Радіометрична система для виявлення гамма- і нейтронного випромінювання

Радіометрична система виявлення гамма- і нейтронного випромінювання, що містить вимірювальні стійки з поміщеними в них блоками детектування гамма-випромінювання на основі пластмасового сцинтилятору і нейтронного випромінювання, блоком живлення і електронними блоками обробки інформації, а також розташовані зовні стійки, які містять блоки керування системою, звуковою і світловою сигналізацією і датчик наявності об'єкта, при цьому всі вказані блоки підключені на входи блока керування системою, вихід якої підключений до ЕОМ, яка відрізняється тим, що блок детектування нейтронного випромінювання виконаний на основі монокристала вольфрамату кадмію. UA (21) a200506070 (22) 21.06.2005 (24) 25.09.2007 (46) 25.09.2007, Бюл. № 15, 2007 р. (72) Гриньов Борис Вікторович, Любинський Вадим Рувинович, Сенчишин Віталій Георгійович, Лебедєв Валентин Миколайович, Некрасов Василь Володимирович, Півень Леонід Олексійович, Бороденко Юрій Опанасович (73) ІНСТИТУТ СЦИНТИЛЯЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ НАН УКРАЇНИ (56) Каталог 2000 фірми "Позитрон GmbH Україна", "Прилади і системи радіаційного контролю для промисловості, науки, екології. Автоматизовані системи", С.28-35 D.C.Stomswold et.al. "Field a NaITl-Based Vehicle Portal Monitor at Border Crossing". Pacific Nortbwest National Laboratory, USA. IEEE Conference, Rome 2004, P.17 Проспект фірми "Полімастер", Білорусь. "Установка радиационного контроля РМ-5000" Проспект науково-виробничого центру "Аспект". "Стационарные таможенные системы обнаружения делящихся и радиоактивных материалов "Янтарь"", РФ C2 2 (19) 1 3 80455 4 управління системою, звуковою і світловою сигнаВідомі радіометричні системи виявлення гама лізацією і датчик наявності об'єкту; при цьому всі і нейтронного випромінювання різних модифікацій, вказані блоки підключені на входи блоку управлінвідмінних за призначенням (пішохідні, автомобільня системою, вихід якої підключений до ЕОМ. В ні, залізничні); кількістю вимірювальних стійок і детекторах гама випромінювання використовуєтьконструктивним виконанням. Основою систем ся органічний пластмасовий сцинтилятор з чутлислужать два блоки: блок детектування гама вивим об'ємом 4500см3, а датчиком нейтронного промінювання і блок детектування нейтронного випромінювання є3 He пропорційні лічильники завипромінювання. гальним чутливим об'ємом 32003cм. Відома радіометрична система виявлення гаЧутливість блоків детектування, не менше: гама і нейтронного випромінювання [Каталог 2000 ма випромінювання 125 (імп./с)/(мкР/год) для фірми «Позитрон GmbH Україна», «Прилади і сис137 Cs; нейтронного випромінювання теми радіаційного контролю для промисловості, науки, екології. Автоматизовані системи», с.28-35], 350імп.см2/нейтр. для Рu-a-Ве. що містить вимірювальні стійки з вміщеними в них Відома радіаційна система виявлення гама і блоками детектування, живлення і електронними нейтронного випромінювання [Проспект науковоблоками обробки інформації, а також, розташовані виробничого центру «Аспект». «Стаціонарні митні зовні стійок, блоки управління системою, звукової і системи виявлення матеріалів, що діляться і расвітлової сигналізації і датчик наявності об'єкту, діоактивних матеріалів «Янтар», РФ], що містить при цьому всі вказані блоки підключені на входи вимірювальні стійки з поміщеними в них блоками блоку управління системою, вихід якої підключедетектування, живлення і електронними блоками ний до ЕОМ. Сцинтилятором в блоках детектуванобробки інформації, а також, розташовані зовні ня є пластмасовий циліндр, розміром D=65мм, L= стійок, блоки управління системою, звуковою і сві1000мм, який вміщено в алюмінієвий циліндр. тловою сигналізацією і датчик наявності об'єкту; Чутливість даної системи не менше: гама випри цьому всі вказані блоки підключені на входи промінювання ~160 (імп./с)/(мкР./год) для 137Cs і блоку управління системою, вихід якої підключе350 імп.