Раздел: Детекция Тема: Автор: Никита ЛОМАКИН, начальник лаборатории электронной техники АО «НПК «Дедал» Вячеслав МИХАЙЛЕНКО, ведущий инженер-электроник лаборатории электронной техники АО «НПК «Дедал»
Современные комбинированные системы радиационного мониторинга
В настоящее время в связи с нарастанием террористических угроз повышается значимость систем дистанционного (бесконтактного) обнаружения запрещенных к проносу предметов и веществ, в том числе, систем обнаружения радиоактивных веществ и материалов, устанавливаемых на пешеходных контрольно-пропускных пунктах (метро, аэропорты, особо важные объекты и пр.) Для обнаружения ядерных материалов (ЯМ) и радиоактивных веществ (РВ) используются специальные системы радиационного мониторинга (СРМ), принцип действия которых основан на регистрации ионизирующего излучения (гамма или нейтронного) от проносимых предметов. Регистрация и анализ ионизирующего излучения в СРМ осуществляется путем сравнения излучения от контролируемого предмета с уровнем фонового излучения в месте применения без непосредственного измерения численного значения какой-либо характеристики излучения. При этом система не определяет тип или количество радиоактивного материала, а только факт кратковременного превышения «фона». Приоритетными параметрами СРМ являются: – высокая чувствительность к изменению излучения; – удобство в эксплуатации; – наглядность и отображение результата; – хорошая эргономика. В России и за рубежом изготавливаются СРМ различных типов, отличающихся конструктивным, технологическим и схемотехническим исполнением, достигаемыми тактико-техническими характеристиками. Наиболее широкое распространение получили пешеходные СРМ, основанные на регистрации гамма-излучения. Пороги обнаружения по гамма-излучению применительно к массе ядерных материалов, устанавливаются в соответствии с ГОСТ Р 51635-2000, согласно критериям, приведенным в таблице 1.
При использовании СРМ следует учитывать тот факт, что гамма-излучение РМ, проносимого через КПП, может быть снижено (экранировано) путём помещения его в защитный металлический контейнер. В качестве материала контейнера наиболее вероятными (из-за доступности) считается свинец или сталь. В таблице 2 приведены кратности ослабления гамма-излучения ЯМ в зависимости от толщины стенки контейнера. При использовании контейнера даже с относительно небольшой толщиной стенки (например, по свинцу 2-4 мм) происходит ослабление потока гамма-излучения в 2 раза и, как следствие, недопустимая потеря эффективности СРМ при обнаружении РВ или РМ.
Вероятность обнаружения РМ радиационным каналом СРМ можно оценить по формуле РРМ = (1 – РМК) • РР1 + РМК • РР2, где РМК – вероятность того, что перемещение радиоактивного материала осуществляется в металлическом контейнере, соответственно (1 – РМК) – вероятность того, что перемещение осуществляется без контейнера; РР1 – вероятность обнаружения радиационного канала СРМ при перемещении РМ без контейнера; РР2 – вероятность обнаружения радиационного канала СРМ при перемещении РМ в металлическом контейнере; Например, если РР1 = 0,95, РР2 = 0,75, РМК = 0,5, то вероятность обнаружения радиационного канала составляет РРМ = 0,85, что в некоторых случаях является неудовлетворительным. В силу вышесказанного, для надёжного обнаружения РМ, в том числе перемещаемых в защитных металлических контейнерах, применяются комбинированные СРМ, имеющие каналы регистрации: • гамма-излучения; • металлических предметов. Наиболее востребованы комбинированные СРМ арочного типа. Технические характеристики такого типового изделия приведены в таблице 3.
и РВ принимается при срабатывании любого из каналов регистрации: гамма-излучения (радиационный канал) или металлических предметов (металлоискатель). Здесь используется логика комбинирования «или», и в этом случае вероятность обнаружения такой комбинированной СРМ оценивается по формуле: РО = (1 – РМК)•РР1 + РМК • (РР2 + РМО – РР2 • РМО), где РМО – вероятность обнаружения металлического контейнера магнитным каналом комбинированной СРМ. Например, если РР1 = 0,95, РР2 = 0,75, РМК = 0,5, РМО = 0,95, то для вероятности обнаружения комбинированной СРМ получим РО = 0,97, что даже выше исходной вероятности обнаружения РР1 . Это указывает на предпочтительное использование комбинированной СРМ по сравнению с системой, где отсутствует металлоискатель. Радиационный канал (РК) типовой комбинированной СРМ состоит из блока обработки (БО) и от 2 до 4 блоков детектирования (БД) гамма-излучения, осуществляющих непрерывную регистрацию и преобразование ионизирующего излучения в электрический сигнал для дальнейшей обработки информации на БО. Блоки детектирования встраиваются в боковые панели пешеходного арочного монитора СРМ и образуют зону обнаружения, соответствующую IIIПγ или IVПγ категории по ГОСТ Р 51635-2000. Чем больше блоков, тем выше чувствительность изделия к РМ или ЯМ. Типично, 2 или 4 блока достаточно для выявления наличия ЯМ или РВ. Материалом детектора БД обычно является вещество – сцинтиллятор, которое может