Корреляционно-экстремальный способ выявления радиационной обстановки

Изобретение относится к области ведения радиационной разведки местности, загрязненной продуктами деления ядерных материалов, а именно к оперативному определению возраста радиоактивных продуктов при выявлении радиационной обстановки. Сущность изобретения заключается в том, что определение возраста радиоактивных продуктов по данным измерений уровней радиации осуществляется за счет использования зависимости ослабления излучения слоем вещества (фильтра) от энергии ионизирующего излучения. Оптимальное определение возраста дает корреляционно-экстремальный алгоритм идентификации. В основу алгоритма положен анализ спектра, полученного по измерениям мощности дозы на радиоактивно загрязненной местности, на предмет подобия какому-либо из эталонных спектров. Технический результат - повышение оперативности выявления радиационной обстановки. 3 ил.

 

Изобретение относится к области ведения радиационной разведки (РР) местности, загрязненной продуктами деления ядерных материалов, а именно к разработке способа оперативного определения возраста радиоактивных продуктов при выявления радиационной обстановки (РО) по данным измерений уровней радиации.

Задачей РР является получение первичных исходных данных для оценки радиационной обстановки на радиоактивно загрязненной местности (РЗМ) с целью своевременного приведения в действие комплекса мероприятий по защите войск и населения от поражающего действия ионизирующего излучения (ИИ). Критерием выбора тех или иных мероприятий служит величина прогнозируемых дозовых нагрузок за определенный период времени пребывания на РЗМ. Интенсивность излучения на РЗМ сильно изменяется со временем и зависит от времени образования продуктов деления, что затрудняет определение дозы исходя из данных РР. Для выявления и оценки РО необходимо знать время образования или «возраст продуктов деления».

Известен способ определения возраста продуктов деления в процессе РР путем двукратного измерения мощности экспозиционной дозы в одной и той же точке на РЗМ через определенный интервал времени [1. Справочник по поражающему действию ядерного оружия. Часть вторая. М.: Воениздат, 1986, 176 с.]. Этот способ характеризуется низкими достоверностью и оперативностью и связан с дополнительным облучением персонала, ведущего разведку, так как для достижения значимых различий показаний измерителя мощности дозы (ИМД) интервал между измерениями должен быть достаточно большим.

Известна модификация способа определения возраста продуктов ядерного взрыва по двум измерениям путем отбора проб, взятых с РЗМ [2. Измеритель универсальный ИМД-12. Методические указания по проведению радиометрического анализа продовольствия, воды и фуража ЖШ1.287.958 ДМ, 1991 г.]. Этот способ также имеет низкие достоверность и оперативность, так как интервал времени между двумя измерениями должен быть не менее 6 часов без учета времени подготовки проб.

Известен пробоотборный спектрометрический способ определения возраста продуктов ядерного взрыва (ПЯВ) [3. Полевой бета-гамма-спектрометр (ПБ-ГС) ГО.2.86.00. Руководство по эксплуатации. Т71.570.050 РЭ]. Этот способ предполагает подготовку проб для анализа и определение нуклидного состава продуктов по их амплитудным энергетическим спектрам, что существенно увеличивает время ведения РР и оценки РО.

Целью изобретения является разработка способа оперативного определения возраста продуктов деления на РЗМ при ведении наземной РР местности, сущность которого состоит в следующем.

Мощность дозы гамма-излучения продуктов деления представляет сумму мощностей доз дискретных линий энергетического спектра гамма-излучения изменяющейся во времени смеси радионуклидов и, следовательно, энергетический спектр излучения в момент измерения зависит от возраста продуктов. Решение задач изобретения достигается за счет использования зависимости ослабления ИИ слоем вещества (фильтра) от энергии путем определения коэффициентов ослабления в отдельных энергетических интервалах полного спектра энергий ИИ продуктов деления, т.е. некоторого спектрального образа (см. фиг.1 и фиг.2) продуктов.

Спектр нормированных по полной мощности дозы энергетических составляющих или весовых коэффициентов определяют по данным измерений мощности дозы из условия различия фильтрации излучения набором из n-1 ослабляющих фильтров, поочередно размещаемых перед детектором излучения, путем решения системы n алгебраических уравнений относительно n неизвестных весовых коэффициентов:

где α_i - искомые значения весовых коэффициентов;

k_ni - коэффициент ослабления излучения i-й энергетической линии спектра n-м фильтром;

K₁, K₂, …, K_n - измеренные значения коэффициентов ослабления мощности дозы фильтрами (K₁=1, т.е. измерение без фильтра).

