АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА, СОДЕРЖАЩЕГО ГЕРМЕТИЧНЫЕ КОНТЕЙНЕРЫ С ВЫСОКОТОКСИЧНЫМИ РАДИОАКТИВНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ Российский патент 2021 года по МПК G01T3/00 G21F5/00 

Изобретение относится к области систем, предназначенных для непрерывного в режиме реального времени радиационного контроля состояния объекта (хранилище контейнеров), имеющего герметичные контейнеры, содержащие высокотоксичные радиоактивные материалы, а также наличия концентраций альфа-излучателей природного и техногенного происхождения.

Широко известны дозиметры-радиометры на основе счетчика Гейгера-Мюллера - очень популярного детектора ионизирующего излучения. К таким дозиметрам-радиометрам относятся, в частности, устройства, описанные в патентах US №4672544 G01T 1/18, G01T 1/22 от 12.08.1983, ЕР №0881507 G01T 1/169, G01T 7/00 от 28.05.1997. Такие устройства содержат в своем составе источник высокого напряжения, счетчик Гейгера-Мюллера и выходной усилитель-формирователь, выходной сигнал которого используется для индикации излучения.

Однако, эти устройства не позволяют проводить оперативную передачу информации об обнаружении радиоактивного загрязнения.

Известно устройство, описанное в полезной модели RU №109625 Н04М 1/22 от 24.06.2011. Известное устройство представляет собой мобильное радиоустройство с дозиметром-радиометром, содержащее измерительный блок, содержащий детектор излучения и блок сопряжения, и мобильное радиоустройство, в корпусе которого размещен блок питания, выполненный с возможностью подачи питающих напряжений ко всем электронным узлам и блокам, расположенным в корпусе мобильного радиоустройства, процессор, соответствующие входы и выходы которого соединены с радиоблоком и с блоком памяти, а также блок индикации, вход которого подключен к соответствующему выходу процессора, и клавиатура, подключенная к соответствующему входу процессора. В состав известного устройства входит также усилитель, вход которого подключен к выходу детектора излучения, а выход через блок сопряжения соединен с процессором.

Данное устройство способно производить радиационный контроль и проводить оперативную передачу информации об обнаружении радиоактивного загрязнения, используя для этого радиоблок, однако оно не может производить его дистанционно, без участия пользователя в непосредственной близости к исследуемым объектам, одновременно снимать показания с группы объектов, сравнивать значения измерений с минимальными и максимальными допустимыми дозами излучений и записывать показания с датчиков в память персонального компьютера.

Технический результат заключается в возможности проведения непрерывного в режиме реального времени дистанционного радиационного контроля экологической обстановки состояния объекта, имеющего герметичные контейнеры, содержащие высокотоксичные радиоактивные материалы, а также наличия концентраций альфа-излучателей природного и техногенного происхождения, посредством контроля уровня альфа-излучения.

Технический результат достигается автоматизированной системой непрерывного контроля состояния объекта, содержащего герметичные контейнеры с высокотоксичными радиоактивными материалами, состоящей из тестирующей аппаратуры, имеющей как минимум два датчика регистрации альфа-излучения с чувствительными элементами, закрепленными на наружной поверхности каждого контейнера, устанавливаемые под герметизирующими элементами контейнера, исключающие регистрацию альфа-излучателей природного происхождения, а один - реперный датчик регистрации альфа-излучения вне герметизирующих элементов, контрольного источника альфа-излучения, расположенного под герметизирующими элементами каждого контролируемого контейнера, служащего для калибровки тестирующей аппаратуры, передающих оптических модулей, воспринимающих и преобразовывающих электрические импульсы с датчиков регистрации альфа-излучения в световые, волоконно-оптической линии связи, передающей сигнал с передающих оптических модулей на приемники оптических модулей, пересчетных устройств, получающих сигналы с приемников оптических модулей, персонального компьютера, воспринимаемого сигналы с пересчетных устройств и передающего сигнал блоку управления питанием ведущего, который в свою очередь по волоконно-оптической линии связи передает сигнал блоку управления питанием ведомого, подключенного к источнику питания, подающего питание на тестирующую аппаратуру.

В вариантах исполнения:

- чувствительные элементы выполнены гибкими, основой которых является полимерное оптическое волокно;

- герметизирующие элементы выполнены в виде металлических колпаков (крышек) с подвижным механизмом, герметично установленных на контролируемых объектах;

- контрольный источник альфа-излучения установлен в подвижный механизм герметизирующего элемента контейнера;

- источник питания может быть выполнен в виде автономного источника питания (аккумулятора).

