Способ обнаружения источников ионизирующих излучений стационарными системами радиационного контроля Российский патент 2025 года по МПК G01T1/167 

Изобретение относится к области радиационного контроля (РК) и предназначено для обнаружения источников ионизирующих излучений (ИИИ) системами РК, предусматривающими в ходе своей работы остановку проверяемого объекта или транспортного средства в зоне контроля. Предлагаемый подход позволяет без замены оборудования, при тех же характеристиках системы по вероятности обнаружения ИИИ и вероятности ложных тревог, снизить среднее время, затрачиваемое на проведение радиационного контроля, за счет изменения порядка проведения измерений и принципа обработки полученных результатов счета.

Стационарные системы обнаружения делящихся и радиоактивных материалов в своей работе используют известный и используемый с начала развития технологий радиационного мониторинга критерий Неймана-Пирсона [1, 2].

При проведении РК с остановкой контролируемого объекта в специально оборудованном для этой цели пространстве [3, 4], также как и в портативных устройствах РК [5-9], используется простейший способ поиска и обнаружения, основанный на использовании постоянного порога, зависящего от заранее измеренного уровня фона:

- перед началом контроля проверяемых объектов производят измерение количества импульсов фонового излучения N_b, за время t_b;

- прибор переключают в режим оперативного контроля, то есть измерению подлежит количество импульсов излучения от контролируемого объекта N_o в течение интервала контроля t_n (величина N_o определяется как N_o=nt_n, где n - средняя скорость счета аддитивной смеси сигнала и фона, t_n - время нахождения объекта в зоне контроля детектора);

- вычисляют значение порога q=bt_n+mσ, где b=N_b/t_b - средняя скорость счета фона, m - число СКО (обычно m≥3), - среднеквадратичное отклонение (СКО) величины N_b;

- полученное значение N_o сравнивают со значением порога q и, если N_o>q, принимают решение об обнаружении искомого источника (включают световой или звуковой сигнал тревоги), в противном случае принимают решение об отсутствии ИИИ и продолжают поиск.

Недостатком описанного способа поиска и обнаружения ИИИ является невозможность работать в условиях нестационарного фона, в связи с чем, он не применяется в мобильных системах РК. Фон измеряется за продолжительное время наблюдения t_b, и его СКО отличается от СКО фона за время контроля объекта.

Дальнейшее развитие способов и средств обнаружения ИИИ [10-15] коснулось обнаружения дополнительного ионизирующего излучения объекта контроля без остановки его в контролируемом пространстве на время проведения измерений, определения направления на ИИИ, а также работы в нестационарных фоновых условиях.

Предлагаемый способ, как и предыдущий, наиболее близкий к заявленному, основан на теории обнаружения сигналов [1], при этом он обладает существенным отличием: если счет детектора в ходе измерения излучения контролируемого объекта с экспозицией t_el меньшей, чем в прототипе, превысит установленный порог срабатывания q₀₁, проводится дополнительное измерение с экспозицией t_e2, а ИИИ считается обнаруженным, если счет детектора превысит установленный порог срабатывания q₀₂.

Указанная особенность позволяет в большинстве случаев не проводить дополнительное измерение в отсутствие ИИИ. Следствием этого является сокращение среднего времени проведения РК по сравнению с предыдущим способом.

Для обнаружения ИИИ выполняют следующую последовательность операций:

В отсутствие объекта в контролируемом пространстве производят измерение количества импульсов фонового излучения N_b за время t_b;

- прибор переключают в режим оперативного контроля, то есть измерению подлежит количество импульсов излучения от контролируемого объекта N_ol в течение интервала контроля t_nl (величина N_ol пропорциональна средней скорости счета аддитивной смеси сигнала и фона n_1, полученной за время t_nl нахождения объекта в зоне контроля детектора N_ol=n₁t_n1);

- вычисляют значение порога где m₁ - коэффициент настройки системы на требуемую частоту ложных срабатываний на 1-м этапе измерений, b=N_b/t_b - средняя скорость счета фона;

- значение N_o1 сравнивают со значением порога q₁ и, если N_o1<q_1, принимают решение об отсутствии ИИИ в зоне контроля и заканчивают измерения;