быть как органическими, так и неорганическими. Сцинтилляторы на базе неорганических монокристаллов – классические детекторы и используются при регистрации гамма- и рентгеновского излучения и считаются вне конкуренции при регистрации малых потоков частиц (малого излучения). Наиболее распространенным сцинтиллятором являются монокристаллы йодистого цезия, активированные таллием CsI(Tl). В качестве неорганических детекторов гамма-излучения применяются также неорганические сцинтилляторы типа NaI (Tl), СsI(TI), BaF2, BGO. Детекторы на базе неорганических монокристаллов CsI(Tl) обладают сравнительно малыми массой и габаритами и повышенной чувствительностью. Сцинтилляционные детекторы на базе органических монокристаллов изготавливаются из полиморфного стирола, винилтолуола и винилксилола с различными люминесцентными добавками – бензола, оксазола и пр. Органические по сравнению с неорганическими имеют меньший световыход, большие массо-габариты, имеют худшее энергетическое разрешение. В процессе работы детекторы радиационного канала осуществляют непрерывную регистрацию ионизирующего излучения и ее преобразование в электрические сигналы. Сигналы поступают в блок обработки, где принимается решение об обнаружении ЯМ или РВ. Чувствительность радиационного канала максимальна в проеме арки и монотонно убывает при удалении от нее. В основу работы электромагнитного канала обнаружения (металлоискателя) положен вихретоковый принцип обнаружения проводящих сред (металлов). С помощью генераторных катушек, расположенных в боковых панелях портала, в зоне прохода создается переменное электромагнитное (импульсное, гармоническое) поле. Под действием этого поля в металлическом предмете наводятся вихревые токи Фуко, создающие вторичное электромагнитное поле, которое регистрируется с помощью приемных катушек, также размещенных в панели. Параметры полезного сигнала зависят от характеристик предмета – массы и габаритов, типа металла, конфигурации в пространстве и т.д. В составе СРМ применяется инфракрасный канал регистрации (ИКР), выполняющий функцию датчика присутствия, позволяющий надежно регистрировать факт прохода человека через проем арки портала. Типично такой канал реализуется в виде активного ИК-детектора, состоящего из излучателя и приемника, расположенных в панелях портала по обе стороны. ИК-излучатель формирует «узкое» ИК-излучение от одной боковой панели к другой через проем, а ИК-приемник преобразует излучение в электрический сигнал логической «1», поступающий в блок обработки. При проходе через проем портала, человек перекрывает ИК-луч. Излучение прерывается, выдается сигнал логического «0». ИКР используется для локализации зоны обнаружения строго в проеме арки прибора и для повышения помехоустойчивости СРМ в целом. Примеры комбинированных пешеходных СРМ арочного (портального) типа показаны на рисунке 1.
Портальная конструкция комбинированной СРМ изготавливается по современным технологиям с использованием композитных материалов, например, с помощью вакуумной формовки боковых панелей из пластика, стойкого к ультрафиолету. Устойчивость к воздействию внешних факторов достигается, в том числе, благодаря армированию внутренних поверхностей панелей стекловолокном. Использование закладных элементов из современных материалов позволяет обеспечить эксплуатационные характеристики в расширенном температурном диапазоне от – 20 до +50 оС, снизить себестоимость, обеспечить класс защиты IP65, повысить конкурентоспособность на рынке досмотровой техники. Технические характеристики комбинированных досмотровых систем различных производителей, совмещающих радиационный монитор и металлообнаружитель различных производителей представлены в таблице 4.
Описанные комбинированные системы досмотра находят применение: – на объектах министерства обороны и других силовых структур; – на объектах атомной энергетики; – на объектах транспортной инфраструктуры; – в местах проведения массовых мероприятий (выставки, стадионы, концертные залы и т.д.). Современные пешеходные системы обнаружения запрещенных предметов и веществ совершенствуются и могут быть объединены в единый досмотровый комплекс, основанный на различных физических принципах обнаружения. Непрерывный радиационный мониторинг в местах прохода людей через КПП объектов существенно повышает эффективность систем физической защиты, играет важную роль в противодействии ядерному и радиационному терроризму. Область применения комбинированных СРМ постоянно расширяется, и спрос на них растет.
Внимание! Копирование материалов, размещенных на данном сайте допускается только со ссылкой на ресурс http://www.tzmagazine.ru Рады сообщить нашим читателям, что теперь нашем сайте работает модуль обратной связи. Нам важна ваша оценка наших публикаций! Также вы можете задавать свои вопросы.Наши авторы обязательно ответят на них. Ждем ваших оценок, вопросов и комментариев!

Добавить комментарий или задать вопрос

Правила комментирования статей

Версия для печати

Средняя оценка этой статьи: 0  (голосов: 0)
Ваша оценка: