RU74218U1 - DEVICE FOR DETECTING RADIOACTIVE MATERIALS - Google Patents

Abstract

Использование: при обнаружении радиоактивных ядерных материалов и предназначено для обнаружения несанкционированно перемещаемых в ручной клади, грузах и багаже указанных материалов через проходные и контрольно-пропускные пункты таможни и других объектов народнохозяйственного назначения, изобретение может также применяться для контроля потоков гамма- и нейтронного излучений в составе систем непрерывного мониторинга окружающей среды.Сущность: в устройство, содержащее блок детектирования гамма-излучения, блок детектирования нейтронного излучения, датчик присутствия объекта, датчик вскрытия, контроллер обработки информации, блок сигнализации, блок электропитания, пульт управлениядополнительно к контроллеру подключен модуль измерения скорости объекта через контролируемое пространство,а между блоком детектирования нейтронного излучения и контроллером дополнительно установлено программное устройство с заданным алгоритмом, представляющим собой функцию контроля счетных характеристик нейтронного канала путем обнаружения отказов, возникающих в отдельных счетчиках блока детектирования нейтронного излучения.Технический результат: существенно повышается достоверность результатов радиационного контроля.Usage: when detecting radioactive nuclear materials and is intended for the detection of unauthorized transportation of such materials in hand luggage, cargo and baggage through checkpoints and checkpoints of customs and other objects of national economic purpose, the invention can also be used to control gamma and neutron radiation fluxes in the composition continuous environmental monitoring systems. SUBSTANCE: into a device comprising a gamma radiation detection unit, a neutro detection unit radiation detector, object presence sensor, tamper sensor, information processing controller, alarm unit, power supply unit, control panel, an object speed measuring module is connected to the controller through a controlled space, and between the neutron radiation detection unit and the controller an additional software device is installed with a predetermined algorithm representing a function to control the counting characteristics of the neutron channel by detecting failures that occur in individual counters kah block of the neutron radiation detection. Technical result: significantly increases the reliability of the results of radiation monitoring.

Description

Изобретение относится к области обнаружения радиоактивных ядерных материалов и предназначено для обнаружения несанкционированно перемещаемых в ручной клади, грузах и багаже указанных материалов через проходные и контрольно-пропускные пункты таможен и других объектов народнохозяйственного назначения. Изобретение может также применяться для контроля потоков гамма- и нейтронного излучений в составе систем непрерывного мониторинга окружающей среды.The invention relates to the field of detection of radioactive nuclear materials and is intended for the detection of unauthorized transportation of such materials in hand luggage, cargo and baggage through checkpoints and checkpoints of customs and other objects of national economic purpose. The invention can also be used to control gamma and neutron radiation fluxes as part of continuous environmental monitoring systems.

Известно аналогичное устройство JPM-22A, выпускаемое фирмой CANBERRA (Описание прилагается). Указанное устройство включает в себя блоки детектирования гамма излучения, состоящие из пластиковых сцинтилляционных датчиков, соединенных с фотоумножителями через их оптические входы, датчик присутствия объекта в контролируемой зоне, A similar JPM-22A device is available from CANBERRA (a description is included). The specified device includes gamma radiation detection units, consisting of plastic scintillation sensors connected to photomultipliers through their optical inputs, an object presence sensor in the controlled area,

датчик вскрытия, металлодетектор, контроллер обработки информации, средства сигнализации и блок электропитания.tamper sensor, metal detector, information processing controller, alarm equipment and power supply unit.

Устройство JPM-22A работает следующим образом. В отсутствии объекта контроля в контролируемой зоне устройство измеряет усредненное число фоновых импульсов за единицу времени, вырабатываемых блоками детектирования гамма-излучения, и запоминает его. При появлении сигнала присутствия объекта контроля от датчика присутствия устройство вновь измеряет число импульсов в единицу времени, поступающих от блоков детектирования гамма-излучения, сравнивает это с числом фоновых импульсов и в случае его превышения над фоновым числом вырабатывает сигнал тревоги. Сигнал тревоги вырабатывается также в случаях появления в зоне контроля металлических масс и в случае несанкционированного вскрытия устройства.The JPM-22A device operates as follows. In the absence of the object of control in the controlled zone, the device measures the average number of background pulses per unit time generated by the gamma-ray detection units and remembers it. When the presence signal of the monitoring object from the presence sensor appears, the device again measures the number of pulses per unit time from the gamma radiation detection units, compares this with the number of background pulses and, if it exceeds the background number, generates an alarm. An alarm signal is also generated in cases of occurrence of metal masses in the control zone and in case of unauthorized opening of the device.

