Устройство для детектирования гамма-излучения

Назначение: Полезная модель относится к мобильным устройствам для детектирования гамма-излучения, размещаемым на автомобилях для проведения радиационного мониторинга территорий, включая территории, подвергнутые загрязнению радиоактивными веществами, территорий аэропортов и пунктов трансграничных переходов, мониторинга транспортных коммуникаций, включая шоссейные дороги, особо мониторинга автомобильных тоннелей и мостов для поиска и обнаружения источников гамма-излучения. Сущность: Устройство для детектирования гамма-излучения, содержащее один или несколько пластиковых сцинтилляционных детекторов, помещенных в светонепроницаемые корпуса и имеющих с двух противоположных сторон входные окна, прозрачные для гамма-квантов, блок управления и обработки сигналов, экраны-поглотители гамма-квантов с приводами, изменяющими по командам оператора положение экранов-поглотителей относительно входных окон детекторов, при этом приводы выполнены в виде актуаторов, поступательно перемещающих экраны-поглотители параллельно плоскостям входных окон детекторов в вертикальном направлении. Технический результат: Предлагаемое мобильное устройство для детектирования гамма-излучения, установленное на малогабаритные автомобили-носители, позволяет повысить производительность проводимого радиационного контроля за счет повышения ширины зоны контроля в процессе радиационного мониторинга территорий.

Полезная модель относится к мобильным устройствам для детектирования гамма-излучения, размещаемым на автомобилях для проведения радиационного мониторинга территорий, промышленных, гражданских и военных объектов, включая территории, подвергнутые загрязнению радиоактивными веществами, территорий аэропортов и пунктов трансграничных переходов, мониторинга транспортных коммуникаций, включая шоссейные дороги, особо мониторинга автомобильных тоннелей и мостов для поиска и обнаружения источников гамма-излучения.

Известны стационарные устройства радиационного контроля (РК), (патент РФ 2129289, МПК G01T 1/167, опубл. 20.04.1999 г.) в виде портальных мониторов для детектирования гамма-излучения, в которых в качестве детекторов гамма-излучения используют пластмассовые сцинтилляторы большой площади, работающие в счетном режиме. Недостатками известных портальных устройств для детектирования гамма-излучения является стационарный режим их работы. Они не используются в качестве мобильных устройств для детектирования гамма-излучения.

Известно устройство для детектирования гамма-излучения, представляющее собой мобильный комплекс РК типа «Соратник-01», устанавливаемый на автомобиле «КАМАЗ» (В.С. Андреев, М.Н. Благовещенский, Л.В. Викторов, А.В. Кружалов, Б.В. Шульгин и др. Вестник УГТУ-УПИ. Экспериментальная физика. Приборы и методы. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2006. с. 108-118) для обнаружения делящихся материалов и радиоактивных веществ и для решения задач радиационного мониторинга территорий и объектов. Известное устройство содержит в качестве сенсоров пластиковые сцинтилляцйонные гамма-детекторы, закрепленные на массивной поворотной платформе. Однако известное устройство обеспечивает проведение радиационного мониторинга либо только по правому борту автомобиля, либо только по левому борту в зависимости от положения поворотной платформы и не пригодно для одновременного детектирования гамма-излучения одновременно по левому и правому бортам автомобиля, что необходимо для расширения зоны контроля в процессе радиационного мониторинга территорий и повышения тем самым производительности (количество квадратных км обследуемой территории в единицу времени) проводимого радиационного контроля.

Кроме того, применение массивной и сложной по конструкции поворотной платформы для управления положением гамма-детекторов вынуждает применять большегрузные автомобили-носители (типа «КАМАЗ», «Урал»).

Известна полезная модель детекторного устройства с базовым спектро-радиометрическим детекторным модулем (Патент РФ .100296. Базовый спектро-радиометрический модуль для мобильных комплексов радиационного контроля; M.Н. Благовещенский, А.Ю. Дерстуганов, Б.В. Шульгин, О.Н. Шутов. Заявл. 23.04.2010 г., опубл. 10.12.2010 г. Бюл. 34). Известное детекторное устройство предназначено для поиска, обнаружения и идентификации делящихся материалов и радиоактивных веществ при использовании в качестве носителей автомобилей и других носителей (железнодорожных путевых машин и кораблей). Известное детекторное устройство для мобильных комплексов радиационного контроля предусматривает полную универсальную комплектацию, включающую одновременно нейтронные и гамма-детекторы, а также две минимальные комплектации, одна из которых включает в себя только гамма-детекторы, а вторая только нейтронные детекторы.

Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является известная полезная модель детекторного устройства (упомянутый выше патент РФ .100296, 2010 г.) в минимальной комплектации, включающей только детекторы гамма-излучения. Такая модель детекторного устройства, работающего в счетном режиме, включающая несколько (от 2-х до 8-ми) пластиковых сцинтилляционных детекторов, блок управления и обработки сигналов, дополнительно содержит элементы управления работой гамма-детекторов с переменной геометрией рабочих позиций этих элементов, а именно каждый сцинтилляционный детектор счетного гамма-канала дополнительно содержит 2 свинцовых экрана-поглотителя гамма-излучения по одному с каждой стороны блока с управляемой меняющейся геометрией рабочих позиций экранов-поглотителей. Перевод свинцовых экранов-поглотителей гамма-квантов в нужную позицию (каждый из экранов-поглотителей может занимать одну из двух позиций) производят с помощью тяг. То есть поглотители гамма-квантов представляют собой свинцовые поворотные экраны, управляемые с помощью тяг, имеющих специальный привод.

Однако известное устройство для детектирования гамма-излучения имеет целый ряд недостатков, связанных с конструкцией поворотных свинцовых экранов-поглотителей гамма-излучения и приводов поворотных тяг:

- Конструкция поворотных экранов-поглотителей гамма-излучения не позволяет использовать на 100% потенциальные возможности входящих детекторов при одновременном измерении гамма-излучения по обоим бортам автомобиля-носителя. Половина детекторов работает на один борт носителя, а вторая половина - на другой. Это существенно уменьшает ширину полосы контроля в процессе радиационного мониторинга территорий и снижает производительность проводимого радиационного контроля.

- Площадь разворота свинцовых поворотных экранов-поглотителей гамма-излучения, превышает в несколько раз площадь, занимаемую непосредственно устройствами детектирования, т.е. занимает практически всю полезную площадь носителя. Это создает определенные трудности в размещении таких устройств детектирования даже на крупных носителях типа КАМАЗ или на автобусах. На внедорожниках применять устройства детектирования с поворотными экранами по патенту на полезную модель (патент РФ 100296, 2010 г.) из-за их больших габаритов невозможно.

- Поворотные экраны имеют сложную конструкцию. В случае отказа приводов затруднительно вручную изменить геометрию, поскольку отсутствует доступ к экранам и доступ к кинематике редукторов (для отключения поворотного привода) из-за самих экранов.

- Входные окна сцинтилляционного гамма-детектора, размещенного в защитном светонепроницаемом корпусе, при развороте экранов-замедлителей гамма-излучения коллимируются последними, что приводит к сужению диаграммы направленности детектора и, в конечном счете, - к увеличению времени обнаружения источников гамма-излучения или к снижению допустимой скорости автомобиля-носителя в рабочем режиме.

- При переключении работы всех детекторов с одного борта на другой - при изменении рабочих позиций экранов-поглотителей с борта на борт (развороте) - происходит смещение центра масс поворотных экранов-поглотителей в горизонтальной плоскости, что негативно сказывается на центровке автомобиля-носителя.

Задачей предлагаемой полезной модели является разработка устройства для детектирования гамма-излучения, работающего в счетном режиме, включающего один или несколько пластиковых сцинтилляционных детекторов и блоки управления и обработки сигналов, обеспечивающего как работу всех детекторов по обоим бортам автомобиля-носителя, так и по одному (любому) борту, имеющего более компактную и более надежную систему перемещения свинцовых экранов-поглотителей без их разворотов, сохраняющую без изменения проекцию центра их масс в горизонтальной плоскости и не коллимирующую входные окна детекторов в штатном режиме регистрации гамма-излучения.

Эта задача решается за счет того, что в предлагаемой полезной модели устройства для детектирования гамма-излучения, содержащей один или несколько пластиковых сцинтилляционных детекторов, свинцовые экраны-поглотители гамма-излучения и блоки управления и обработки сигналов, система перемещения свинцовых экранов-поглотителей относительно входных окон детекторов выполнена в виде прямоходных электрических механизмов - актуаторов.

Сущность предлагаемой полезной модели устройства для детектирования гамма-излучения, включающей расположенные на раме-держателе один или несколько пластиковых сцинтилляционных детекторов в защитных светонепроницаемых корпусах, имеющих с двух противоположных сторон прозрачные для гамма-излучения входные окна, и блоки управления и обработки сигналов, заключается в том, что система перемещения свинцовых экранов-поглотителей гамма-излучения выполнена в виде прямоходных электрических механизмов - актуаторов поступательно перемещающих по команде оператора свинцовые экраны-поглотители гамма-излучения вверх-вниз параллельно плоскостям входных окон детекторов.

