимодействующих между собой частей: измерительного моноблока ИМБ1; измерительного моноблока ИМБ2; микропроцессорного блока МБ. Технический результат - повышение эффективности раздельной дозиметрии нескольких видов ионизирующих излучений (ИИ) в их смешанных полях и различных условиях радиационной обстановки (РО). 4 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Войсковой многофункциональный унифицированный комплекс дозиметрического контроля, отличающийся тем, что для определения параметров смешанных полей ионизирующих излучений используется комбинация из пяти детекторов трех типов в корпусе, состоящем из трех состыкованных и взаимодействующих между собой частей: измерительного моноблока ИМБ1; измерительного моноблока ИМБ2; микропроцессорного блока МБ.

2. Моноблок ИМБ1, входящий с состав комплекса, отличающийся тем, что включает в себя три детектора для регистрации гамма-, нейтронного и смешанного гамма-нейтронного излучения, индикатор световой сигнализации и энергонезависимую память; детектор смешанного гамма-нейтронного излучения является химическим и не связан с микропроцессорным управлением; на корпус моноблока ИМБ1 наносится проградуированная выражениями выходного эффекта дозы шкала, по которой проводится считывание показаний с химического детектора; детекторы для регистрации гамма- и нейтронного излучения являются полупроводниковыми и управляются через имеющуюся систему контактных разъемов микропроцессором, находящемся в блоке МБ, детектор нейтронного излучения приводится в действие сигналом с датчика включения режима измерения импульсного нейтронного потока.

3. Моноблок ИМБ2, входящий с состав комплекса, отличающийся тем, что включает в свой состав два детектора гамма- и бета-излучения, индикатор световой сигнализации и энергонезависимую память; детектор для регистрации гамма-излучения является полупроводниковым и управляется через имеющуюся систему контактных разъемов микропроцессором, находящемся в блоке МБ; детектор бета-излучения является термолюминесцентным и не связан с микропроцессорным управлением.

4. Микропроцессорный блок МБ, входящий с состав комплекса, отличающийся тем, что через микропроцессор и имеющуюся систему контактных разъемов обеспечивает управление измерительными моноблоками ИМБ1 и ИМБ2 в трех различных комбинациях: ИМБ1-МБ, ИМБ2-МБ, ИМБ1-МБ-ИМБ2.