Недостатком указанного устройства является низкая эффективность обнаружения радиоактивных материалов, испытывающих спонтанное деление, по их нейтронному излучению, что ограничивает функциональные возможности устройства и надежность обнаружения указанного класса радиоактивных материалов. (Например, при упаковке образцов ²³⁹Рu в защиту из свинца), а так же низкое соответствие фактической вероятности ложных тревог (Р л.т.), задаваемой (Р з.л.т.).The disadvantage of this device is the low detection efficiency of radioactive materials experiencing spontaneous fission by their neutron radiation, which limits the functionality of the device and the reliability of detection of the specified class of radioactive materials. (For example, when packing samples of ²³⁹ Pu in protection from lead), as well as a low correspondence to the actual probability of false alarms (P l.t.), specified (P zl.t.).

В качестве прототипа рассмотрим «Устройство для обнаружения радиоактивных материалов» патент №2129289 состоящее из блока детектирования гамма-излучения, блока детектирования нейтронного излучения, датчика присутствия объекта в контролируемой зоне, датчика вскрытия, контроллера обработки информации, блока сигнализации, блока электропитания и пульта управления, при этом блок детектирования нейтронного излучения состоит из счетчиков медленных нейтронов, окруженных замедлителем нейтронов, и усилителя сигналов указанных счетчиков, а указанный контроллер снабжен входом для приема информации, поступающей с указанного блока детектирования As a prototype, we consider a “Device for the detection of radioactive materials” patent No. 2129289 consisting of a gamma radiation detection unit, a neutron radiation detection unit, an object presence sensor in a controlled area, an autopsy sensor, an information processing controller, an alarm unit, a power supply unit and a control panel, wherein the neutron radiation detection unit consists of counters of slow neutrons surrounded by a neutron moderator, and an amplifier of the signals of these counters, and anny controller is provided for receiving input information coming from said detection unit

нейтронного излучения, счетчики снабжены экранами из борированного полиэтилена толщиной, например, 70 мм.neutron radiation, the counters are equipped with screens of boron polyethylene with a thickness of, for example, 70 mm.

Недостатками прототипа является низкая устойчивость к отказам блока детектирования нейтронного канала, а также недостатком прототипа является отсутствие контроля скорости движения объекта в зоне контроля, что не позволяет оценивать соблюдение самого критического условия проведения измерений.The disadvantages of the prototype is the low resistance to failures of the neutron channel detecting unit, and also the disadvantage of the prototype is the lack of speed control of the object in the control zone, which does not allow to evaluate compliance with the most critical measurement conditions.

Так как характеристики обнаружения радиационного монитора нормируются только в ограниченном диапазоне скоростей объекта в зоне контроля, то превышение скорости объекта приводит к получению недостоверных результатов радиационного контроля.Since the detection characteristics of the radiation monitor are normalized only in a limited range of object speeds in the control zone, exceeding the speed of the object leads to unreliable results of radiation monitoring.

Целью данного изобретения является повышение достоверности результатов радиационного контроля.The aim of this invention is to increase the reliability of the results of radiation monitoring.

Цель достигается благодаря тому, что в устройство, содержащее блок детектирования гамма-излучения, блок детектирования нейтронного излучения, датчик присутствия объекта, датчик вскрытия, контроллер обработки информации, блок сигнализации, блок электропитания, пульт управления, дополнительно установлен модуль измерения скорости объекта в зоне контроля, между блоком детектирования нейтронного излучения и контроллером установлено программное устройство с заданным алгоритмом, представляющим собой функцию контроля счетных характеристик нейтронного канала путем обнаружения отказов (выбросов в счете или отсутствия счета), возникающих в отдельных счетчиках блока детектирования нейтронного излучения.The goal is achieved due to the fact that the device containing the gamma radiation detection unit, the neutron radiation detection unit, the object presence sensor, the tamper sensor, the information processing controller, the alarm unit, the power supply unit, the control panel, an additional module for measuring the object’s speed in the control zone is additionally installed , between the neutron radiation detecting unit and the controller, a software device is installed with a predetermined algorithm, which is a function of monitoring the counted characteristics to neutron channel by detecting failures (emission credit account or absence) arising in individual counters, neutron radiation detection unit.

На рис.1 изображена блок-схема предполагаемого устройства, где можно видеть:Figure 1 shows a block diagram of the proposed device, where you can see:

1. Блок детектирования гамма-излучения1. Block detection of gamma radiation

2. Блок детектирования нейтронного излучения2. Block for detecting neutron radiation

3. Датчик присутствия3. Presence Sensor

4. Датчик вскрытия4. Tamper sensor

5. Контроллер5. The controller

6. Блок сигнализации6. Alarm unit

7. Блок электропитания7. Power supply unit

8. Аккумулятор8. Battery

9. Пульт управления9. Remote control

10. Программное устройство10. Software device

11. Системный контроллер11. System controller

12. Модуль измерения скорости.12. The module for measuring speed.

