Способ определения местоположения точечного источника гамма-излучения на местности

Изобретение относится к области выявления радиационной обстановки, а именно к способам поиска и обнаружения источников ионизирующего излучения (ИИИ) и предназначается для поиска точечных источников гамма-излучения.

При выявлении радиационной обстановки наиболее сложной задачей является поиск точечных ИИИ. Такие источники могут появляться в сфере деятельности человека при авариях, разрушениях на радиационно опасных объектах в виде высокоактивных фрагментов различных технологических элементов. Кроме этого, радиоактивные вещества могут быть использованы в террористических целях, а именно для нанесения вреда здоровью людей в местах их большого скопления, радиоактивного загрязнения местности, объектов различного назначения, предприятий, транспортных узлов, а также вывода из строя автоматизированных систем управления энергетической инфраструктуры [1].

В настоящее время для решения задач поиска точечных ИИИ применяются специализированные технические средства (ТС), основной задачей которых является обнаружение ИИИ на максимально возможном расстоянии. Вследствие этого аппаратура поиска обладает большими массогабаритными характеристиками и требует для своего размещения мобильного шасси.

В качестве аналога может послужить бортовой измеритель мощности дозы ИМД-24, который по своей структуре содержит регистрирующую часть и набор из 62 газоразрядных счетчиков различной чувствительности с электронными блоками [2]. Однако прибор ИМД-24 обеспечивает только лишь определение направления на источник гамма-излучения. Кроме того, большое количество детекторов создает трудность их технического обслуживания и эксплуатации, а также усложняет процесс обработки поступающей информации. Метрологическое обеспечение прибора также требует больших затрат.

Известен способ поиска и обнаружения источников гамма-излучения в условиях неравномерного радиоактивного загрязнения с помощью наземных робототехнических комплексов [3]. Способ заключается в регистрации гамма-излучения тремя детекторами, размещенными на платформе мобильного робота (MP). Один из блоков детектирования является поисковым и состоит из двух детекторов, разделенных экраном. Блок детектирования располагают на платформе MP таким образом, чтобы ось разделительного экрана совпадала с продольной осью MP. При поиске ИИИ MP двигается в направлении, определенном равноинтенсивными сигналами с обоих детекторов. Второй блок детектирования обнаружительный и представляет собой детектор, размещенный на манипуляторе MP. С его помощью регистрируется изменение мощности дозы и определяется примерное местоположение источника гамма-излучения.

К недостаткам этого способа-аналога можно отнести следующее.

При нахождении ИИИ сзади по курсу, MP будет продолжать движение прямо до тех пор, пока в результате каких-либо причин не произойдет некоторая смена курса, после чего начнут подаваться команды на разворот MP. Кроме того, робототехнические комплексы, предназначенные для выполнения поисковых задач, имеют завышенные массогабаритные характеристики, а также большое энергопотребление, которое не позволяет использовать их в режиме непрерывной работы в течение продолжительного времени.

Необходимо также отметить, что специализированные ТС поиска ИИИ эксплуатируются в организациях, предназначенных для ликвидации последствий радиационных аварий. Следовательно, необходимо доставлять поисковые ТС из мест постоянной дислокации в район чрезвычайной ситуации радиационного характера, которая может произойти на территории всей РФ. Очевидно, что в случае большой удаленности поиск точечных ИИИ специализированными ТС будет осуществлен с низкой оперативностью.

Кроме этого, основным недостатком всех ТС, используемых на специальных средствах подвижности, является ограниченная маневренность и зависимость от рельефа местности. Поиск практически невозможен в сложных условиях (городе, ущельях, теснинах, на крутых склонах гор, в лесистой и лесисто-болотистой местности). Также применение специальных средств подвижности делает процесс поиска дорогостоящим из-за возникающих эксплуатационных затрат.

В связи с этим, поиск источников гамма-излучения в сложных условиях предпочтительнее осуществлять с помощью носимых ТС радиационной разведки. Необходимо отметить, что существующие измерители мощности дозы (ИМД) не позволяют определять направление и координаты местонахождения источника гамма-излучения на местности. На практике поиск и локализация источника может осуществляться на основе использования следующего метода-аналога, существо которого заключается в нахождении на пройденном маршруте движения точки с максимальным значением мощности дозы («точки максимума»), в области расположения которой впоследствии проводят более детальное обследование по принципу поиска градиента возрастания мощности дозы. К недостаткам метода можно отнести то, что обследование предполагает постепенное приближение к ИИИ и подразумевает его визуальное распознавание, в результате чего оператор прибора может получить значительную дозу облучения в случае большой активности источника.

