СПОСОБ ОБУЧЕНИЯ ОПЕРАТОРА ПОИСКУ И ИДЕНТИФИКАЦИИ РАДИОАКТИВНО-ЗАГРЯЗНЁННОЙ МЕСТНОСТИ Российский патент 2017 года по МПК G09B9/00 

Область техники

Настоящее техническое решение относится к способам обучения операторов на тренажерах, а именно к обучению работе с тренажером, имитирующим на части учебной территории радиоактивно-загрязненную местность (РЗМ). Это позволяет проводить учения в условиях, приближенных к реальным, без использования радиоактивных источников. Решение может быть использовано для обучения дозиметристов, экологов, офицеров МЧС проведению радиационной разведки.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время известны и широко применяются мобильные дозиметрические комплексы для контроля и мониторинга радиационной обстановки на больших территориях. Такими комплексами (пешеходными, автомобильными и вертолетными) оснащены аварийно-технические центры Госкорпорации «Росатом» и атомных станций и многих подразделений МЧС России. Международные инспекционные группы осуществляют поиск РЗМ на территориях, в отношении которых существует подозрение о проведенном ядерном испытании.

Применение комплексов требует квалифицированного персонала и его оптимального поведения на РЗМ с целью минимизации получаемых доз внешнего облучения при радиационной разведке, при оконтуривании очагов радиационного загрязнения и идентификации загрязняющих радионуклидов. Необходима подготовка для разных организаций, в том числе международных, широкого круга операторов-специалистов, обученных работам с мобильными дозиметрическими комплексами с целью оптимизации процесса поиска РЗМ, надежности идентификации загрязняющих радионуклидов и минимизации набираемой дозы внешнего облучения на РЗМ.

Известен способ обучения проведению работ по поиску источников ионизирующего излучения, описанный в заявке на изобретение №2002132945, МПК 7 G09B 23/20; приоритет 06.12.2002, дата публикации заявки: 10.06.2004, авторы: Алимов Н.И. (RU), Киселев Ю.А. (RU), Попов C.B. (RU), Холстов В.И. (RU), Шаталов Э.В. (RU). В этом способе в качестве источников ионизирующего излучения используют имитаторы радиоактивного загрязнения местности и располагают их на участке учебной площадки для моделирования радиационной обстановки согласно программе обучения. В качестве имитаторов используют малогабаритные радиопередающие устройства с антенной, обеспечивающей круговую диаграмму направленности напряженности поля радиоволн, а вместо блока детекторов прибора радиационной разведки используют приемник радиосигналов от имитаторов. По сути дела такие источники и детекторы моделируют источники и детекторы γ-квантов.

Недостатками аналога являются применение точечных закладных устройств, что влечет невозможность имитации протяженных РЗМ и имитации на РЗМ зон с разными величинами мощности эквивалентных доз (МЭД).

В качестве прототипа для заявляемого способа был выбран способ обучения спасателей и пожарных ориентированию по индивидуальным радиометрическим приборам на РЗМ описанный в патенте «Имитатор-тренажер дозиметра-радиометра» RU 137628 U1, МПК: G09B 9/00 (2006.01); приоритет 06.08.2013, опубликовано 20.02.2014; автор: Лифанов М.Н. Способ заключается в том, что преподаватель выбирает условный загрязняющий радионуклид и его спектр. Далее он фиксирует координаты расположения радионуклида на карте реальной местности. Преподаватель записывает эту информацию в память тренажера без доступа к ней оператора. Преподаватель предоставляет карту местности в составе тренажера оператору. Оператор передвигается по местности согласно карте. Система навигации отслеживает местоположение оператора. При попадании оператора в область действия условного загрязняющего радионуклида тренажер выдает информацию о радиоактивном излучении в зависимости от активности радионуклида и расстояния до него.

Недостатком данного способа является невозможность его использования при постановке более сложных задач при обучении операторов действиям в условиях загрязнения местности не точечным единичным радионуклидом, а поверхностным загрязнением площади несколькими разными нуклидами.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение диапазона способов обучения операторов действиям на РЗМ при точечном и поверхностном радиоактивным загрязнении.