Эта система имеет единственное решение. В итоге определяется спектр продуктов деления по вкладам в мощность дозы энергетических составляющих излучения. Для каждого возраста продуктов деления существует характерный спектр весовых коэффициентов.

При наличии каталога эталонных спектров (базы данных) для продуктов деления различного возраста, полученных в стандартных условиях измерений или расчетным путем, задачу определения возраста сводят к анализу спектра, полученного по измерениям мощности дозы на РЗМ, на предмет подобия какому-либо из эталонных спектров.

Оптимальное определение возраста дает корреляционно-экстремальный алгоритм идентификации. В основу алгоритма положено представление измеренного прибором спектра весовых коэффициентов (нормированных мощностей доз) как последовательности случайных величин и базы эталонных спектров как ансамбля реализации таких последовательностей во времени, отсчитываемом от момента образования продуктов деления.

Коэффициенты корреляции измеренного спектра со спектрами базы данных рассчитывают по формуле:

где α_i, α_ij - дискретный элемент спектрального образа, полученного по данным измерений, и эталонного спектра соответственно;

m - число спектров в базе данных.

В итоге получают m-мерный вектор корреляции измеренного спектра с эталонными спектрами базы данных. Решение по идентификации принимают в пользу того эталонного спектра и, соответственно, возраста продуктов деления, для которого величина ρ_j максимальна.

В предложенном способе сочетание метода измерений спектра нормированных мощностей доз с использованием ослабляющих фильтров и корреляционно-экстремального анализа при определении возраста продуктов деления позволяет добиться максимальной оперативности выявления РО.

Существенной особенностью способа является возможность раздельной идентификации продуктов деления при наложении следов различного возраста. Мощность дозы на всех энергетических линиях зависит от активности соответствующих компонент, а коэффициент корреляции зависит только от соотношения активностей компонент продуктов деления одного возраста. Поэтому при идентификации смеси продуктов деления разного возраста из измеренного спектра вычитают эталонный спектр, идентифицированный по максимуму корреляции, и для полученного разностного спектра применяют корреляционно-экстремальную процедуру идентификации (см. фиг.3).

Необходимое для реализации заявленного «корреляционно-экстремального способа выявления радиационной обстановки» техническое устройство можно характеризовать как измеритель мощности дозы с набором сменных фильтров, экранирующих детектор излучения, имеющий в своем состава программируемое электронное вычислительное устройство (процессор) для цифровой обработки измерительной информации и энергонезависимое устройство для создания и хранения базы эталонных спектров.

В качестве прототипа технического устройства можно рассматривать выпускаемое промышленностью изделие «Бета-гамма-спектрометр полевой (БГСП)». В указанном прототипе реализован способ определения возраста ПЯВ путем отбора и последующего спектрометрического анализа проб с РЗМ. Для определения возраста на основе спектрометрической информации используется алгоритм выявления наиболее выражено меняющихся во времени участков энергетического спектра гамма-излучения радионуклидов по соотношению их интенсивностей в зависимости от возраста ПЯВ. Этот способ обладает низкой оперативностью, трудоемок и малопроизводителен, так как требует время на отбор проб, их доставку в лабораторию, на подготовку аналитического препарата и проведение самого спектрометрического анализа, следовательно, достаточно сложен для реализации в реальных условиях ведения PP.

Существенным отличием заявленного «корреляционно-экстремального способа выявления радиационной обстановки» от способа, заложенного в изделии БГСП, является то, что он не требует пробоотбора и определения нуклидного состава продуктов деления, что значительно сокращает время ведения РР и оценки РО.

Предложенный корреляционно-экстремальный способ может быть использован для решения задач радиационной разведки и оценки радиационной обстановки с применением технических средств, основанных на измерениях мощности дозы гамма-излучения.

Корреляционно-экстремальный способ выявления радиационной обстановки на местности, загрязненной радиоактивными продуктами деления ядерных материалов, основанный на измерениях дозовых характеристик полей ионизирующего излучения с последующим определением дозовых нагрузок за заданное время облучения по известному на момент измерений возрасту продуктов деления, отличающийся тем, что возраст продуктов деления определяют по максимальному коэффициенту корреляции спектра ослабления излучения, измеренного с использованием набора различных ослабляющих фильтров, с образцовыми спектрами ослабления базы данных для продуктов деления различного возраста.