Принцип работы системы основан на оценке статистических параметров естественного радиационного фона при отсутствии контролируемого объекта в контролируемом пространстве (режим измерения фона) с последующим сравнением этих параметров с параметрами радиационного излучения от контролируемого объекта (режим измерения объекта) при условии соответствия скорости объекта установленным требованиям. Оцениваемыми параметрами излучения являются счета количества импульсов от детекторов. Оцениваемым параметром объекта является скорость объекта в зоне измерения.The principle of the system’s operation is based on the assessment of the statistical parameters of the natural radiation background in the absence of a controlled object in a controlled space (background measurement mode), followed by a comparison of these parameters with radiation parameters from the controlled object (object measurement mode), provided that the speed of the object meets the established requirements. The estimated radiation parameters are counts of the number of pulses from the detectors. The estimated parameter of the object is the speed of the object in the measurement zone.

В режиме измерения фона - датчик присутствия (3) выключен, выполняется измерение фоновых значений счетов от гамма (1) - и нейтронных (2) детекторов устройства. Оценку фоновых значений счетов осуществляет контроллер (5).In the background measurement mode, the presence sensor (3) is turned off, the background values of the counts from gamma (1) and neutron (2) detectors of the device are measured. The background values of the accounts are evaluated by the controller (5).

При срабатывании датчика присутствия (3) устройство переходит в режим измерения объекта. Результат каждого измерения сравнивается с пороговыми значениями, вычислительными на основании последней оценки фона. Сравнение и расчет пороговых значений осуществляет контроллер (5). Дополнительно при помощи модуля измерения скорости (12) контроллер (5) осуществляет обработку результатов измерения скорости движения каждого объекта в зоне контроля и сравнивает полученный результат с установленными пороговыми значениями скорости.When the presence sensor (3) is triggered, the device enters the object measurement mode. The result of each measurement is compared with threshold values that are computed based on the latest background estimate. Threshold values are compared and calculated by the controller (5). Additionally, using the speed measurement module (12), the controller (5) processes the results of measuring the speed of each object in the control zone and compares the result with the set threshold speed values.

Контроллер (5) выдаст информацию на пульт управления (9) и The controller (5) will provide information to the control panel (9) and

сигнал на включение сигнализации (6) в случае, если значение счета от гамма (1) и/или нейтронных (2) детекторов превысит соответствующее пороговое значение.signal to turn on the alarm (6) if the count value from gamma (1) and / or neutron (2) detectors exceeds the corresponding threshold value.

В случае, если значение счета от гамма (1) и/или нейтронных (2) детекторов не превысит соответствующее пороговое значение, но измеренная скорость объекта в зоне контроля превышает установленные значения, контроллер (5) выдаст соответствующую информацию на пульт управления (9). Данное измерение объекта является недостоверным. В данном случае объект должен пройти повторное измерение с соблюдением установленных ограничений по скорости. Измерение объекта считается достоверным только при соблюдении условия соответствия скорости объекта в зоне контроля установленным ограничениям.If the count value from gamma (1) and / or neutron (2) detectors does not exceed the corresponding threshold value, but the measured object speed in the control zone exceeds the set values, the controller (5) will provide the corresponding information to the control panel (9). This measurement of an object is not valid. In this case, the object must be re-measured in compliance with the established speed limits. Measurement of an object is considered reliable only if the conditions for compliance of the object’s speed in the control zone with the established restrictions are met.

С целью уменьшения числа ложных тревог, обусловленных отказами счетчиков нейтронного излучения, и повышения достоверности радиационного контроля по результатам измерений нейтронного излучения между блоком детектирования и контролером установлено программное устройство с заданным алгоритмом. Поскольку число отсчетов в единицу времени при регистрации нейтронного излучения блоком детектирования нейтронов складывается из чисел отсчетов множества нейтронных счетчиков, составляющих указанный блок, то отказ даже одного из указанных счетчиков может существенно повлиять на результаты контроля.In order to reduce the number of false alarms caused by failures of neutron radiation counters and increase the reliability of radiation monitoring based on the results of neutron radiation measurements, a software device with a predetermined algorithm was installed between the detection unit and the controller. Since the number of counts per unit time during registration of neutron radiation by the neutron detecting unit is the sum of the counts of the set of neutron counters that make up the specified block, the failure of even one of these counters can significantly affect the control results.

