Способ локализации источника гамма-излучения радиационным монитором Российский патент 2023 года по МПК G01T1/167 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к регистрации гамма-излучения и может быть использовано при обнаружении ядерных и радиоактивных материалов на контрольно-пропускных пунктах и проходных предприятий, где используются, хранятся или (и) перерабатываются радиоактивные нуклиды.

Известен портальный бета/гамма монитор M52-1 производства Ludlum Measurements Inc., содержит блок управления для сбора и обработки данных, пластиковые сцинтилляционные детекторы, которые регистрируют гамма-излучение, блок с максимальным значением счета определяет местоположение источника, на экране осуществляется его индикация. Рекламный проспект www.ludlum.com/products/all-product/model-52-1-52-5-52-6-series.

Очевидным недостатком таких мониторов является недостаточная точность локализации источника излучения, ограниченная область применения.

Известен транспортный портальный радиационный монитор, реализующий способ выявления места расположения источника излучения за счет особого размещения верхних и нижних детекторов относительно друг друга; по значению количества зарегистрированных импульсов определяют детектор с наибольшим значением, который определяет место расположения источника. Патент РФ № 2367977, МПК G01T 1/167, 20.09.2009.

Недостатком является малая точность определения местоположения источника гамма-излучения, ограниченная областью нахождения блока детектирования.

Известно устройство охранной сигнализации для обнаружения фактов несанкционированного проноса радиоактивных веществ. По способу результат достигается путем разбиения диапазона перемещения подвижной платформы из верхнего положения в нижнее на N зон, в процессе движения подвижной платформы производится подсчет импульсов, из которых вычисляются фоновые значения, результат сравнивают с порогом, зона, в которой сигнал, превышает порог, определяется местом расположения источника Патент РФ № 2358323, МПК G08B17/12, G01N 23/00, 10.06.2009.

Недостатком является наличие подвижной сканирующей платформы, малая точность определения местоположения источника.

Известен пешеходный радиационный монитор ТСРМ82 производства ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова», который содержит четыре блока детектирования (БД) гамма-излучения на основе неорганического сцинтиллятора CsI(Tl), а также выносной блок питания и управления (БПУ) со световой и звуковой сигнализацией. Радиационный монитор позволяет обнаруживать и определять местоположение в пространстве источника гамма-излучения. По способу локализации результат достигается за счет равномерного расположения в зоне контроля четырех блоков детектирования, подсчет зарегистрированных импульсов с каждого детектора и применения критерия Неймана-Пирсона для расчета порога срабатывания $$П=Ф+k\cdot \sqrt{Ф}$$ , где k – квантиль нормального распределения. После превышения порога срабатывания для каждого блока детектирования определяется коэффициент $$Q=\frac{N_{и}-Ф}{\sqrt{Ф}},$$ где $$N_{и}$$- скорость счета от источника; $$Ф$$- фон; определяют детектор с наибольшим значением Q, который определяет место расположения источника. [Пешеходный радиационный монитор гамма-излучения ТСРМ82, ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова». Рекламный проспект, 2022.] Данное техническое решение принято в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является малая точность определения местоположения источника гамма-излучения, ограниченная областью нахождения блока детектирования.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения местоположения источника гамма-излучения.

Технический результат достигается тем, что в способе локализации источника гамма-излучения радиационным монитором, заключающемся в том, что измерения проводят с применением радиационного монитора, содержащего портал, включающий в себя блоки детектирования гамма-излучения на основе сцинтиллятора CsI(Tl), равномерно размещенные внутри стоек, количество блоков детектирования больше либо равно двум, область контролируемого пространства представляют в виде матрицы с шагом L₁ по вертикали (j) и L₂ горизонтали (k), для каждого блока детектирования определяют матрицу значений чистой скорости счета от источника N_jk, матрицу значений скорости счета для каждого блока детектирования нормируют согласно выражению:

$$n_{jk}=\frac{N_{jk}}{{\displaystyle \sum _{i=1}^m{\left(N_{jk}\right)}_i}},$$

где n_jk – нормированная скорость счета;

N_jk – чистая скорость счета;

m – количество блоков детектирования, m ≥ 2.

рассчитывают матрицу ошибок ∆n_jk согласно выражению:

$$\Delta n_{jk}={\displaystyle \sum _{i=1}^m{\left(n_{jk}-n_i\right)}^2},$$

где n_jk – истинное значение нормированной скорости счета блока детектирования;

n_i – измеренное значение нормированной скорости счета с i-го блока детектирования;

в матрице полученных значений ∆n_jk осуществляют поиск минимума, величина которого определяет местоположение источника с координатой j и k;

в случае если найденное минимальное значение ∆n_jk превышает заранее установленное предельное значение, делается вывод о невозможности локализации источника, фиксацию видеокадров объекта контроля осуществляют Web-камерой, данные о результатах локализации и видеокадрах передают на ЭВМ, которая совмещает место нахождения источника гамма-излучения c видеокадром объекта контроля.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

1 – портал;

2 – блок управления;

3 – блок детектирования;

4 – микроконтроллер;

5 – PoЕ-коммутатор;

6 – Web-камера;

7 – ЭВМ.

