Силантьев К.А.
Портал радиационного контроля.
Портал радиационного контроля.
Согласно рекомендациям МАГАТЭ IAEA-TECDOC-1162 «Руководство для лиц принимающих первые ответные меры в случае радиологической аварийной ситуации», вокруг места аварии устанавливается периметр безопасности. С внешней стороны этого периметра, где мощность дозы от места аварии не превышает 0,3 мкЗв/ч, устанавливают пост радиационного контроля (ПРК). На ПРК осуществляется контроль уровня загрязнения персонала и населения, выходящего из периметра безопасности. Согласно этому же документу, при обнаружении уровня внешнего загрязнения более 1 мкЗв/ч человек должен немедленно направляться на санитарную обработку. При большом количестве людей, подвергшихся возможному загрязнению, от дозиметристов на ПРК требуется непрерывная работа в течении длительного времени. Для облегчения работы дозиметристов предлагается проводить первичную сортировку населения, выходящего из зоны радиационной аварии, с помощью мобильного автоматизированного портала радиационного контроля (Портала). Портал используется в случаях невозможности использования стационарных или крупногабаритных устройств радиационного контроля, используемых на предприятиях атомной промышленности.
Портал представляет собой разборную раму, по сторонам которой закреплены датчики ионизирующего излучения. Рама Портала собрана из двух раздвижных алюминиевых лестниц типа 3х5 (3 секции по 5 ступенек), то есть, из 6 секций по 5 ступенек в каждой. Каждая лестница состоит из нижней, средней и верхней секций, различающихся по ширине. Внешний вид и возможные способы стандартной компоновки секций раздвижной лестницы представлены на рисунке 1.
Портал представляет собой разборную раму, по сторонам которой закреплены датчики ионизирующего излучения. Рама Портала собрана из двух раздвижных алюминиевых лестниц типа 3х5 (3 секции по 5 ступенек), то есть, из 6 секций по 5 ступенек в каждой. Каждая лестница состоит из нижней, средней и верхней секций, различающихся по ширине. Внешний вид и возможные способы стандартной компоновки секций раздвижной лестницы представлены на рисунке 1.
Рис. 1. Внешний вид раздвижной лестницы.
Для сборки рамы Портала нижняя и средняя секции соединяются между собой стандартным образом и устанавливаются вертикально, образуя «стенки» рамы. Сверху и снизу эти «стенки» соединяются верхними секциями лестницы, образуя «верх» и «низ» рамы.
На каждой из 6 секций закреплено по одному датчику ионизирующего излучения. Датчик крепится к ступенькам лестницы. По одному датчику располагается сверху и снизу рамы и по два датчика располагается по сторонам рамы. Всего используется 6 датчиков, обеспечивающих контроль уровня гамма излучения в сечении размером 112 х 196 см. Внешний вид портала представлен на рисунке 2.
На каждой из 6 секций закреплено по одному датчику ионизирующего излучения. Датчик крепится к ступенькам лестницы. По одному датчику располагается сверху и снизу рамы и по два датчика располагается по сторонам рамы. Всего используется 6 датчиков, обеспечивающих контроль уровня гамма излучения в сечении размером 112 х 196 см. Внешний вид портала представлен на рисунке 2.
Рис.2. Внешний вид портала радиационного контроля
Горизонтальные секции лестниц соединены со средними и нижними секциями сквозными резьбовыми шпильками. Шпильки проходят сквозь полые ступени верхних секций. Жёсткость рамы обеспечивается двумя диагональными шпильками в верхней части конструкции. На боковой стенке рамы закреплена коробка управления Порталом. Коробка управления содержит блок внешнего питания, резервные аккумуляторы и блок обработки данных. В качестве корпуса коробки управления Порталом используется блок резервированного электропитания БРП-12-4/14-ТИ исп.5, оборудованный стабилизированным источником питания напряжением 12 Вольт, схемой заряда резервного аккумулятора и схемой обогрева рабочего отсека. Степень защиты корпуса IP54 позволяет использовать коробку управления на улице без дополнительных защитных экранов. В рабочем отсеке корпуса размещаются два аккумулятора FIAMM 12 FGHL 34 номинальным напряжением 12 Вольт и ёмкостью по 9 А/ч. Этих аккумуляторов достаточно для обеспечения непрерывной работы Портала в течении 70 часов. При подключении внешнего питания аккумуляторы заряжаются.
В конструкции Портала используются датчики гамма-излучения типа АСРКБ1У производства НТЦ «ЯФИ». В качестве детектора используется ткане-эквивалентная сцинтилляционная пластмасса размером 390х80х25 мм. Сигнал с детектора фиксируется двумя ФЭУ, работающими в режиме совпадений, что позволило резко снизить собственный фон детекторов. В отличие от «точечных» детекторов, данный «линейный» детектор позволяет контролировать уровень гамма-излучения по всему периметру рамы Портала.
