устройство для обнаружения радиоактивных материалов

Формула изобретения

1. Устройство для обнаружения радиоактивных материалов при их несанкционированном перемещении через контролируемое пространство, включающее блок детектирования гамма-излучения, датчик присутствия объекта в контролируемой зоне, датчик вскрытия, контроллер обработки информации, блок сигнализации, блок электропитания и пульт управления, отличающееся тем, что оно содержит блок детектирования нейтронного излучения, состоящий 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 нейтронного излучения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что счетчики снабжены экранами из борированного полиэтилена толщиной, например, 70 мм.

Описание изобретения к патенту

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 народно-хозяйственного назначения. Изобретение может также применяться для контроля потоков гамма- и нейтронного излучений в составе систем непрерывного мониторинга окружающей среды.

Известно аналогичное устройство (см. Свидетельство на полезную модель RU 0003832 U1), содержащее блоки детектирования гамма-излучения, сигнализаторы присутствия объектов в контролируемом пространстве, металлодетектор, аппаратуру обработки информации и сигнализации. Недостатками указанного устройства являются его незащищенность от несанкционированного вмешательства в его работу и невозможность обнаружения радиоактивных материалов, испытывающих спонтанное деление, по их нейтронному излучению.

В качестве прототипа данного изобретения рассмотрим 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, датчик вскрытия, металлодетектор, контроллер обработки информации, средства сигнализации и блок электропитания.

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.

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 ²³⁹Pu в защиту из свинца).

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка и повышение эффективности работы устройства и, в частности, возможности регистрации одновременно радиоактивных материалов, имеющих гамма и нейтронное излучение.

Задача решается благодаря тому, что в известное устройство, включающее блок детектирования гамма-излучения, датчик присутствия объекта в контролируемой зоне, датчик вскрытия, контроллер обработки информации, блок сигнализации, блок электропитания и пульт управления, дополнительно введен высокочувствительный блок детектирования нейтронного излучения, состоящий из счетчиков медленных нейтронов, окруженных замедлителем нейтронов, и усилителя сигналов от указанных счетчиков, а контроллер снабжен входом для приема информации с указанного блока детектирования нейтронного излучения.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства, где:

1. Блок детектирования гамма-излучения

2. Блок детектирования нейтронного излучения

3. Датчик присутствия

4. Датчик вскрытия

5. Контроллер

6. Блок сигнализации

7. Блок электропитания

8. Аккумулятор

9. Пульт управления

На фиг. 2 представлено схематическое изображение блока детектирования нейтронного излучения, где

1. Счетчики нейтронов

2. Замедлитель нейтронов

3. Усилитель нейтронный.

Блок детектирования гамма-излучения (1) состоит из сцинтиллятора, в котором энергия гамма-квантов преобразуется в световую вспышку; световода, по которому световая вспышка транспортируется к фотоумножителю; фотоумножителя, в котором световая вспышка трансформируется в электрический сигнал; усилителя этих сигналов; амплитудного дискриминатора уровня сигналов.

Блок детектирования нейтронного излучения (2) состоит из полиэтиленового замедлителя нейтронов и заполненного гелием (He-3) счетчика медленных нейтронов. Регистрация тепловых нейтронов счетчиком происходит за счет реакции He³(n, p)H³. Электрические импульсы, возникающие за счет ионизации газа счетчика получающимися в этой реакции протонами, усиливаются усилителем для последующей передачи на амплитудный дискриминатор.

К одному усилителю подключается два счетчика нейтронов.

Плата усилителя состоит из двух каналов, каждый из которых включает в себя собственно усилитель и дифференциальный дискриминатор.

Датчик присутствия (3) представляет собой регистратор инфракрасного излучения, который срабатывает при появлении объекта контроля в контролируемой зоне.

Датчик вскрытия (4) состоит из магнита и герконового реле, которое замыкается или размыкается в зависимости от открывания или закрывания подвижной стенки устройства, вырабатывая соответствующий сигнал.

Контроллер (5) представляет собой интеллектуальное микропроцессорное устройство, принимающее на свои 4 входа информацию от двух блоков детектирования и двух датчиков, обрабатывающее эту информацию в соответствии с заранее установленной программой и выдающее команды на блок сигнализации (6), и информацию на пульт управления (9) в соответствии с ситуацией в зоне контроля.

Блок питания (7), а в случае отсутствия линейного напряжения аккумулятор (8) обеспечивает работу устройства необходимой электрической энергией.

Для уменьшения фона нейтронные счетчики снабжены экранами из борированного полиэтилена толщиной порядка 70 мм.

Устройство для обнаружения радиоактивных материалов работает следующим образом.

Если объект контроля отсутствует в зоне контроля (что определяется информацией от датчика присутствия), то устройство автоматически регистрирует радиационный фон блоками детектирования гамма-излучения и отдельно нейтронного излучения и периодически корректирует информацию на пульте управления.

При появлении объекта контроля в зоне контроля срабатывает датчик присутствия, и устройство переходит в режим измерения гамма-радиации и нейтронной радиации. Если измеренная величина гамма-радиации или нейтронной радиации или обеих вместе превысит в установленное заранее число раз измеренные перед появлением объекта в зоне контроля фоновые значения, контроллер вырабатывает информацию для блока сигнализации и срабатывает устройства сигнализации, входящие в этот блок.

Если измеренные величины не превысят фоновых значений, устройство вновь переходит в режим измерения радиационного фона.

Преимущества настоящего изобретения проявляются, например, при обнаружении специального ядерного материала плутония или других источников нейтронного излучения.

Специальный ядерный материал плутоний или плутоний низкого выгорания содержит не менее 93% плутония-239, менее 6,5% плутония-240 и менее 0,5% других примесей. Гамма-излучение плутония-239 имеет мягкий спектр и его легко заэкранировать любым металлическим экраном. В то же время нейтронное излучение плутония-240 практически не поглощается никакой металлической защитой, и упакованный в нее специальный ядерный материал плутоний будет обнаружен блоком регистрации нейтронов.