Технический результат, достигаемый при решении этой задачи, заключается в более точном моделировании радиационного поля при сложном радиоактивном загрязнении и возможности анализа действий обучаемого оператора.

Технический результат достигается тем, что способ обучения оператора поиску и идентификации РЗМ включает в себя выбор преподавателем условного загрязняющего радионуклида и его спектра, фиксирование его координат расположения на карте реальной учебной территории, запись преподавателем этой информации в память тренажера без доступа к ней оператора, предоставление преподавателем карты учебной территории в составе тренажера оператору, передвижение оператора по учебной территории согласно карте, отслеживание системой навигации местоположения оператора, обнаружение попадания оператора в область действия условного загрязняющего радионуклида, выдачу тренажером информации о радиоактивном излучении в зависимости от активности радионуклида и расстояния до него. Согласно изобретению, преподаватель с помощью программы ПРИЗМА моделирует условную РЗМ произвольной формы, размера и площади с переменной радиоактивностью по поверхности, вычисляет МЭД и спектр γ-излучения в характерных точках всей учебной территории с учетом естественных преград и особенностей рельефа и вводит результаты расчетов в управляющую программу. Далее он располагает условную РЗМ на карте реальной учебной территории в памяти тренажера, далее фиксирует координаты ее границ и заносит эту информацию в память тренажера.

Преподаватель дает задание оператору найти на реальной учебной территории условную РЗМ, невидимую на карте в тренажере. При попадании оператора в любую точку учебной территории управляющая программа в составе тренажера корректирует рассчитанные по программе ПРИЗМА МЭД и спектры γ-излучения, которые суммирует с величинами, реально измеренными приборами в тренажере и отображает их на экране тренажера. Оператор отслеживает, а управляющая программа записывает в память текущую информацию, на основании которой оператор выбирает маршрут движения.

После возвращения оператора преподаватель сравнивает смоделированную им границу РЗМ с границей, выявленной оператором. Преподаватель так же сравнивает допустимое время пребывания в РЗМ с фактическим временем пребывания оператора в условной РЗМ. Преподаватель так же сравнивает допустимую для человека дозу радиации с рассчитанной дозой, полученной оператором на условной РЗМ и на основании этого делает вывод о подготовленности оператора к поиску реальных РЗМ.

Совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата - точное моделирование радиационного поля при сложном радиоактивном загрязнении, возможность анализа действий обучаемого оператора, что позволяет решить задачу расширения диапазона способов обучения операторов действиям в условиях поверхностного загрязнения местности.

Оператор обозначает на карте учебной территории области, внутрь которых попадают точки с повышенными значениями МЭД. Таким образом, он идентифицирует и оконтуривает области с разными величинами МЭД и получает распределение МЭД по РЗМ. Внешняя граница области будет являться границей РЗМ.

Управляющая программа в составе тренажера анализирует энергии пиков в спектре γ-излучения, определяет все нуклиды на условной РЗМ, как природные, так и смоделированные преподавателем, предоставляет оператору объединенную информацию на дисплее тренажера.

Такие действия дают оператору навык точного прочтения радиационного поля при сложном радиоактивном загрязнении, а после выполнения задания у преподавателя есть возможность анализа действий обучаемого оператора.

После возвращения оператора преподаватель анализирует и выявляет ошибочные действия оператора, приведшие к погрешностям в оконтуривании условной РЗМ и увеличению виртуальной МЭД, рекомендует увеличить скорость движения в зоне повышенных МЭД, увеличить скорость анализа обстановки, либо проводить его вне РЗМ.

Таким образом, данный способ обеспечивает возможность анализа действий обучаемого оператора. Это расширяет диапазон способов обучения операторов действиям в условиях РЗМ.

Признаки, изложенные в дополнительных пунктах формулы, в совокупности направлены на получение того же технического результата, на который направлен независимый пункт.

Краткое описание фигур чертежа

На фиг. 1 показана модель условной РЗМ эллипсоидной формы, с переменной радиоактивностью по поверхности.

На фиг. 2 показан экран тренажера с картой учебной территории.