Выходным сигналом датчиков АСРКБ1У является числоимпульсный код, пропорциональный мощности дозы гамма излучения. Такой вид сигнала позволяет оператору, в зависимости от решаемой задачи, выбрать оптимальное время проведения измерения. Время измерения влияет на неопределенность измерения и пропускную способность ПРК.
Использование в конструкции Портала стандартных раздвижных алюминиевых лестниц позволило создать простую разборную конструкцию. На рисунке 3 представлен вид Портала в сложенном состоянии. Фанерные щиты по двум сторонам упаковки при разворачивании Портала используются как трапы, облегчающие прохождение через Портал.
В конструкции Портала используются датчики гамма-излучения типа АСРКБ1У производства НТЦ «ЯФИ». В качестве детектора используется ткане-эквивалентная сцинтилляционная пластмасса размером 390х80х25 мм. Сигнал с детектора фиксируется двумя ФЭУ, работающими в режиме совпадений, что позволило резко снизить собственный фон детекторов. В отличие от «точечных» детекторов, данный «линейный» детектор позволяет контролировать уровень гамма-излучения по всему периметру рамы Портала.
Выходным сигналом датчиков АСРКБ1У является числоимпульсный код, пропорциональный мощности дозы гамма излучения. Такой вид сигнала позволяет оператору, в зависимости от решаемой задачи, выбрать оптимальное время проведения измерения. Время измерения влияет на неопределенность измерения и пропускную способность ПРК.
Использование в конструкции Портала стандартных раздвижных алюминиевых лестниц позволило создать простую разборную конструкцию. На рисунке 3 представлен вид Портала в сложенном состоянии. Фанерные щиты по двум сторонам упаковки при разворачивании Портала используются как трапы, облегчающие прохождение через Портал.
Рис. 3. Портал радиационного контроля в сложенном состоянии
Как показано на рисунке 4 Портал в сложенном виде свободно помещается в багажнике легкового автомобиля.
Рис. 4. Размещение Портала в багажнике легкового автомобиля
Следует отметить, что сборка и разборка Портала осуществляется без отключения датчиков и блока управления. Таким образом, даже в сложенном состоянии Портал может осуществлять измерение мощности дозы и контроль радиационной обстановки при транспортировке.
Блок обработки данных собирает информацию со всех 6 датчиков и передаёт данные по протоколу RS-232 на внешнее устройство или компьютер дозиметриста. Блок обработки реализован на трёх микроконтроллерах фирмы Atmell и имеет «открытую» архитектуру, позволяющую быстро и просто нарастить имеющуюся конфигурацию дополнительными микроконтроллерами со своими датчиками. Внешний вид блока обработки данных представлен на рисунке 5.
Блок обработки данных собирает информацию со всех 6 датчиков и передаёт данные по протоколу RS-232 на внешнее устройство или компьютер дозиметриста. Блок обработки реализован на трёх микроконтроллерах фирмы Atmell и имеет «открытую» архитектуру, позволяющую быстро и просто нарастить имеющуюся конфигурацию дополнительными микроконтроллерами со своими датчиками. Внешний вид блока обработки данных представлен на рисунке 5.
Рис. 5. Внешний вид блока обработки данных
В автоматическом режиме через заданные промежутки времени блок обработки данных передаёт коды числа импульсов с каждого датчика и время набора. Необходимый промежуток времени устанавливается командой с внешнего устройства. В ручном режиме передача данных осуществляется по запросу от внешнего устройства.
Мощность дозы в блоке обработки вычисляется из суммы импульсов всех датчиков за определённый период времени. Полученная сумма через линейную аппроксимацию преобразуется в мощность дозы. Коэффициенты аппроксимации определяются экспериментально и заносятся в память блока обработки данных. Имеется два способа контроля измеряемой мощности дозы: сравнение с заранее установленным порогом и сравнение со средним значением плюс три среднеквадратических отклонения. Тип сравнения и пороговое значение мощности дозы устанавливаются командой от внешнего компьютера. Факт превышения измеренной мощности дозы над пороговым значением индицируется светодиодным индикатором. Набранное число импульсов от каждого детектора, суммарная мощность дозы и время набора выводится на дисплей, расположенный на корпусе коробки управления. В качестве дисплея используется 4-х строчный жидкокристаллический матричный индикатор на 20 символов в строке. Внешний вид дисплея представлен на рисунке 6.