На фиг. 1 схематично представлен радиационный монитор, с помощью которого определяется местоположение в пространстве источника гамма-излучения.

На фиг. 2 представлена область контролируемого пространства в виде матрицы значений чистой скорости счета от источника N_jk с шагом 10 см по вертикали (j) и горизонтали (k).

На фиг. 3 приведен пример локализации источника гамма-излучения ¹³⁷Cs активностью 80 кБк, который был расположен на лодыжке нарушителя с координатами j = 10 см; k = 60 см. Значение минимума ошибки ∆n_jk составило 1,39·10^-3, которое соответствует координате j = 10 см; k = 60 см.

В качестве примера на чертежах показаны четыре блока детектирования, но в общем виде их число может быть больше либо равно двум, это ограничение следует из выражения для нормирования скорости счета n_jk, m ≥ 2.

Радиационный монитор (фиг. 1) включающий в себя две стойки, объединенные в портал 1, содержащий блоки 3 детектирования, равномерно размещенные внутри стоек и объединенные друг с другом с помощью PоЕ-коммутатора 5, который содержит разъемы для подключения Web-камеры 6 и ЭВМ 7, роль блока 2 управления выполняет один из блоков 3 детектирования, микроконтроллер 4 которого осуществляет сбор и обработку данных с других блоков 3 детектирования, в памяти которого содержится программа локализации источника.

Портал 1 служит для размещения блоков 3 детектирования. Каждый из блоков 3 детектирования содержит в своем составе сцинтиллятор CsI(Tl), сочлененный с фотоэлектронным умножителем, микроконтроллер 4.

Источник гамма-излучения, расположенный в области портала 1 (фиг. 1), вызывает световые вспышки в сцинтилляторе блока 3 детектирования. Световые вспышки регистрируют с помощью фотоэлектронного умножителя, преобразуя их в электрические импульсы, которые подают на микроконтроллер 4. Полученные значения скорости счета с каждого блока 3 детектирования нормируют и получают матрицу ошибок ∆n_jk, осуществляют поиск минимума, по величине которого определяют координаты расположения источника.

Измерения проводят с применением радиационного монитора, содержащего портал 1, включающий в себя как минимум два блока 3 детектирования гамма-излучения на основе сцинтиллятора CsI(Tl), равномерно размещенных внутри стоек.

Блоки 3 детектирования равномерно размещены внутри стоек, положение блоков 3 детектирования относительно оси стойки может быть произвольным, но наилучший результат достигается при их вертикальном расположении.

Блоки 3 детектирования гамма-излучения на основе сцинтиллятора CsI(Tl) равномерно размещают внутри стоек с целью снижения порога обнаружения радиационного монитора.

Если же напротив, блоки 3 детектирования разместить неравномерно внутри стоек, то это приведет к увеличению порога обнаружения радиационного монитора.

На фиг. 2 представлена область контролируемого пространства в виде матрицы значений чистой скорости счета от источника N_jk с шагом 10 см по вертикали (j) и горизонтали (k).

В расчетах использовался шаг L₁ = L₂ = 10 см по вертикали (j) и горизонтали (k), но в общем случае L₁ ≠ L₂, также шаги могут быть и других значений, отличных от 10 см, посколькувыбор значений L₁ и L₂ матрицы скорости счета определяется необходимой точностью локализации источника. Например, для пешеходного радиационного монитора выбор значений L₁ и L₂ из диапазона от 5 см до 20 см является оптимальным, поскольку обеспечивается требуемая точность локализации источника, т.к. значения L₁ и L₂ более 20 см не обеспечивают требуемую точность локализации источника, а значения L₁ и L₂ менее 5 см брать хотя и можно, но нецелесообразно, так как такая высокая точность локализации источника является излишней.

Область контролируемого пространства представляют в виде матрицы (фиг. 2) с шагом L₁ по вертикали (j) и с шагом L₂ горизонтали (k), для каждого блока 3 детектирования предварительно определяют матрицу значений чистой скорости счета от источника N_jk. Матрицу значений скорости счета для каждого блока 3 детектирования N_jk нормируют согласно выражению:

$$n_{jk}=\frac{N_{jk}}{{\displaystyle \sum _{i=1}^m{\left(N_{jk}\right)}_i}},$$ (1)

где n_jk – нормированная скорость счета;

N _jk – чистая скорость счета;

m – количество блоков детектирования, m ≥ 2.

Рассчитывают матрицу ошибок ∆n_jk согласно выражению:

$$\Delta n_{jk}={\displaystyle \sum _{i=1}^m{\left(n_{jk}-n_i\right)}^2},$$ (2)

где n_jk – истинное значение нормированной скорости счета БД;

n_i – измеренное значение нормированной скорости счета с i – го БД.

В матрице полученных значений ∆n_jk осуществляют поиск минимума, величина которого определяет местоположение источника с координатой j и k. В памяти микроконтроллера 4 блока 2 управления содержится программа локализации источника.

Программа локализации источника осуществляет сбор данных с каждого блока 3 детектирования, нормирование, расчет матрицы ошибок ∆n_jk, поиск минимума, по величине которого определяет координаты расположения источника. Эта программа заложена в микроконтроллер 4 блока 2 управления.

В случае если найденное минимальное значение ∆n_jk превышает заранее установленное предельное значение, делается вывод о невозможности локализации источника.

Фиксация видеокадров объекта контроля осуществляется Web-камерой 6. Данные о результатах локализации и видеокадрах передают на ЭВМ 7, которая совмещает место нахождения источника гамма-излучения c видеокадром объекта контроля, что позволяет локализовать источник гамма-излучения радиационным монитором.

PоЕ-коммутатор 5 осуществляет связь между блоками 3 детектирования, Web-камеры 6 и ЭВМ 7, а также осуществляет питание между ними.

Размер и форма портала 1 определяется зоной контроля.

На фиг. 3 приведен пример локализации источника гамма-излучения ¹³⁷Cs активностью 80 кБк, который был расположен на лодыжке нарушителя с координатами j = 10 см; k = 60 см. Значение минимума ошибки ∆n_jk составило 1,39·10^-3, которое соответствует координате j = 10 см; k = 60 см.

Таким образом, достигается заявленный технический результат, а именно повышение точности определения местоположения источника гамма-излучения.

Изобретение относится к области регистрации гамма-излучения. Способ локализации источника гамма-излучения радиационным монитором содержит этапы, на которых измерения проводят с применением радиационного монитора, содержащего портал, включающий в себя блоки детектирования гамма-излучения на основе сцинтиллятора CsI(Tl), равномерно размещенные внутри стоек, количество блоков детектирования больше, либо равно двум, область контролируемого пространства представляют в виде матрицы N_jk с шагом L₁ по вертикали (j) и L₂ горизонтали (k), для каждого блока детектирования нормируют значения чистой скорости счета, получают матрицу ошибок ∆n_jk, осуществляют поиск минимума, по величине которого определяют координаты расположения источника с координатой j и k. Технический результат – повышение точности определения местоположения источника гамма-излучения. 3 ил.

Способ локализации источника гамма-излучения радиационным монитором, заключающийся в том, что измерения проводят с применением радиационного монитора, содержащего портал, включающий в себя блоки детектирования гамма-излучения на основе сцинтиллятора CsI(Tl), равномерно размещенные внутри стоек, количество блоков детектирования больше либо равно двум, отличающийся тем, что область контролируемого пространства представляют в виде матрицы с шагом L₁ по вертикали (j) и L₂ горизонтали (k), для каждого блока детектирования определяют матрицу значений чистой скорости счета от источника N_jk, матрицу значений скорости счета для каждого блока детектирования нормируют согласно выражению:

$$n_{jk}=\frac{N_{jk}}{{\displaystyle \sum _{i=1}^m{\left(N_{jk}\right)}_i}},$$

где n_jk – нормированная скорость счета,

N_jk – чистая скорость счета,

m – количество блоков детектирования, m ≥ 2;

рассчитывают матрицу ошибок ∆n_jk согласно выражению:

$$\Delta n_{jk}={\displaystyle \sum _{i=1}^m{\left(n_{jk}-n_i\right)}^2},$$

где n_jk – истинное значение нормированной скорости счета блока детектирования,

n_i – измеренное значение нормированной скорости счета с i-го блока детектирования;

в матрице полученных значений ∆n_jk осуществляют поиск минимума, величина которого определяет местоположение источника с координатой j и k;

в случае, если найденное минимальное значение ∆n_jk превышает заранее установленное предельное значение, делается вывод о невозможности локализации источника, фиксацию видеокадров объекта контроля осуществляют Web-камерой, данные о результатах локализации и видеокадрах передают на ЭВМ, которая совмещает место нахождения источника гамма-излучения c видеокадром объекта контроля.