Наличие в системе гибких чувствительных элементов датчика регистрации альфа-излучения, имеющих способность принимать форму необходимой зоны контроля, позволяет произвести закрепление их положения на металлической поверхности, обладающей магнитными свойствами, при помощи магнитной накладки, в пазах которой они размещаются, и зафиксировать выход высокотоксичных радиоактивных материалов в случае потери герметичности контейнера.

Наличие в системе герметизирующих элементов с подвижным механизмом позволяют обеспечить минимальное или максимальное расстояние контрольного источника альфа-излучения от чувствительных элементов датчиков регистрации альфа-излучения и его подвод к ним.

Наличие в системе контрольного источника альфа-излучения, установленного в подвижный механизм устройства герметизации, позволяет производить периодическую проверку работоспособности датчиков регистрации альфа-излучения и калибровку системы.

Наличие в системе источника питания, выполненного в виде автономного источника питания (аккумулятора), позволяет работать системе автономно и не зависеть от аварийных ситуаций в электроснабжении.

На фиг. 1 представлена общая схема системы, где:

Система состоит из датчиков регистрации альфа-излучения 1 и реперного датчика регистрации альфа-излучения 2, передающих оптических модулей 3, блока управления питанием ведомым 4, аккумуляторной батареи 5, волоконно-оптической линии связи 6, блока управления питанием ведущим 7, приемных оптических модулей 8, пересчетных устройств 9, персонального компьютера 10 и герметизирующих элементов 11 с установленными в их подвижные механизмы контрольные источники альфа-излучения.

Датчики регистрации альфа-излучения 1 и реперный датчик регистрации альфа-излучения 2 состоят из первичных преобразователей, состоящих из чувствительных элементов длиной 2 м, и фотоприемника. Датчики регистрации альфа-излучения 1, крепят непосредственно на поверхность контролируемого контейнера и при эксплуатации защищают от воздействия окружающей среды герметизирующим элементом 11. Датчики регистрации альфа-излучения 1 и реперный датчик регистрации альфа-излучения 2 соединены с передающими оптическими модулями 3 жгутами. Реперный датчик регистрации альфа-излучения 2 предназначен для измерения окружающего радиационного фона на контролируемом объекте вне герметизирующих элементов.

Передающие оптические модули 3 состоят из платы питания, предназначенной для преобразования входного напряжения от 9 до 18 В в напряжение 5 В на выходе, и платы источника напряжения излучения, предназначенной для приема входного сигнала от датчиков регистрации альфа-излучения 1 и реперного датчика регистрации альфа-излучения 2, выдачи оптических импульсов и фильтрации напряжения, поступающего с платы питания.

Связь передающих оптических модулей 3 с приемником оптических модулей 8 осуществляется по волоконно-оптической линии связи 6.

Приемные оптические модули 8 состоят из приемника, преобразователя оптических сигналов в импульсы напряжения и формирователя длительности импульса. Приемные оптические модули соединены при помощи жгутов с пересчетными устройствами 9.

Пересчетные устройства 9 состоят из платы микроконтроллера, предназначенной для счета импульсов в заданном интервале времени и для передачи по линии связи посчитанных импульсов на персональный компьютер 10 при помощи приемопередатчика.

Блок управления питанием ведущий 7 состоит из оптического передатчика, преобразовывающего электрические сигналы, поступающие от персонального компьютера 10 в оптическую мощность для передачи по волоконно-оптической линии связи 6 на блок управления питанием ведомый 4, и микроконтроллера, формирующего электрические сигналы включения/отключения питания на блоке управления питанием ведомый 4.

Блок управления питанием ведомый 4 состоит из фотодетектора, преобразования входного оптического сигнала в электрический ток, усилителя тока фотодетектора до уровня, достаточного для переключения контактов реле, и реле для коммутации контактов.

Аккумуляторная батарея 5 представляет собой батарею аккумуляторную СГАН 12-200 с номинальным напряжением 12 В и емкостью 200 А/ч. Аккумуляторная батарея 5 обеспечивает работу системы в течение 147 ч. Аккумуляторная батарея 5 располагается у входа в контролируемый объект или у контролируемого контейнера.

Персональный компьютер 10 представляет собой промышленную электронную вычислительную машину и служит для управления пересчетным устройством 9, блоком управления питанием ведущим 7, а также для сбора, сохранения, обработки и визуализации результатов счета импульсов с пересчетных устройств 9.

