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