RU2797041C1

RU2797041C1 - Способ дистанционной оценки уровня активности радиоактивного облака в атмосфере

Info

Publication number: RU2797041C1
Application number: RU2022101155A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Полянский; Наталья Александровна Грунина
Original assignee: Владимир Александрович Полянский
Filing date: 2022-01-18
Publication date: 2023-05-31

Abstract

Изобретение относится к способу дистанционной оценки уровня активности радиоактивного облака в атмосфере. Облако облучают электромагнитным сигналом, принимают электромагнитный сигнал, отраженный от облака, причем облучают облако электромагнитным сигналом круговой поляризации с длиной волны сигнала равной удвоенной длине трека альфа излучения в атмосфере. Затем принимают сигнал, отраженный от облака, на линейной поляризации и измеряют эффективную площадь рассеяния облучаемого участка радиоактивного облака, по формуле:

где Q - активность облучаемого участка радиоактивного облака [Ku], σ - эффективная площадь рассеяния облучаемого участка радиоактивного облака [m²], λ - длина волны электромагнитного облака [m]. Техническим результатом является возможность получения дистанционной оценки уровня активности радиоактивного облака в атмосфере без предварительного измерения параметров воздушной среды в месте источника радиоактивного выброса. 1 ил.

Description

Техническое решение относится к физическим изменениям, а именно к радиотехническим средствам, использующим поляризационные свойства целей для дистанционной оценки уровня активности радиоактивного облака в атмосфере.

Известен способ определения уровня радиоактивности в потоке воздуха, в котором устанавливают зависимость между параметрами уровня радиоактивности в потоке воздуха, отводимого из атомного объекта-источника радиоактивного выброса в атмосферу, и параметрами этого потока, затем зондируют радиолокационным сигналом зону выброса этого воздуха в атмосферу, принимают отраженный сигнал, определяют эффективную площадь рассеяния выбрасываемого потока воздуха, по ее величине определяют расход воздуха в потоке, отводимом из атомного объекта в атмосферу, и, в соответствии с предварительно установленной зависимостью определяют уровень радиоактивности [Кронин Ю.А., Канарейкин Д.Б., Родин А.Л., Соловей В.А. Способ определения уровня радиоактивности в потоке воздуха, отводимого из радиоактивного объекта в атмосферу. Российский патент 1997 года RU 2081433 С1].

Недостатком этого способа-прототипа является то, что требуется предварительное определение параметров радиоактивного выброса в атмосферу в месте источника этого выброса.

Задачей заявляемого технического решения является обеспечение независимости получения оценки уровня активности радиоактивного облака в атмосфере от предварительного определения параметров воздушной среды в месте источника радиоактивного выброса.

Это достигается тем, что в заявляемом способе дистанционной оценки уровня активности радиоактивного облака в атмосфере используют облучение облака электромагнитным сигналом, прием электромагнитного сигнала, отраженного от облака, при этом облучают облако электромагнитным сигналом круговой поляризации с длиной волны сигнала равной удвоенной длине трека альфа излучения в атмосфере, принимают сигнал, отраженный от облака, на линейной поляризации, измеряют эффективную площадь рассеяния облучаемого участка радиоактивного облака и определяют оценку активности облучаемого участка радиоактивного облака по формуле

где Q - активность облучаемого участка радиоактивного облака [Ku];

σ - эффективная площадь рассеяния (ЭПР) облучаемого участка радиоактивного облака [m²];

λ - длина волны электромагнитного сигнала [m].

Сущность заявляемого способа поясняется на примере устройства, реализующего этот способ. Функциональная схема устройства приведена на фиг.

Устройство, реализующее заявляемый способ дистанционной оценки уровня активности радиоактивного облака в атмосфере, содержит антенну 1, циркулятор 2, 1-й выход которого подключен к входу антенны 1, а 1-й вход циркулятор 2 подключен к выходу антенны 1, передатчик 3, выход которого подключен ко 2-му входу циркулятор 2, приемник 4, 1-й вход которого подключен ко 2-му выходу циркулятора 2, синхронизатор 5, 1-й выход которого подключен к входу передатчика 3, а 2-й выход подключен ко 2-му входу приемника 4, измеритель ЭПР 6 радиоактивного облака, вход которого подключен к выходу приемника 4, блок оценки уровня активности 7 радиоактивного облака в атмосфере, вход которого подключен к выходу измерителя ЭПР 6 радиоактивного облака.

Работает устройство следующим образом.