- если N_ol>q₁, то переходят ко 2-му этапу измерений, для чего проводят дополнительное измерение количества импульсов излучения от контролируемого объекта N_o2 в течение интервала контроля t_n2 (величина N_o2 пропорциональна средней скорости счета аддитивной смеси сигнала и фона n₂, полученной за время t_n2 нахождения объекта в зоне контроля детектора - N_o2=n₂t_n2);

- вычисляют значение порога где m₂ - коэффициент настройки системы на требуемую частоту ложных срабатываний на 2-м этапе измерений;

- полученное значение N_o2 сравнивают со значением порога q₂ и, если N_o2>q₂, принимают решение об обнаружении искомого источника (включают световой или звуковой сигнал тревоги), в противном случае принимают решение об отсутствии ИИИ и продолжают поиск.

Среднее время проведения РК определяется формулой

где ƒ₁(x) - функция плотности распределения счета детектора на 1 этапе измерений;

q₁ - величина порога на 1 этапе измерений;

t_nl - экспозиция 1 -го измерения;

t_n2 - экспозиция 2-го измерения.

Преимуществом предлагаемого подхода является то, что при тех же вероятностях обнаружения и ложных тревог, что и в прототипе, среднее время проведения РК получается меньше фиксированного времени проведения РК единым измерением.

Математически это можно подтвердить следующим образом.

Ниже рассчитаны вероятностные характеристики способа [3-9], где РК осуществляется одним измерением, и предлагаемого способа для следующих исходных данных: скорость счета фона b=100 имп/с, скорость счета аддитивной смеси сигнала и фона n=105 имп/с.

Если РК осуществлять одним измерением [3-9] с экспозицией t_n=100 с и порогом имп.(m=4),

то вероятности Р_ЛТ ложной тревоги и Р_ОБН обнаружения рассчитываются как

Если РК осуществляется предлагаемым способом с экспозициями измерений t_nl=35 с (t_nl<t_n) и t_n2=86 с, порогами имп. и имп.(m₁=1,2 и m₂=3,455), то вероятности Р_ЛТ ложной тревоги и Р_ОБН равны:

Среднее время измерения проведения РК

Результаты расчета подтверждают, что в заданных условиях, при одинаковых вероятностях обнаружения и ложных тревог, предлагаемый способ позволяет уменьшить среднее время проведения РК более чем в два раза.

Пример проведения РК предлагаемым способом:

А: (t_b=300 с; t_n1- 35 с; m₁=1,2; t_n2=86 с; m₂=3,455)

1. В отсутствие объекта в контролируемом пространстве за время t_b проведено измерение количества импульсов фонового излучения N_b=485. Средняя скорость счета фонового излучения b=N_b/t_b=1,61 имп./с.

2. После перемещения объекта в зону контроля в течение интервала контроля t_nl детектор зарегистрировал N_o1=64 импульса.

Значение порога

3. Учитывая, что N_o1<q_1, принимается решение об отсутствии ИИИ в зоне контроля. Дополнительное измерение не производится. Время РК при отсутствии ИИИ в зоне контроля составило 35 с.

Б: (t_b=300 с; t_nl=35 с; m₁=1,2; t_n2=86 с; m₂=3,455)

1. В отсутствие объекта в контролируемом пространстве за время t_b проведено измерение количества импульсов фонового излучения N_b=485. Средняя скорость счета фонового излучения b=N_b/t_b=1,61 имп./с.

2. После перемещения объекта в зону контроля в течение интервала контроля t_nl детектор зарегистрировал N_o1=66 импульсов.

Значение порога

3. Учитывая, что N_o1>q₁ принимается решение о проведении дополнительного измерения.

4. В течение интервала контроля t_n2 детектор зарегистрировал No₂=184 импульса. Значение порога

5. Учитывая, что N_o2>q₂ принимается решение об обнаружении ИИИ. Время РК при наличии ИИИ в зоне контроля составило 121 с.

Список источников

1. Статистические методы в экспериментальной физике. Перевод с английского под ред. Тяпкина А.А. М., Атомиздат, 1978, с. 208-210, с. 112.

2. Питмен Э. Основы теории статистических выводов. Перевод с английского под ред. Ширяева А.Н. М., Мир, 1986, с. 9.