На фиг. 3 показаны фрагменты маршрута оператора при оконтуривании РЗМ.

Варианты осуществления изобретения

Описанным в патенте способом можно проводить обучение операторов в условиях, приближенных к реальным, без использования радиоактивных источников. Далее будет описан один из вариантов осуществления изобретения - способ обучения операторов поиску и идентификации РЗМ.

Обучение начинается с того, что преподаватель моделирует с помощью программы ПРИЗМА условную РЗМ 1 произвольной формы, размера и площади с переменной радиоактивностью по поверхности и проводит расчет МЭД и спектров γ-излучения в характерных точках учебной территории. РЗМ 1 может иметь любую форму, например, точки, или эллипса, как показано на фиг. 1 и 2. Уровень загрязнения может увеличиваться по мере приближения к эпицентру 2 РЗМ 1. Таким образом, преподаватель моделирует ситуацию, приближенную к реальным условиям.

Преподаватель располагает условную РЗМ 1 на карте 3 учебной территории, которая находится в памяти тренажера как показано на фиг. 2. Далее он фиксирует координаты ее границ, заносит эту информацию в память тренажера таким образом, что бы у оператора не было к ней доступа, но был доступ к карте 3 учебной территории.

Преподаватель на основании предварительно проведенных расчетов по программе ПРИЗМА задает в характерных точках учебной территории величины МЭД и спектры γ-излучения с учетом реальных преград и рельефа местности.

МЭД и спектры γ-излучения заранее вычисляют по программе ПРИЗМА (ПРохождение ИЗлучения через МАтериалы) - базовой программы РФЯЦ-ВНИИТФ для расчета переноса частиц (нейтронов, γ-квантов, протонов, электронов) методом Монте-Карло. При решении неоднородного уравнения переноса распределение источников частиц может быть точечным, линейным, поверхностным или объемным. Оценка функционалов от решения уравнения переноса производится на любых геометрических поверхностях системы и внутри ее областей. На поверхностях рассчитываются токи и потоки частиц, токи и потоки энергии. Внутри геометрических областей вычисляются плотность частиц, поток частиц, плотность столкновений, число актов взаимодействия заданного типа, поглощенная энергия и ряд других функционалов.

Описание программы и ее возможностей опубликовано в статье Kandiev Y.Z., Kashaeva Е.А., Khatuntsev К.Е., Kuropatenko E.S., Lobanova L.V., Lukin G.V., Malakhov A.A., Malyshkin G.N., Modestov D.G., Mukhamadiev R.F., Orlov V.G., Samarin S.I., Serova E.V., Spirina S.G., Vakhonina T.V., Voronina N.A., Zatsepin O.V. // "PRIZMA" Status. Annals of Nuclear Energy, August 2015, Vol. 82, P. 116-120, а так же в Zatsepin O.V., Kandiev Ya. Z. // Importance sampling technique for reactor physics simulation of deep penetration and detection using the PRIZMA code. VANT Simulation of physical processes. 2015. Iss. 1. P. 30-36.

При таком подходе достигается более точное моделирование радиационного поля при сложном радиоактивном загрязнении.

Работу тренажера обеспечивает управляющая программа-диспетчер, которая в определенной последовательности проводит следующие операции:

- отбор информации от γ-детектора,

- отбор информации от GPS-датчика и нанесение координат 4 точки положения на электронную карту учебной территории 3 (фиг. 2),

- расчет МЭД 5 и идентификацию радионуклидов 6 в спектре γ-излучения в текущей позиции (фиг. 2). При выполнении этой операции управляющая программа выбирает из массива МЭД и спектров в характерных точках учебной территории, предварительно вычисленного по программе ПРИЗМА, ближайшие точки к текущей позиции, пропорционально расстояниям от текущей позиции до этих точек вводит поправки в МЭД и интенсивности спектральных линий и выводит их на экран планшетного компьютера.

- Объединение экспериментальных показаний γ-детектора с вычисленными значениями.

- Отбор информации о степени разряда батарей электропитания 7 (фиг. 2).

- Вывод показаний пользователю на экран тренажера и сохранение результатов.

