Радиационный монитор

Полезная модель относится к области радиационного мониторинга, контроля несанкционированного перемещения ядерных материалов и радионуклидов.

Техническим результатом полезной модели является уменьшение порога обнаружения монитора, повышение надежности.

Технический результат достигается тем, что в радиационном мониторе, блоки детектирования установлены в зоне минимальной чувствительности радиационного монитора и содержат, по крайней мере, один счетчик на основе изотопа ¹⁰В, прикрытый замедлителями нейтронов, из полиэтиленовых пластин с лицевой и тыльной стороны. 1 с.п.ф. 3 илл. 1 табл.

Полезная модель относится к области радиационного мониторинга, к контролю несанкционированного перемещения ядерных материалов и радиоактивных веществ.

Известен радиационный монитор типа SPM-904 производства компании TSA Systems ltd, содержащий двухстоечный портал, размещенные в портале блоки детектирования -излучения и нейтронов на основе органических пластмассовых сцинтилляторов, каждый из которых содержит узел высоковольтного питания детекторов, усилитель импульсов, дискриминатор и аналого-цифровой преобразователь, соединенный с ними блок питания и управления, содержащий узел низковольтного питания электронных схем, электронную систему обработки сигналов, узел световой и звуковой сигнализации. Каталог компании TSA Systems ltd. Longmont, СО 80502, 1995. Аналог.Монитор имеет большой порог обнаружения, большие габаритные размеры, большую массу, большую стоимость.

Известен радиационный монитор, предназначенный для регистрации радиоактивных излучений, при перемещении через него ядерных материалов и радиационно-опасных веществ. Монитор, содержит блок детектирования нейтронного излучения из счетчиков медленных нейтронов, выполненных на основе ³Не, блок детектирования гамма-излучения, датчики обнаружения объекта, а также выносной блок с пультом управления с микро-ЭВМ, сирену и исполнительное устройство, а также модем для передачи информации о результатах детектирования. Пешеходный радиационный монитор гамма-нейтронного излучения КСАР1У.031-ДОЗОР, ФГУП НТЦ «Ядерно-физические исследования». Рекламный проспект.Прототип.

Недостатком прототипа является большой порог обнаружения по нейтронному излучению материалов, испытывающих спонтанное деление, большой фоновый счет нейтронов, высокое напряжение питания нейтронных детекторов, большая стоимость ³Не-счетчиков и их дефицит.

Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков и повышение эффективности работы устройства, уменьшение порога обнаружения монитора, повышение надежности.

Техническим результатом полезной модели является уменьшение порога обнаружения монитора, повышение надежности.

Технический результат достигается тем, что в радиационном мониторе, содержащем детекторы на основе газовых счетчиков, помещенных в замедлитель нейтронов и содержащем схему высоковольтного питания детекторов, усилитель импульсов, дискриминатор и аналого-цифровой преобразователь, соединенный с ними блок питания и управления с узлом низковольтного питания электронных схем, электронную систему обработки сигналов, световую и звуковую сигнализацию, блоки детектирования установлены в зоне минимальной чувствительности радиационного монитора и содержат, по крайней мере, один счетчик на основе изотопа В, прикрытый замедлителями нейтронов, из полиэтиленовых пластин с лицевой и тыльной стороны, при этом толщина замедлителя с лицевой стороны 2-3 см, а толщина замедлителя с тыльной стороны более 4 см.

Сущность полезной модели поясняется на фиг.1-3.

На фиг.1 схематично представлен радиационный монитор, где:

1 - блоки детектирования размером 400×200×50 мм³; 2 - счетчик на основе изотопа ^{10 В}; 3 и 3_а - замедлители нейтронов; в виде полиэтиленовых пластин толщиной 20 и 40 мм, расположенных с лицевой и тыльной стороны блоков детектирования 1; 4 - узел электронных схем; 5 - высоковольтное питание; 6 - усилитель импульсов; 7 - дискриминатор с аналого-цифровым преобразователем; 8 - блок питания и управления; 9 - низковольтный узел питания электронных схем; 10 - электронная система обработки сигналов; 11 - микропроцессорное устройство со световой и звуковой сигнализацией.

На фиг.2 представлена блок-схема связи составляющих частей радиационного монитора, в процессе его работы на примере одного блока детектирования, где: 1 - блок детектирования; 2 - счетчик на основе изотопа ^{10 В}; 4 - узел электронных схем; 5 - высоковольтное питание; 6 - усилитель импульсов; 7 - дискриминатор с аналого-цифровым преобразователем; 8 - блок питания и управления; 9 - низковольтный узел питания электронных схем; 10 - электронная система обработки сигналов; 11 - микропроцессорное устройство со световой и звуковой сигнализацией.

На фиг.3 представлен счет нейтронов как функция толщины замедлителей 3 и 3_а счетчика 2 на основе изотопа, ^{10 В}, расположенных на лицевой стороне (прерывистая кривая) и тыльной стороне (сплошная кривая).

Радиационный монитор работает следующим образом:

Включают монитор и осуществляют контроль прибора в автоматическом режиме. Переключают монитор в рабочий режим, в котором измеряют текущее фоновое нейтронное излучение.