3. ТСРМ61РЭ. Руководство по эксплуатации. Москва: ФГУП ВНИИА им. Н.Л. Духова, 2012. 82 с.

4. ТГМИ81РЭ. Руководство по эксплуатации. Москва: ФГУП ВНИИА им. Н.Л. Духова, 2012. 30 с.

5. Дозиметр поисковый микропроцессорный ДРС-РМ1401. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. / г. Минск: СП Полимастер, 1997.

6. МКС-А02. Руководство по эксплуатации. ДКЦИ.411168.002 РЭ. / г. Дубна Московской обл.: НПЦ Аспект, 2000 г., 19 с.

7. МКС-А03. Руководство оператора. ДКЦИ.411168.009 РО. / г. Дубна Московской обл.: НПЦ Аспект, 2021 г., 28 с.

8. Дозиметр-радиометр ДРБП-03. Паспорт ГКПС 14.00.00.000 ПС.- М.: ВНИИФТРИ, 1996.

9. Радиометр-дозиметр МКС-06Н INSPECTOR. Паспорт.- М: ТОО Трин Стар", 1996.

10. Кириллов В.М., Супрунов В.И. Обнаружение движущихся источников ионизирующих излучений. Измерительная техника. - 1994. N 8, с. 63.

11. Способ обнаружения слабых потоков ионизирующих излучений. // Викторов Л.В., Кружалов А.В., Шеин А.С., Шульгин Б.В., Шульгин Д.Б. Патент РФ № 2140660 от 27.10.1999.

12. Способ мониторирования перемещающихся объектов на предмет обнаружения делящихся ядерных материалов. // Горев А.В., Зайцев Е.И., Иванов А.И. Патент № 2150127 от 27.05.2000.

13. Способ поиска и обнаружения источников ионизирующих излучений / Викторов Л.В., Ивановских К.В., Лазарев Ю.Г., Петров В.Л., Шеин А.С., Шульгин Б.В. // Патент РФ № 2242024 от 10.12.2004.

14. Способ поиска и обнаружения источников ионизирующих излучений / Викторов Л.В., Кунцевич Г.А., Петров В.Л., Шеин А.С., Шульгин Б.В. // Патент РФ № 2456638 от 20.07.2012.

15. Способ обнаружения пуассоновского сигнала в пуассоновском шуме / Кубышкин А.В. // Патент РФ № 2692410 от 24.06.2019.

Изобретение относится к области радиационного контроля (РК) и предназначено для обнаружения источников ионизирующих излучений (ИИИ). Сущность способа обнаружения ИИИ системами РК, предусматривающими в ходе своей работы остановку проверяемого объекта или транспортного средства в зоне контроля, заключается в том, что длительность проведения измерений при проведении РК в два этапа зависит от результатов первого измерения. Время проведения измерений может составить t_nl, в случае отсутствия превышения порога срабатывания на первом этапе, либо t_nl+t_n2 в случае, если такое превышение было зарегистрировано. Технический результат – повышение пропускной способности стационарных систем РК, предусматривающих остановку проверяемого объекта или транспортного средства в зоне контроля.

Способ обнаружения источников ионизирующих излучений (ИИИ) системами радиационного контроля (РК), предусматривающими в ходе своей работы остановку проверяемого объекта или транспортного средства в зоне контроля, заключающийся в проведении предварительного измерения количества импульсов фонового излучения N_b за время t_b в отсутствие контролируемого объекта в зоне контроля, размещении объекта в контролируемом пространстве, проведении измерения счета импульсов N_o1 в течение интервала контроля t_n1 и принятии решения об отсутствии объекта в зоне контроля, если величина N_o1 не превышает порог где m₁ - коэффициент настройки системы на требуемую частоту ложных срабатываний на 1-м этапе измерений, - средняя скорость счета фона, в противном случае - проведении дополнительного измерения счета импульсов N_o2 в течение интервала контроля t_n2, в результате которого также принимается гипотеза об отсутствии ИИИ в зоне контроля, если величина N_o2 не превышает порог где m₂ - коэффициент настройки системы на требуемую частоту ложных срабатываний на втором этапе измерений, или принятии решения об обнаружении ИИИ, если превышение порога q₂ на втором этапе измерений было зафиксировано.