Кроме перечисленных, программа-диспетчер выполняет ряд относительно мелких операций. Например, в зависимости от величины МЭД выбирает цвет точки 8 на карте учебной территории, единицы измерений, вычисляет надежность идентификации радионуклида 9, отображает дату и текущее время 10 и пр.

Подобные программы составляют индивидуально для каждой измерительной системы, они широко применяются на практике и не представляют трудностей для реализации.

Преподаватель предоставляет карту 3 учебной территории в составе тренажера оператору и направляет оператора на реальную местность для поиска условной РЗМ, скрытой от него на карте 3 в тренажере. Оператор передвигается по местности согласно карте 3. Тренажер с помощью GPS-датчика отслеживает местоположение оператора, а управляющая программа отмечает координаты 4 на карте 3 в тренажере. При попадании оператора в область условной РЗМ по показаниям GPS-датчика управляющая программа корректирует МЭД, интенсивность γ-линий, рассчитанные ранее программой ПРИЗМА, которые суммирует с величинами, реально измеренными приборами в тренажере и результат отображает на экране тренажера. Это повышает точность моделирования радиационного поля.

Оператор выбирает и корректирует маршрут своего движения, постоянно отслеживая радиационную обстановку. Маршрут управляющая программа отображает и сохраняет на карте 3 учебной территории, как показано на фиг. 2, и фиг. 3. Это дает возможность анализа действий обучаемого оператора.

После прохождения маршрута на экране тренажера на карте 3 учебной территории будет сформирован и отображен массив точек 8 с разными МЭД и спектрами γ-излучения, что позволит оператору обозначить границы РЗМ. Оператор, выполняя задание, обозначает на карте учебной территории области, внутрь которых попадают точки с повышенными МЭД. Таким образом, им будут идентифицированы и оконтурены области с разными МЭД и будет получено распределение МЭД по РЗМ. Внешняя граница области будет являться границей 11 РЗМ.

Оператор анализирует энергии пиков в спектре γ-излучения, показанные на экране тренажера и определяет загрязняющие нуклиды заданные преподавателем.

После выполнения задания оператор возвращается к преподавателю. Преподаватель сравнивает заданную им границу условной РЗМ 1 (фиг. 2,) с границей 11, выявленной оператором РЗМ (фиг. 3).

Кроме того, преподаватель сравнивает допустимое время пребывания в РЗМ с фактическим временем пребывания оператора в условной РЗМ, сравнивает допустимую для человека дозу радиации с рассчитанной дозой, полученной оператором в условной РЗМ. На основании этого он рекомендует оператору увеличивать скорость движения в зоне повышенных МЭД, увеличивать скорость анализа обстановки, либо проводить его в вне зоны. Преподаватель делает вывод о готовности оператора к поиску реальных РЗМ.

В результате проведенных экспериментов было подтверждено, что при осуществлении предлагаемого варианта обучения операторов поиску и идентификации радиоактивной загрязненной области более точно моделируется окружающая обстановка при радиоактивном заражении на площади поверхности, отслеживаются и фиксируются действия оператора. Это позволяет преподавателю в дальнейшем анализировать ошибки оператора, давать рекомендации в процессе обучения, делать вывод о готовности оператора к работе в реальных условиях.

Промышленная применимость

Наиболее эффективно выглядит использование предложенного способа в подготовке широкого круга операторов-специалистов разных организаций, в том числе международных, для работ с мобильными дозиметрическими комплексами с целью оптимизации процесса поиска и идентификации радионуклидных загрязнений. При этом должны соблюдаться требования надежности идентификации загрязняющих радионуклидов и минимизации набираемой человеком дозы внешнего облучения на загрязненной территории. Во время обучения оператор работает в условиях максимально повторяющих вероятные события, но не подвергается вредному радиоактивному воздействию на него. Описанный вариант способа позволяет более точно моделировать радиационное поле при сложном радиоактивном загрязнении и возможность анализа действий оператора. Это расширяет диапазон способов обучения операторов действиям в условиях поверхностного загрязнения местности.