Возможны следующие типы отказов счетчиков нейтронного излучения:The following types of failures of neutron radiation counters are possible:

1. Выбросы в счете (шум).1. Emissions in the account (noise).

2. Отсутствие счета.2. Lack of account.

Влияние отказов на работу устройства зависит от того, в каком режиме находилось устройство во время проявления отказа. В режиме измерения фона выбросы в счете приведут к завышению порога и, соответственно, к снижению чувствительности, а отсутствие счета The effect of failures on the operation of the device depends on what mode the device was in during the manifestation of the failure. In the background measurement mode, emissions in the account will lead to an overestimation of the threshold and, consequently, to a decrease in sensitivity, and the absence of an account

приведет к снижению порога и потенциально может привести к ложной тревоге. В режиме измерения объекта выбросы в счете могут провести к появлению ложных тревог, а отсутствие счета снижает чувствительность блока детектирования. В более сложных случаях разные типы отказов могут появляться в разное время на разных счетчиках. Применение указанного программного устройства способно сохранить высокое качество радиационного контроля в большинстве случаев.will lower the threshold and potentially lead to a false alarm. In the object measurement mode, emissions in the account can lead to false alarms, and the absence of an account reduces the sensitivity of the detection unit. In more complex cases, different types of failures may appear at different times on different counters. The use of this software device is able to maintain high quality radiation control in most cases.

Алгоритм работы указанного программного устройства основан на проверке распределения счета разных счетчиков блока детектирования. Так как счетчики блока детектирования однотипны и находятся в одинаковых условиях измерения нейтронного излучения, то следует ожидать, что полученные значения счета принадлежат к одному и тому же распределению. Для проверки этого предположения вычисляется оценка математического ожидания этого распределения. Для оценки математического ожидания используется значение медианы измерений счетчиков, как более устойчивой оценки по отношению к выбросам в распределении по сравнению с оценкой на основе среднего значения. Полученная оценка математического ожидания распределения позволяет оценить вероятность принадлежности к этому распределению значений счета, полученных от счетчиков. Если вероятность появления измеренного значения счета от какого-либо счетчика очень низка, то этот счетчик считается вышедшим из строя, и его показания могут быть исключены из обработки.The algorithm of the specified software device is based on checking the distribution of the counts of different counters of the detection unit. Since the counters of the detection unit are of the same type and are in the same conditions for measuring neutron radiation, it should be expected that the obtained count values belong to the same distribution. To verify this assumption, the mathematical expectation of this distribution is calculated. To estimate the mathematical expectation, the median of the measurements of the counters is used, as a more stable estimate with respect to the outliers in the distribution compared to the estimate based on the average value. The obtained estimate of the mathematical expectation of the distribution makes it possible to estimate the probability that the count values received from the counters belong to this distribution. If the probability of occurrence of the measured value of the count from any counter is very low, then this counter is considered to be out of order, and its readings can be excluded from processing.

Таким образом, применение заявленного изобретения обеспечивает повышение достоверности радиационного контроля перемещающихся объектов.Thus, the application of the claimed invention provides an increase in the reliability of radiation monitoring of moving objects.

Claims (1)

Устройство для обнаружения радиоактивных материалов при их несанкционированном перемещении через контролируемое пространство, включающее блоки детектирования гамма-излучения, блоки детектирования нейтронного излучения, состоящие из счетчиков медленных нейтронов, окруженных замедлителем нейтронов, и усилителя сигналов указанных счетчиков с экранами из борированного полиэтилена, датчик присутствия объекта в контролируемой зоне, датчик вскрытия, контроллер обработки информации, блок сигнализации, блок электропитания и пульт управления, отличающееся тем, что к контроллеру подключен модуль измерения скорости объекта через контролируемое пространство, а между блоком детектирования нейтронного излучения и контроллером дополнительно установлено программное устройство с заданным алгоритмом, представляющим собой функцию контроля счетных характеристик нейтронного канала путем обнаружения отказов, возникающих в отдельных счетчиках блока детектирования нейтронного излучения.

A device for detecting radioactive materials during their unauthorized movement through a controlled space, including gamma radiation detection units, neutron radiation detection units, consisting of slow neutron counters surrounded by a neutron moderator, and a signal amplifier of said counters with boron polyethylene screens, an object presence sensor in controlled area, tamper sensor, information processing controller, alarm unit, power supply unit and control panel characterized in that a module for measuring the object’s speed through a controlled space is connected to the controller, and between the neutron radiation detecting unit and the controller an additional software device is installed with a predetermined algorithm, which is a function of monitoring the counting characteristics of the neutron channel by detecting failures that occur in individual block counters neutron radiation detection.