В передатчике 3 вырабатываются импульсы с высокочастотным заполнением, с длиной волны высокочастотного заполнения, при которой амплитуда сигнала, отраженного от диполя, образованного треком альфа излучения, наибольшая. Сигнал с выхода передатчика 3 поступает на 1-й вход циркулятора 2, с 1 -го выхода циркулятора 2 сигнал поступает на вход антенны 1 круговой поляризации общей на передачу и прием. Антенна 1 излучает сигнал круговой поляризации, которым облучается облако в атмосфере, принимает отраженный от облака сигнал, который поступает на 2-й вход циркулятора 2, затем со 2-го выхода циркулятора 2 сигнал поступает на 1-й вход приемника 4. С выхода приемника 4 сигнал поступает на вход измерителя ЭПР 6 радиоактивного облака. С выхода измерителя ЭПР 6 радиоактивного облака сигнал поступает на вход блока оценки уровня активности 7 радиоактивного облака.

Радиоактивное облако может включать как радиоактивные области, так и не радиоактивные области. Поскольку взаимная антенна на прием имеет круговую поляризацию, принятый сигнал на выходе антенны, отраженный от нерадиоактивной области естественного облака будет равен нулю [Канарейкин Д.Б., Павлов Н.Ф., Потехин В.А. Поляризация радиолокационных сигналов. М. Сов. радио. 1966]. Радиоактивная область облака представляет собой хаотическую совокупность диполей, при этом мощность Р сигнала, отраженного от этой области, на выходе приемной антенны круговой поляризации будет равна скалярному произведению вектора Стокса S_a приемной антенны и вектора Стокса S_c принимаемого сигнала [Антенны эллиптической поляризации. Под ред. А.И. Шпунтова. М. Иностранная литература. 1961]:

где S_c=M S₀, M - матрица Мюллера хаотическая совокупность диполей,

S₀ - вектор Стокса облучающей волны.

Матрица Мюллера хаотической совокупности диполей равна [Matt D.L. Stokes parameter description of backscattering from a randomly oriented dipoles. Proc. IEEE, 1969, v. 57, №11, p/2067-2068]:

Поскольку антенна на излучение имеет круговую поляризацию, то вектор Стокса S₀ облучающей волны (с точностью до постоянной) равен [Шерклифф У. Поляризованный свет. Изд. Мир. М. 1965]:

а вектор Стокса S_a приемной антенны равен:

Тогда мощность Р сигнала, отраженного от радиоактивной области облака, на выходе приемной антенны круговой поляризации будет равна:

т.е.

Аналогично мощность Р_вх на входе приемной антенны равна:

Следовательно, мощность Р сигнала, отраженного от радиоактивной области облака, на выходе взаимной антенны круговой поляризации в два раза меньше мощности Р_вх сигнала на входе антенны, т.е.

Мощность Р_вх сигнала, отраженного от облака, связана с его ЭПР, параметрами приемника, антенны и параметрами излучающей электромагнитной волны следующим соотношением [Степаненко В.Д. Радиолокация в метеорологии. Гидрометеорологическое изд. Л.

1966]:

где Р₀ - чувствительность приемника [W], A - апертурная площадь антенны [m²], λ - длина волны электромагнитного облака [m], R-расстояние от антенны до облучаемого облака [m].

В соответствии с выражениями (1) и (2) в блоке измерителя ЭПР 6 радиоактивного облака определяется ЭПР этого облака. Затем, учитывая выражение, связывающее уровень активности Q радиоактивного облака, его ЭПР о и длину облучающей электромагнитной волны X [Полянский В.А. Обратное рассеяние электромагнитной волны на облаке радиоактивных элементов в воздухе, испускающих альфа-частицы. ЖТФ, 2000, Т. 70, №2, с. 133-135]:

по определенному в блоке 6 значению ЭПР о в блоке 7 в соответствии с выражениями (1) и (3) производится оценка уровня радиоактивности облака по формуле:

или

Итак, заявляемый способ дистанционной оценки уровня активности радиоактивного облака в атмосфере, при котором используется облучение облака электромагнитной волной круговой поляризации с длиной волны равной удвоенной длине трека альфа излучения в атмосфере, прием сигнала, отраженного от облака, на линейной поляризации, измерение эффективной площади рассеяния облучаемого участка радиоактивного облака, определение оценки активности Q этого участка радиоактивного облака по формуле

обеспечивает получение дистанционной оценки уровня активности радиоактивного облака в атмосфере, не требуя предварительного измерения параметров воздушной среды в месте источника радиоактивного выброса.

Claims

Способ дистанционной оценки уровня активности радиоактивного облака в атмосфере, включающий облучение облака электромагнитным сигналом, прием электромагнитного сигнала, отраженного от облака, отличающийся тем, что облучают облако электромагнитным сигналом круговой поляризации с длиной волны сигнала равной удвоенной длине трека альфа излучения в атмосфере, принимают сигнал, отраженный от облака, на линейной поляризации, измеряют эффективную площадь рассеяния облучаемого участка радиоактивного облака, определяют оценку активности облучаемого участка радиоактивного облака по формуле:
где Q - активность облучаемого участка радиоактивного облака [Ku];
α - эффективная площадь рассеяния облучаемого участка радиоактивного облака [m²];
λ - длина волны электромагнитного сигнала [m].