Мощность дозы в блоке обработки вычисляется из суммы импульсов всех датчиков за определённый период времени. Полученная сумма через линейную аппроксимацию преобразуется в мощность дозы. Коэффициенты аппроксимации определяются экспериментально и заносятся в память блока обработки данных. Имеется два способа контроля измеряемой мощности дозы: сравнение с заранее установленным порогом и сравнение со средним значением плюс три среднеквадратических отклонения. Тип сравнения и пороговое значение мощности дозы устанавливаются командой от внешнего компьютера. Факт превышения измеренной мощности дозы над пороговым значением индицируется светодиодным индикатором. Набранное число импульсов от каждого детектора, суммарная мощность дозы и время набора выводится на дисплей, расположенный на корпусе коробки управления. В качестве дисплея используется 4-х строчный жидкокристаллический матричный индикатор на 20 символов в строке. Внешний вид дисплея представлен на рисунке 6.
Рис. 6. Внешний вид дисплея 20х4 с результатами измерения Портала.
Портал может функционировать как под управлением внешнего компьютера, так и автономно. Для автономной работы все установки должны быть предварительно произведены с внешнего устройства. Установки запоминаются в энергонезависимой памяти блока обработки данных и восстанавливаются при включении Портала.
Разработана программа управления Порталом для компьютера. Программа работает под Windows и написана на Delphi. Внешний вид программы представлен на рисунке 7.
Разработана программа управления Порталом для компьютера. Программа работает под Windows и написана на Delphi. Внешний вид программы представлен на рисунке 7.
Рис.7. Программа обработки данных Портала
В верхнем окне программы отображается скорость счёта каждого датчика и время осреднения в цифровом виде. В среднем окне отображаются графики изменения скорости счёта каждого датчика. Текущее положение отображается вертикальной красной чертой. Графики имеют автоматическое масштабирование. Справа расположены сигнальные квадраты, меняющие свой цвет с зелёного на красный при превышении текущей скоростью счёта среднего значения плюс три среднеквадратических отклонения. Можно задать фиксированные пороговые значения для каждого датчика. Раздельная фиксация превышения скорости счёта по каждому датчику позволяет оценить не только общее загрязнение обследуемого человека, но и оценить место загрязнения. Программа также позволяет установить число измерений для вычисления скользящего среднего значения скорости счёта каждого датчика и соответствующего среднеквадратического отклонения, позволяет автоматически записывать принимаемые данные в файл. На рисунке 8 представлен сборочный чертёж Портала и детализация его верхнего и нижнего узлов крепления.
Рис.8. Сборочный чертёж Портала и детализация его верхнего и нижнего узлов крепления.
Для организации проведения индивидуального радиационного контроля необходимо собрать Портал и разместить его в месте, где фоновая мощность дозы не превышает 0,3 мкЗв/ч. Конструкция Портала предусматривает возможность его дезактивации. В случае установки Портала на поверхности, не обеспечивающей его устойчивость, на верхних шпильках рамы установлены рымы, через которые Портал может быть дополнительно укреплён тросами. Для удобства прохождения через Портал к раме крепятся специальные трапы. На рисунке 9 изображено применение Портала
Рис.9 Применение Портала во время учений.
Портал обладает следующими характеристиками
- Портал обеспечивает контроль мощности дозы гамма-излучения и поверхностного загрязнения персонала и населения.
- Результаты измерений выводятся на компьютер дозиметриста по интерфейсу RS-232. Имеется возможность вывода результатов измерений на встроенный дисплей и сигнальный индикатор.
- Измерение производится шестью ткане-эквивалентными сцинтилляционными детекторами.
- Диапазон энергий регистрируемого гамма-излучения от 0,08 до 3,0 МэВ.
- Основная относительная погрешность определения мощности дозы 20%
- Относительная нестабильность показаний 5%.
- Электропитание Портала осуществляется от внешней промышленной сети напряжением 220 В. 50 Гц. или от встроенного аккумулятора 12 В. постоянного тока. Переключение автоматическое.
- Время непрерывной работы от встроенного аккумулятора составляет не менее 70 часов. При подаче внешнего питания производится автоматическая зарядка встроенного аккумулятора.
- Средняя наработка на отказ Портала не менее 1000 ч.
- Портал рассчитан на эксплуатацию как в помещении, так и на открытом воздухе с защитой от непосредственного воздействия осадков и солнечных лучей при температуре окружающей среды от -20 до +50 град.С.
Как показали натурные испытания, Портал эффективно реагирует на радиоактивное загрязнение внешней поверхности человека. Загрязнение моделировалось набором образцовых источников ОСГИ, создающих мощность дозы 1 мкЗв/ч на расстоянии 10 см. При испытаниях было установлено оптимальное время измерения 5 секунд и время нахождения человека в рамке Портала – 15 секунд. Передача данных с Портала на компьютер дозиметриста может проводиться не только по кабелю RS-232, но и через Wi-Fi соединение, например, с помощью Wi-Fi удлинителя COM-порта. Такие устройства серийно выпускаются промышленностью и могут быть приобретены.