Схемы устройства для детектирования гамма-излучения с различными рабочими положениями свинцовых экранов-поглотителей гамма-излучения приведены на Фиг. 1-3. Устройство работает в счетном режиме, который обеспечивается блоками управления и обработки сигналов.

На Фиг. 1 (вид с кормы автомобиля-носителя по направлению движения) схематично показана предлагаемая полезная модель - устройство для детектирования гамма-излучения, установленное при помощи кронштейна 1 на автомобиле-носителе 2 вдоль его осевой линии. Устройство состоит из:

- пластикового сцинтилляционного детектора 3, помещенного в защитный светонепроницаемый корпус 4, боковые стенки которого прозрачны для гамма-квантов и являются входными окнами детектора: правое входное окно 5 и левое - 6;

- правого 7 и левого 8 свинцовых экранов-поглотителей гамма-квантов;

- правого 9 и левого 10 актуаторов, при помощи которых по команде оператора перемещают экраны 7 и 8 вверх-вниз параллельно входным окнам 5 и 6 соответственно.

Блок управления и блок обработки сигналов не показаны.

На фиг. 1 приведена позиция экранов 7 и 8 (оба опущены), при которой устройство для детектирования гамма-излучения контролирует радиационную обстановку одновременно как по правому борту, так и по левому. Это основной режим работы предлагаемого устройства при радиационном мониторинге территорий, обеспечивающий максимальную производительность радиационного контроля.

В случае обнаружения источника гамма-излучения перед оператором встает задача определения направления на обнаруженный источник, которая решается последовательным изменением положения экранов 7 и 8 относительно входных окон 5 и 6. На Фиг. 2 приведена позиция, при которой актуатором 9 поднят правый экран 7. При этом правое входное окно 5 детектора 3 будет заэкранировано, а левое окно 6 остается в рабочем состоянии. Уменьшение скорости счета детектора 3 указывает на то, что обнаруженный источник гамма-излучения находится по правому борту. Если скорость счета увеличилась - то источник находится по левому борту. Увеличение скорости счета происходит потому, что чувствительность детектора в этом случае по левому борту будет выше за счет уменьшения влияния (экранирования) фона с правого борта.

Если поставлена задача контроля радиационной обстановки только по одному (например, правому) борту, оператор дает команду на подъем левого экрана 8 и опускание правого экрана 7.

В случае, если статистическая загрузка детектора 3 от обнаруженного источника гамма-излучения на пределе, оператор дает команду на подъем обоих экранов (Фиг. 3). Полученную при этом скорость счета пересчитывают по специальным алгоритмам.

Преимуществами предлагаемой полезной модели является то, что она обеспечивает 100% чувствительность при работе всех устройств детектирования как на один (любой) борт, так и одновременно на оба борта, а также позволяет увеличивать по команде оператора допустимую статистическую загрузку детекторов в случае повышения радиационного фона. Компактность конструкции и относительно малый вес предлагаемого устройства позволяют устанавливать его на внедорожники, что обеспечивает проведение инспекции в местах, недосягаемых для большегрузных автомобилей.

Дополнительным преимуществом является также то, что входные окна детекторов при опускании экранов (открытии входных окон) не коллимируются, а проекции центра масс детекторных устройств в горизонтальной плоскости не меняются. При этом количество детекторов может быть любым, а не обязательно четным, как в прототипе.

Технический результат заключается в том, что предлагаемое мобильное устройство для детектирования гамма-излучения, установленное на малогабаритные автомобили-носители, позволяет повысить производительность проводимого радиационного контроля за счет повышения ширины зоны контроля в процессе радиационного мониторинга территорий.

Устройство для детектирования гамма-излучения, содержащее один или несколько пластиковых сцинтилляционных детекторов, помещённых в светонепроницаемые корпуса и имеющих с двух противоположных сторон входные окна, прозрачные для гамма-квантов, блок управления и обработки сигналов, экраны-поглотители гамма-квантов с приводами, изменяющими по командам оператора положение экранов относительно входных окон детекторов, отличающееся тем, что приводы выполнены в виде актуаторов, поступательно перемещающих экраны-поглотители параллельно плоскостям входных окон детекторов в вертикальном направлении.

РИСУНКИ