В качестве прототипа был выбран способ определения положения точечного источника гамма-излучения, который основан на использовании носимых ИМД [4]. Сущность способа заключается в том, что предварительно осуществляют измерения мощности дозы гамма-излучения в точках по периметру участка, внутри которого находится источник. Определяются точки с наименьшим, наибольшим и две со средними значениями мощности дозы. Затем намечаются два прямолинейных маршрута разведки, представляющих собой отрезки, соединяющие точку минимума мощности дозы с точками, где наблюдаются средние значения. В точках, лежащих на данных отрезках, проводятся измерения значений мощности дозы, строятся зависимости изменения мощности дозы вдоль маршрутов разведки. Используя установленные зависимости, на маршрутах определяются точки с максимальными значениями и в этих точках строятся два перпендикуляра к соответствующим линиям маршрутов. Находится точка пересечения этих перпендикуляров, которая и указывает на положение источника гамма-излучения.

Основным недостатком способа-прототипа является сложность проведения расчетов, которые снижают оперативность поиска. Движение оператора по маршрутам внутри круга, в котором находится радиационно опасный объект, приводит к получению дополнительных дозовых нагрузок. Также значительный объем требуемой информации в совокупности с построением большого количества линий на карте местности делает процесс поиска трудоемким и вносит дополнительную погрешность в определении координат ИИИ.

Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в повышении оперативности поиска и снижении дозовых нагрузок на персонал, задействованный в проведении работ.

Указанный технический результат достигается тем, что после проведения предварительной радиационной разведки на большой по площади территории и установления района примерного местоположения источника гамма-излучения на местности, представляющего собой окружность с радиусом R, оператор прибора проводит измерения мощности дозы Р_i в точках, лежащих на этой окружности и внутри которой находится источник. Далее определяют точки с наименьшим P_min и наибольшим Р_max значениями мощности дозы, при этом считают, что искомый источник находится на линии, проходящей через эти точки. Схема определения местоположения точечного источника гамма-излучения на местности показа на фигуре 1.

Далее с помощью математической модели, основой которой является закон обратных квадратов расстояний, определяют линейную координату источника гамма-излучения на линии. Математическая модель представляет собой систему уравнений, одним из которых является отношение наибольшего Р_mах значения мощности дозы к наименьшему P_min а другим сумма расстояний от источника гамма-излучения до найденных точек с P_min и Р_mах.

В случае, когда оператор прибора находится на относительно малом расстоянии от источника, позволяющем не учитывать дозовый фактор накопления и ослабление воздухом, система уравнений принимает следующий вид

где G_D - гамма-постоянная, (Гр-м²)/(Ки-ч);

А - активность ИИИ, Ки;

r₁ - расстояние до источника от точки с наибольшей мощностью дозы, м;

r₂ - расстояние до источника от точки с наименьшей мощностью дозы, м.

Поделив первое уравнение на второе, получим следующую систему уравнений

Решив систему уравнений относительно r₁ и r₂ получим

В случае если мощность дозы при движении внутрь окружности увеличивается, то расстояние от точки с наибольшим Р_mах значением мощности дозы до источника гамма-излучения будет равным первому значению r₁₍₁₎ а в случае ее уменьшения, делают вывод о том, что источник находится вне окружности.

Предлагаемое техническое решение позволяет осуществлять оперативный поиск точечного источника гамма-излучения с помощью ТС радиационной разведки с относительно малыми материальными затратами, а также обеспечивает высокий уровень радиационной безопасности оператора прибора за счет того, что определение местоположения точечного источника гамма-излучения осуществляется без непосредственного приближения к нему.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Анненков, В.И., Баранов, С.Н., Хархалуп, С.С. Ядерный терроризм: современные угрозы международному сообществу / Под общ. ред. проф. Анненкова В.И. Учебник. - М: РУСАВИА. 2013. - 456 с.

2 Измеритель мощности дозы и дифференциальных потоков гамма-излучения ИМД-24 ГО.2.96.00. Руководство по эксплуатации [Текст]: Т71.570.063 РЭ - 2006 - 136 с.

3 Пат. 2195005 Российская Федерация, МПК G01T 1/169. Способ поиска и обнаружения источников гамма-излучения в условиях неравномерного радиоактивного загрязнения [Текст] / Соловых С.Н., Алимов Н.И., Перевозчиков А.Н.; Глухов Ю.А.; Андриевский Э.Ф.; заявитель и патентообладатель воинская часть 61469 / публикация патента 29.12.2002 г.

4 Пат. 2481597 Российская Федерация, МПК G01T 1/169. Способ определения положения точечного источника гамма-излучения [Текст] / Быков А.В., Васильев А.В., Садовников Р.Н., Тырышкин С.Н.; заявитель и патентообладатель «33 ЦНИИИ» МО РФ -№2011144488 от 02.11.2011 г. опубл. 10.05.2013 г.