см2/нейтр. для нейтронного випромінюний до ЕОМ. Датчиком гама випромінювання є вання по супутньому гама випромінюванню. органічний пластмасовий сцинтилятор з чутливим Використовування в даній системі тільки оргаоб'ємом 4000см3, а датчиком нейтронного випронічного сцинтилятору не забезпечує необхідної мінювання є3 Hепропорційні лічильники загальним чутливості системи до трансуранових джерел рачутливим об'ємом 32003см. діоактивності, а також до джерел нейтронів, поміЕлектронні блоки виконано у вигляді функціощених в свинцевий захист. нально і конструктивно завершених модулів і розВідома радіометрична система виявлення гаміщено в спеціальному каркасі, що закріплений ма і нейтронного випромінювання (D.C.Stromswold усередині стійки. et.al. "Field a NaIT1-Based Vehicle Portal Monitor at Набір електронних блоків включає: мікропроBorder Crossing". Pucific Northwest National Laboraцесорний контроллер, низьковольтне джерело tory, USA. IEEE Conference, Rome 2004, p. 17), що живлення, блок високовольтного живлення детекмістить вимірювальні стійки з поміщеними в них торів, одноканальні аналізатори імпульсів. блоками детектування, живлення і електронними Чутливість блоків детектування не менше: габлоками обробки інформації, а також, розташовані ма випромінювання 125(імп./с)/(мкР/год) для 137Cs; зовні стійок, блоки управління системою, звуковою нейтронного випромінювання 350імп.см2/нейтр. і світловою сигналізацією і датчик наявності об'єкдля pu-a-Ве. ту, при цьому всі вказані блоки підключені на вхоВідомі системи володіють високою чутливістю ди блоку управління системою, вихід якої підклюдо гама випромінюванню за рахунок використовучений до ЕОМ. Датчиком гама випромінювання в вання пластмасових сцинтиляторів великого об'блоках детектування є монокристал NaI(T1) велиєму. Проте вони не забезпечують тої чутливості до кої об'єму (10,2см×10,2см×41см). виявлення трансуранових матеріалів, що діляться, Використовування монокристалів NaI(T1) заяка вимагається на сьогоднішній день МАГАТЕ. безпечує високу чутливість виявлення радіоактивКрім того, необхідно відзначити незручність них матеріалів, у тому числі і виявлення ізотопів, роботи з 3Hе пропорційними лічильниками через їх що незаконно провозяться, на фоні матеріалів з габарити (120см × 100см × 30см), які додатково збіприродною радіоактивністю. льшують і вагу всієї системи Проте використовування монокристала Як прототип нами вибраний останній з аналоNaI(T1) великого об'єму пов'язано із значним догів. рожчанням системи і зниженням її експлуатаційної В основу (цього) даного винаходу поставлена надійності (за рахунок гігроскопічності самого кризадача створення радіаційної системи для виявстала). Крім того, система на цьому монокристалі лення гама і нейтронного випромінювання, яка при не забезпечує можливості виявлення джерел нейзбереженні високої ефективності виявлення джетронів, поміщених в свинцевий захист. рел гама випромінювання забезпечувала б як Відома радіаційна система виявлення гама і ефективне виявлення трансуранових елементів, нейтронного випромінювання [Проспект фірми так і нейтронних джерел при збереженні порівняно «Полімастер», Білорусь. «Установка радіаційного низкою вартості системи. контролю РМ-5000»], що містить вимірювальні Рішення поставленої задачі забезпечується стійки з поміщеними в них блоками детектування, тим, що в радіаційній системі виявлення гама і живлення і електронними блоками обробки інфорнейтронного випромінювання, що містить вимірюмації, а так само, розташовані зовні стійок, блоки вальні стійки з вміщеними в них блоками детекту 5 80455 6 системою. вання гама випромінювання на основі пластмасоГама детектори блоку 2 виконані на основі вого сцинтилятора і нейтронного випромінювання, пластмасових сцинтиляторів з чутливим об'ємом живлення і електронними блоками обробки інфорблизько 15000 см3. Нейтронні детектори виконані мації, а також розташовані зовні стійок, блоки на основі монокристалів вольфрамату кадмію з управління системою, звуковою і світловою сигначутливим об'ємом близько 130 см3. Сцинтилятори лізацією і датчик наявності об'єкту, при цьому всі оптично зчленовані з ФЕУ. вказані блоки підключені на входи блоку управлінГама детектори блоку 2, окрім їх лицьової стоня системою, вихід якої підключений до ЕОМ, згідрони, закриті свинцевими захисними екранами з но винаходу, блок детектування нейтронного виметою зниження впливу зовнішнього природного промінювання виконано на основі монокристалу гама фону на чутливість системи. вольфрамату кадмію. Всі електронні блоки 4, 5, 6 виконані на сучасСумісне використовування пластмасового ній елементній базі. сцинтилятора і сцинтиляційного монокристала Пропонована система працює таким чином. вольфрамату кадмію істотно підвищило ефективПри проходженні контрольованого об'єкту ченість виявлення як матеріалів, що діляться - урарез зону контролю ну, плутонію, торія і т.