В целом, рассмотренный вариант выполнения изобретения может быть реализован на существующем в настоящее время оборудовании с использованием имеющихся материалов. Это показывает его работоспособность и подтверждает промышленную применимость.

Способ может быть использован в обучении операторов работам с мобильными дозиметрическими комплексами. Преподаватель моделирует с помощью программы ПРИЗМА условно радиоактивно-загрязненную местность (РЗМ) произвольной формы, размера и площади с переменной радиоактивностью по поверхности. Затем фиксирует координаты границ, которые заносит в память тренажера. Оператор видит карту реальной учебной территории, согласно которой передвигается по местности. При попадании оператора в РЗМ управляющая программа в составе тренажера корректирует мощности эквивалентных доз (МЭД), интенсивность γ-линий, соответствующие условному выбранному загрязнению и экранирующим особенностям рельефа местности. После выполнения задания оператор возвращается к преподавателю. На основании полученных результатов преподаватель делает вывод о готовности оператора к поиску реальной РЗМ. Технический результат заключается в более точном моделировании радиационного поля при сложном радиоактивном загрязнении, возможности анализа действий обучаемого оператора. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ обучения оператора поиску и идентификации радиоактивно-загрязненной местности, включающий в себя выбор преподавателем условного загрязняющего радионуклида и его спектра, фиксирование его координат расположения на карте реальной учебной территории, запись преподавателем этой информации в память тренажера без доступа к ней оператора, предоставление преподавателем карты учебной территории в составе тренажера оператору, передвижение оператора по учебной территории согласно карте, отслеживание системой навигации местоположения оператора, обнаружение попадания оператора в область действия условного загрязняющего радионуклида, выдачу тренажером информации о радиоактивном излучении в зависимости от активности радионуклида и расстояния до него, отличающийся тем, что преподаватель с помощью программы моделирует условную радиоактивно-загрязненную местность (РЗМ) произвольной формы, размера и площади с переменной радиоактивностью по поверхности, вычисляет мощность эквивалентных доз (МЭД) и спектр γ-излучения в характерных точках всей учебной территории с учетом естественных преград и особенностей рельефа и вводит результаты расчетов в управляющую программу, располагает условную РЗМ на карте реальной учебной территории в тренажере, фиксирует координаты ее границ, заносит эту информацию в память тренажера, дает задание оператору найти на реальной учебной территории условную РЗМ, невидимую на карте в тренажере, при попадании оператора в любую точку учебной территории управляющая программа в составе тренажера корректирует рассчитанные ранее МЭД и спектры γ-излучения, которые суммирует с величинами, реально измеренными приборами в тренажере, и отображает их на экране тренажера, которые оператор отслеживает, а управляющая программа записывает в память тренажера, на основании этого оператор рассчитывает и проходит маршрут своего движения, после возвращения оператора преподаватель сравнивает смоделированную им границу условной РЗМ с границей, выявленной оператором, сравнивает допустимое время пребывания в РЗМ с фактическим временем пребывания оператора в условной РЗМ, сравнивает допустимую для человека дозу радиации с рассчитанной дозой, полученной оператором в условной РЗМ, и на основании этого делает вывод о готовности оператора к поиску реальных РЗМ.

2. Способ обучения операторов по п. 1, отличающийся тем, что оператор, выполняя задание, обозначает на карте учебной территории области с точками, где есть повышенные значения МЭД, идентифицирует и оконтуривает области с разными величинами МЭД и получает распределение МЭД по РЗМ.

3. Способ обучения операторов по п. 1, отличающийся тем, что управляющая программа в составе тренажера анализирует энергии пиков в спектре γ-излучения и объединяет природные и смоделированные преподавателем нуклиды на условной РЗМ, предоставляет оператору эту информацию на дисплее тренажера.

4. Способ обучения операторов по п. 1, отличающийся тем, что после возвращения оператора преподаватель анализирует и выявляет ошибочные действия оператора, приведшие к погрешностям в оконтуривании условно загрязненной области и увеличению виртуальной дозы внешнего облучения, рекомендует увеличить скорость движения в зоне повышенных мощностей дозы, увеличить скорость анализа обстановки либо проводить его вне зоны.