Портал имеет разборную конструкцию и легко может быть доставлен в зону проведения работ любым видом транспорта, например, в багажнике легкового автомобиля. Он функционирует автономно и в первые двое суток работы не требует дополнительного внешнего электропитания. Портал работает в автоматическом режиме и от дозиметриста требуется только дистанционное наблюдение за светодиодным индикатором. Такой Портал целесообразно применять в составе небольших мобильных групп первого реагирования, прибывающих на место аварии и первоочередной задачей которых является обследование персонала и населения, попавшего в зону радиационного воздействия.
Следует отметить, что данный Портал не является измерительным устройством и его использование не заменяет полноценного радиационного контроля персонала. Основная задача Портала – оперативное выявление людей с повышенным уровнем загрязнения; тех, кому необходима срочная дезактивация. Оперативное выявление нуждающихся в срочной помощи, является одной из первоочередных задач прибывшего к месту аварии АСФ.
Представленный Портал является примером одного из возможных способов оптимизации процесса проведения индивидуального радиационного контроля. Конструкция данного Портала была обусловлена наличием специфических комплектующих, имевшихся у автора на момент разработки. Данная работа является иллюстрацией, как подручные средства могут быть использованы для решения поставленной задачи и ни в коем случае не ограничивает полёт фантазии тех, кто на местах решает свои задачи.
- Портал обеспечивает контроль мощности дозы гамма-излучения и поверхностного загрязнения персонала и населения.
- Результаты измерений выводятся на компьютер дозиметриста по интерфейсу RS-232. Имеется возможность вывода результатов измерений на встроенный дисплей и сигнальный индикатор.
- Измерение производится шестью ткане-эквивалентными сцинтилляционными детекторами.
- Диапазон энергий регистрируемого гамма-излучения от 0,08 до 3,0 МэВ.
- Основная относительная погрешность определения мощности дозы 20%
- Относительная нестабильность показаний 5%.
- Электропитание Портала осуществляется от внешней промышленной сети напряжением 220 В. 50 Гц. или от встроенного аккумулятора 12 В. постоянного тока. Переключение автоматическое.
- Время непрерывной работы от встроенного аккумулятора составляет не менее 70 часов. При подаче внешнего питания производится автоматическая зарядка встроенного аккумулятора.
- Средняя наработка на отказ Портала не менее 1000 ч.
- Портал рассчитан на эксплуатацию как в помещении, так и на открытом воздухе с защитой от непосредственного воздействия осадков и солнечных лучей при температуре окружающей среды от -20 до +50 град.С.
Как показали натурные испытания, Портал эффективно реагирует на радиоактивное загрязнение внешней поверхности человека. Загрязнение моделировалось набором образцовых источников ОСГИ, создающих мощность дозы 1 мкЗв/ч на расстоянии 10 см. При испытаниях было установлено оптимальное время измерения 5 секунд и время нахождения человека в рамке Портала – 15 секунд. Передача данных с Портала на компьютер дозиметриста может проводиться не только по кабелю RS-232, но и через Wi-Fi соединение, например, с помощью Wi-Fi удлинителя COM-порта. Такие устройства серийно выпускаются промышленностью и могут быть приобретены.
Портал имеет разборную конструкцию и легко может быть доставлен в зону проведения работ любым видом транспорта, например, в багажнике легкового автомобиля. Он функционирует автономно и в первые двое суток работы не требует дополнительного внешнего электропитания. Портал работает в автоматическом режиме и от дозиметриста требуется только дистанционное наблюдение за светодиодным индикатором. Такой Портал целесообразно применять в составе небольших мобильных групп первого реагирования, прибывающих на место аварии и первоочередной задачей которых является обследование персонала и населения, попавшего в зону радиационного воздействия.
Следует отметить, что данный Портал не является измерительным устройством и его использование не заменяет полноценного радиационного контроля персонала. Основная задача Портала – оперативное выявление людей с повышенным уровнем загрязнения; тех, кому необходима срочная дезактивация. Оперативное выявление нуждающихся в срочной помощи, является одной из первоочередных задач прибывшего к месту аварии АСФ.
Представленный Портал является примером одного из возможных способов оптимизации процесса проведения индивидуального радиационного контроля. Конструкция данного Портала была обусловлена наличием специфических комплектующих, имевшихся у автора на момент разработки. Данная работа является иллюстрацией, как подручные средства могут быть использованы для решения поставленной задачи и ни в коем случае не ограничивает полёт фантазии тех, кто на местах решает свои задачи.
