лидарный способ дистанционного мониторинга радиоактивного загрязнения местности

Формула изобретения

Лидарный способ дистанционного мониторинга радиоактивного загрязнения местности, основанный на зондировании приземного слоя атмосферы импульсным лазерным излучением, заключающийся в том, что для обнаружения радиоактивного загрязнения определяют соотношение интенсивностей стоксовой и антистоксовой компонент в спектре комбинационного рассеяния зондирующего излучения, а по величине этого отношения дистанционно определяют пространственную конфигурацию зон радиоактивного загрязнения местности с заданными уровнями радиации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области исследований и анализа веществ с помощью оптических средств, а именно к разработке лидарного способа дистанционного мониторинга радиоактивного загрязнения местности (РЗМ), основанного на регистрации эффекта возбуждения молекул воздуха под действием ионизирующих излучений (ИИ), с использованием источников когерентного электромагнитного излучения оптического диапазона - лазеров.

В настоящее время для обнаружения РЗМ и определения координат зон загрязнений с различными уровнями радиации в основном используются контактные методы радиационной разведки (РР) с применением локальных датчиков, устанавливаемых на подвижных средствах ведения РР. Использование локальных датчиков для выявления зон РЗМ характеризуется большим временем сбора и обработки информации об уровнях радиации в точках измерений и, кроме того, связано с облучением персонала, ведущего разведку.

Известны способы дистанционной РР, в частности способ дистанционного обнаружения радиоактивных объектов, заключающийся в определении расстояния до источника ионизирующего излучения по значениям интенсивностей флуоресценции атмосферного азота в УФ диапазоне [1]. Расстояние до источника радиоактивного загрязнения определяют по различию ослабления излучения флуоресценции атмосферой на длинах волн 315,9 нм; 337,1 нм и 357,7 нм. Однако этот способ не обеспечивает пространственного разрешения на трассах зондирования над протяженными источниками ионизирующих излучений и поэтому непригоден для ведения наземной РР, кроме случаев обнаружения точечных источников при измерениях в надир при ведении РР на воздушных носителях.

Известен способ лазерного дистанционного обнаружения в атмосфере и выявления пространственной структуры полей ИИ при ядерных взрывах, основанный на обнаружении изотопа ¹⁴CO₂, образующегося в момент взрыва в результате реакции захвата тепловых нейтронов молекулами азота воздуха: ¹⁴N(n,p)¹⁴C. В качестве источника зондирующего излучения используют лазер на изотопе ¹⁴ СО₂ [2]. Однако этот способ непригоден для ведения дистанционной РР местности, так как появление в атмосфере указанного изотопа непосредственно не связано с РЗМ, например при высотных взрывах, при которых, как известно, не образуется РЗМ, а также в период времени после момента ядерного взрыва при наземных и подземных взрывах.

Целью предлагаемого лидарного способа дистанционного мониторинга является существенное уменьшение времени ведения РР за счет дистанционного выявления пространственной конфигурации зон РЗМ с заданными уровнями радиации. Поставленная цель достигается зондированием импульсным лазерным излучением приземного слоя атмосферы с последующей регистрацией изменений интенсивностей стоксовой и антистоксовой компонент в спектре комбинационного рассеяния этого излучения в атмосфере над РЗМ.

Известно, что стоксова компонента образуется за счет того, что рассеивающая среда отнимает часть энергии у поля светового излучения в том случае, когда молекулы вещества находятся в невозбужденном состоянии. Антистоксова компонента образуется, напротив, за счет передачи энергии от рассеивающей среды полю излучения, когда молекулы вещества находятся в возбужденном состоянии [3].

Взаимодействие ионизирующего излучения с воздушной средой включает в себя ряд актов преобразования энергии ионизирующего излучения, одним из которых является возбуждение атомов и молекул воздушной среды. Возбуждение молекул воздуха под воздействием ионизирующих излучений над РЗМ происходит в результате следующих процессов: прямого возбуждения гамма-излучением, первичными заряженными частицами и вторичными электронами; диссоциативной рекомбинации ионов; перезарядки ионов; дезактивацией метастабильных состояний молекул. Поэтому число возбужденных молекул в элементарном объеме воздуха над РЗМ будет находиться в прямой зависимости от мощности поглощенной дозы ИИ в этом объеме.

Таким образом, указанные процессы неупругого взаимодействия ИИ с воздушной средой приводят к образованию спектров комбинационного рассеяния лазерного излучения со смещением поля излучения в коротковолновую (антистоксову) область. Фиксируя различие в соотношении стоксовой и антистоксовой компоненты в спектре комбинационного рассеяния лазерного излучения атмосферой в условиях естественного радиационного фона и в условиях воздействия источников ионизирующих излучений над РЗМ, устанавливают факт радиоактивного загрязнения: измеряя величину этого различия, определяют уровни радиации.

На чертеже представлена сравнительная спектральная картина колебательно-вращательных уровней молекул воздуха при зондировании эксимерным Хе-Сl лазером с длиной волны 308 нм на примере атмосферного азота.

Технические средства дистанционной радиационной разведки, реализуемые на основе предлагаемого способа, позволят контролировать динамику изменений радиационного фона, измерять пространственно-геометрические размеры радиоактивно загрязненных участков местности, что существенно повышает оперативность сбора информации о полях ионизирующих излучений и уменьшает время на принятие решений по организации защитных мероприятий. Кроме того, существенно повышается радиационная безопасность ведения разведки, так как данный способ не требует пребывания персонала на РЗМ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Патент № 2219566 от 20.12.2003.

2. Патент № 2180126 от 27.02.2002.

3. Конингстайн И.А. Введение в теорию комбинационного рассеяния света. // М., "Мир", 1975.