Система функционирует следующим образом:

- после включения персонального компьютера 10 и источника постоянного напряжения оператор настраивает параметры опроса: период опроса, время экспозиции и другие временные характеристики и нажимает кнопку «ПУСК»;

- после этого на вход блока управления питания ведомого 4 с оптического входа блока управления питанием ведущего 7 поступает постоянный оптический сигнал и начинает течь фототок, в результате чего ток возрастает и достигает значения, при котором переключаются контакты реле из состава блока управления питания ведомого 4;

- в результате переключения контактов реле появляется напряжение аккумуляторной батареи 5, и включаются фотоприемники датчиков регистрации альфа-излучения 1, реперного датчика регистрации альфа-излучения 2 и передающих оптических модулей 3;

- после этого на соединителях «выход» фотоприемников датчиков регистрации альфа-излучения 1 и реперного датчика регистрации альфа-излучения 2 появляются прямоугольные электрические сигналы, регистрирующие энергию альфа-частиц, попадающих на чувствительные элементы датчиков регистрации альфа-излучения 1 и реперного датчика регистрации альфа-излучения 2, которые по жгутам поступают на вход передающих оптических модулей 3;

- при поступлении указанных импульсов на входе передающих оптических модулей 3 на выходе появляются оптические импульсы, распространяющиеся по волоконно-оптической линии связи 6 и поступающие на вход приемных оптических модулей 8;

- после поступления оптического сигнала на оптический выход приемных оптических модулей 8 в нем происходит преобразование оптического сигнала в электрический сигнал;

- с выхода приемных оптических модулей 8 электрический сигнал поступает на пересчетные устройства 9;

- пересчетные устройства 9 обрабатывают поступающие сигналы и периодически осуществляют обмен информацией с персональным компьютером 10;

- персональный компьютер 10 обрабатывает получаемую с пересчетных устройств 9 информацию. Информация о каждой операции системы сохраняется на съемном жестком магнитном диске, а также документируется на принтере по требованию оператора.

Изобретение относится к области систем, предназначенных для непрерывного в режиме реального времени радиационного контроля состояния объекта. Сущность изобретения заключается в том, что автоматизированная система непрерывного контроля состояния объекта содержит гибкие чувствительные элементы датчика регистрации альфа-излучения, имеющие способность принимать форму необходимой зоны контроля, герметизирующие элементы с подвижным механизмом, позволяющие обеспечить минимальное или максимальное расстояние контрольного источника альфа-излучения от чувствительных элементов датчиков регистрации альфа-излучения и его подвод к ним, подвижный механизм устройства герметизации, позволяющий производить периодическую проверку работоспособности датчиков регистрации альфа-излучения и калибровку системы. Технический результат – проведение непрерывного в режиме реального времени дистанционного радиационного контроля экологической обстановки состояния объекта. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Автоматизированная система непрерывного контроля состояния объекта, содержащего герметичные контейнеры с высокотоксичными радиоактивными материалами, состоящая из тестирующей аппаратуры, имеющей, как минимум, два датчика регистрации альфа-излучения с чувствительными элементами, закрепленными на наружной поверхности каждого контейнера, устанавливаемые под герметизирующими элементами контейнера, исключающие регистрацию альфа-излучателей природного происхождения, а один реперный датчик регистрации альфа-излучения - вне герметизирующих элементов, контрольного источника альфа-излучения, расположенного под герметизирующими элементами каждого контролируемого контейнера, служащего для калибровки тестирующей аппаратуры, передающих оптических модулей, воспринимающих и преобразовывающих электрические импульсы с датчиков регистрации альфа-излучения в световые, волоконно-оптической линии связи, передающей сигнал с передающих оптических модулей на приемники оптических модулей, пересчетных устройств, получающих сигналы с приемников оптических модулей, персонального компьютера, воспринимаемого сигналы с пересчетных устройств и передающего сигнал блоку управления питанием ведущего, который, в свою очередь, по волоконно-оптической линии связи передает сигнал блоку управления питанием ведомого, подключенного к источнику питания, подающего питание на тестирующую аппаратуру.

2. Автоматизированная система по п. 1, отличающаяся тем, что чувствительные элементы выполнены гибкими, основой которых является полимерное оптическое волокно.

3. Автоматизированная система по п. 1, отличающаяся тем, что герметизирующие элементы выполнены в виде металлических колпаков (крышек) с подвижным механизмом, герметично установленных на контролируемых объектах.

4. Автоматизированная система по п. 3, отличающаяся тем, что контрольный источник альфа-излучения установлен в подвижный механизм герметизирующего элемента контейнера.

5. Автоматизированная система по п. 1, отличающаяся тем, что источник питания выполнен в виде автономного источника питания (аккумулятора).