д., так і джерел швидких датчик 9 присутності перемикає систему в ренейтронів типу (Рu-a-Ве) по супутньому гама вижим виявлення. промінюванню. Крім того, використовування моноГама кванти з енергією 0,3 - 3,0МеВ в детеккристалу вольфрамату кадмію в таких системах торах 2 на основі органічних сцинтиляторів перезабезпечило можливість виявлення нейтронних творяться в світлові спалахи, що реєструються джерел, навіть поміщених в свинцевий захист, по ФЕУ-110. Аналогічно в детекторах 3 на основі вореєстрації гама випромінювання, що виникає при льфрамату кадмію відбувається реєстрація гама прямій взаємодії теплових нейтронів з кадмієм по квантів у діапазоні 0,03 - 0,3МеВ. Імпульси напруреакції 113Сd(n,g) 114Cd, що при використовуванні ги, що знімаються з навантажень ФЕУ, посилювідомих систем до теперішнього часу було неможються і подаються на систему, за допомогою якої ливим. формуються рахункові імпульси в аналізаторах Чутливість пропонованої системи не менше: імпульсів блоків 4. Ці рахункові імпульси подаютьгама випромінювання 500(імп./с)/(мкР/год) для 137 ся на входи мікропроцесорів, де відбувається їх Cs і нейтронного випромінювання по супутньому попередня статистична обробка. Отримані дані гама випромінюванню ~ 1000 імп.см2/нейтр. для передаються в контролер блоку 6 управління, виРu-а-Ве. хід якого пов'язаний з ЕОМ. В ЕОМ відбувається На фіг. приведено блок-схему однієї стійки систатистична обробка отриманої інформації згідно стеми, що заявляється. спеціального алгоритму виявлення. У разі наявноВ табл. приведено мінімальні кількісні значенсті в контрольованому об'єкті джерел гама випроня мас ядерних матеріалів і активностей гама мінювання, трансуранових матеріалів і джерел джерел, які виявляє система, що заявляється, при нейтронів величиною, що перевищує порогове довірчій вірогідності 95% при інтенсивності фону значення виявлення, ця величина фіксується на не більше 20мкР/год, а також чутливість детектоекрані монітора, а також заноситься до пам'яті рів для нейтронів порівняно з аналогічними систеЕОМ. мами. Пристрої 7 і 8 звукової і світлової сигналізації Радіаційна система виявлення гама і нейтронвідповідно додатково сигналізують про виявлення ного випромінювання (на фіг. приведена блоксистемою радіоактивних елементів в контрольосхема однієї стійки) містить стійку 1 з розміщеними ваному об'єкті. в ній блоком 2 детектування для виявлення гама Як видно з таблиці, сумісне використовування випромінювання, блоком 3 детектування для випластмасового сцинтилятора великого розміру і явлення трансуранових матеріалів і нейтронів і сцинтиляційного монокристала вольфрамату каделектронними блоками 4, а також блок живлення мію в пропонованій системі дозволило при збере5, що містить високовольтні джерела живлення женні високої чутливості у діапазоні середніх і видля ФЕУ і низьковольтні -для живлення решти соких енергій (0,3 -3,0МеВ) істотно підвищити систем в стійці. Електронні блоки 4 містять підсичутливість в діапазоні малих енергій (0,03 лювачі сигналів ФЕУ, мікропроцесорні контролери 0,3МеВ). попередньої обробки сигналів і аналізатори імпуПідвищення чутливості в діапазоні енергій 0,03 льсів (на фіг. не приведені). Електронний блок 6 - 3,0МеВ призвело, у свою чергу, до значного (в управління системою, розташований зовні стійки 10-100 разів) пониження порогових значень вияв1, містить контролер управління системою і забезлення мас ядерних матеріалів і до підвищення печує зв'язок з ЕОМ. Контролери блоків 4 підключутливості системи до нейтронного випромінюванчені до блоку 6 управління системою. Пристрої 7, ня. 8 і 9, відповідно для світлової і звукової сигналізації, а також датчик присутності, що розташовані на стійці 1, також підключені до блоку 6 управління 7 80455 8 Таблиця Умовне позначення приладу РМ- 5000 - 5 "Полімастер" РПС-01 "Кордон" БДП 03 Янтарь 2 У "Аспект" Активність g -джерел, мкКu 241 Am 137 Cs 200 10 – 105 – Уm - 250TSA Система, що заявляється 60 Co Позначення мас ядерних матеріалів, г 235 U 238 U 239 Pu 5,5 250 2000 4,2 8,1 немає даних 40 немає даних 6000 – 4,1 2,19 немає даних 1000 немає даних немає даних 10 немає даних 26 4,8 1,5 15 20 Чутливість детектора імп/см2/нейтрон Рu-g-Ве Комп’ютерна верстка В. Клюкін Підписне 57 350 350 350 немає даних 2-10-2 1000 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601