В случае появления в зоне радиационного монитора радиоактивного материала нейтроны попадают в блок детектирования 1, проходят замедлитель нейтронов 3, где часть их замедляется и попадает в счетчик 2 на основе изотопа ^{10 В}, вызывая реакцию с образованием альфа-частиц и изотопа лития, не замедлившиеся нейтроны проходят далее в замедлитель 3а, где замедляются и отражаются обратно в счетчик на основе изотопа ^{10 В}, дополнительно образуя альфа-частицы и ионы лития.

Альфа-частицы и ионы лития, ионизируя газ, дают в конечном итоге импульсы напряжения, которые и регистрируют.Количество импульсов напряжения пропорционально количеству образовавшихся альфа-частиц и бомбардирующих нейтронов.

В борном счетчике происходит реакция:

,

образуются -частицы и ионы ⁷Li. Происходит ионизация газа, заполняющего внутренний объем газового счетчика 2 на основе изотопа ^{10 В}, с образованием электронов.

Электрические импульсы, попадают на вход усилителя 6, а после усиления на дискриминатор с аналого-цифровым преобразователем 7, который в соответствии с установленным заранее уровнем отсекает шумовые импульсы меньшей амплитуды и пропускает импульсы большей амплитуды.

Аналого-цифровой преобразователь, преобразует импульсы в цифровую форму. По линии связи цифровой сигнал направляют в электронную систему обработки сигналов 10, где производят их обработку в цифровом виде по алгоритму скользящего среднего.

Фиксируют наличие или отсутствие превышения регистрируемого излучения над уровнем фона.

В случае неработоспособности монитора сигнал поступает на лицевую панель блока питания и управления 8.

При работоспособности монитора по значению фона с помощью электронной системы обработки сигналов 10 определяют порог регистрации L как , где z - коэффициент (квантиль нормального распределения), зависящий от принятой вероятности ложных срабатываний.

Переводят монитор в режим работы, в котором непрерывно или только при наличии объекта контроля проводят измерения и сравнивают полученный счет с порогом регистрации L.

В случае превышения счетом порога регистрации выдают сигнал тревоги через микропроцессорное устройство 11 со световой и звуковой сигнализацией, зажигают фотодиод красного цвета и включают зуммер на блоке питания и управления 8.

Если превышения над порогом регистрации нет, то в зависимости от установленных рабочих параметров либо обновляют фон, учитывая предыдущие измерения (динамический режим работы), либо оставляют фоновый счет неизменным (статический режим работы). Питание электронных схем напряжением 24 В осуществляют с выхода низковольтного узла питания электронных схем 9.

Уменьшение порога обнаружения монитора достигается за счет меньшего фона, соответствующего борному счетчику N_фон, расположения блоков детектирования 1 в зоне минимальной чувствительности, которую определяют экспериментально на основании отклика радиационного монитора на излучение тестового источника, расположенного с шагом 10 см по всему объему контролируемого пространства, в нижней точке середины контролируемого объема. А также определенных значений толщин замедлителей, расположенных на лицевой стороне 3 и тыльной стороне 3_а счетчика 2 на основе изотопа ^{10 В} .

При толщине замедлителя 3 до 3 см располагают полиэтилен на лицевой стороне счетчика 2 на основе изотопа ^{10 В}. Дальнейшее увеличение его толщины приводит к уменьшению счета.

При расположении замедлителя 3_а на тыльной стороне счетчика 2 на основе изотопа ^{10 В} максимальный рост счета наблюдается до толщины полиэтилена в 4 см.

Увеличение счета происходит и далее, но уже с меньшим градиентом.

Таким образом, толщина замедлителя 3 в 2-3 см с лицевой стороны счетчика 2 на основе изотопа ^{10 В} и толщина замедлителя 3_а счетчика 2 на основе изотопа ^{10 В} более 4 см с тыльной стороны счетчика 2 на основе изотопа ^{10 В} обеспечивают максимальный отклик детектора 1, т.е., минимальный порог обнаружения. В качестве рабочих толщин выбраны их минимальные оптимальные значения для обеспечения минимальной массы и габаритов блока детектирования 1 (2 и 4 см, соответственно).

Повышение надежности достигается за счет меньшего напряжения питания детекторов.

В таблице приведены сравнительные характеристики счетчиков.

Радиационный монитор, содержащий детекторы на основе газовых счетчиков, помещенных в замедлитель нейтронов, и содержащий схему высоковольтного питания детекторов, усилитель импульсов, дискриминатор и аналого-цифровой преобразователь, соединенный с ними блок питания и управления с узлом низковольтного питания электронных схем, электронную систему обработки сигналов, световую и звуковую сигнализацию, отличающийся тем, что блоки детектирования установлены в зоне минимальной чувствительности радиационного монитора и содержат, по крайней мере, один счетчик на основе изотопа ¹⁰ В, прикрытый замедлителями нейтронов, из полиэтиленовых пластин с лицевой и тыльной стороны, при этом толщина замедлителя с лицевой стороны 2-3 см, а толщина замедлителя с тыльной стороны более 4 см.