Панорамный датчик с кодирующим коллиматором для обнаружения радиоактивных источников

По данным МАГАТЭ, в мире постепенно растет количество радиоактивных материалов, используемых различными отраслями науки и техники. Однако, из-за того, что радиоактивные материалы относятся к классу особо опасных веществ, любое халатное, неаккуратное или невежественное обращение с ними может привести к радиоактивному загрязнению местности. Ликвидация возникших очагов загрязнения требует точной локализации места излучения. При этом целесообразно минимальное участие человека при проведении таких работ, для чего необходимо создавать максимально автоматизированные системы радиационного мониторинга окружающей среды в широких диапазонах энергии регистрируемых частиц. При радиационном мониторинге ограниченных территорий или труднодоступных для человека мест необходимо уметь правильно определять пространственное распределение поля гамма-излучения и местоположение источников, создающих это поле.

Одной из важнейших технических задач в настоящее время является задача установления полного контроля над миграциями радиационных материалов. Поэтому требуются эффективные системы защиты ядерных материалов и установок от хищений и диверсий в целях обеспечения как нераспространения, так и радиационной безопасности.

Также, в нынешнее время особую важность имеет проблема предотвращения ядерного терроризма, возникающего при бесконтрольном распространении ядерных материалов.

Для решения этой проблемы требуется установление полного контроля над миграциями радиационных материалов. Поэтому необходимы эффективные системы защиты ядерных материалов от хищений и диверсий в целях обеспечения как нераспространения радиоактивных материалом, так и радиационной безопасности.

Для решения данных задач применяются детекторы ядерного излучения различных конфигураций, в состав которых входят: первичный регистратор фотонного излучения и системы сбора и обработки информации, работающая в режиме реального времени.

К их числу относится и панорамный датчик с кодирующим коллиматором, позволяющий определить направления на источник фотонного излучения (ИФИ). Наиболее эффективно данный детектор может быть использован для выявления ИФИ в узких замкнутых пространствах, где невозможно или затрудено перемещение детектора.

Целью работы является. Создание метода определения направления на источник фотонного излучения по данным, получаемым с панорамного датчика с кодирующим коллиматором.

Задачи работы.

• разработка конструкции макета панорамного датчика с кодирующим коллиматором, расчет параметров коллиматора и выбор первичного регистратора фотонного излучения;

• изготовление коллиматора с кодирующей апертурой;

• построение метода проведения измерений с помощью созданного детектора;

• разработка методов определения направления на источник по данным, полученным от панорамного датчика с кодирующим коллиматором;

• проверка работоспособности методов и макета детектора.

Научная новизна работы.

• конструкция панорамного датчика с кодирующим коллиматором для определения направления на источник фотонного излучения;

• алгоритм определения направления на источник фотонного излучения с использованием панорамного датчика с кодирующим коллиматором;

• метод определения направления на источник фотонного излучения по информации, получаемой от панорамного датчика с кодирующим коллиматором, основанный на свойстве матриц циркулянта;

• метод определения направления на источник фотонного излучения по информации, получаемой от панорамного датчика с кодирующим б коллиматором, построенный с использованием нейронной сети прямого распространения.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

• предложен способ построения кодирующего коллиматора для определения направления на источник фотонного излучения;

• создан макет панорамного датчика с кодирующим коллиматором для определения направления на источник фотонного излучения в физически ограниченных местах;

• разработано два метода определения направления на источник фотонного излучения с применением панорамного датчика с кодирующим коллиматором.

Автор выносит на защиту.

• конструкцию панорамного датчика с кодирующим коллиматором для определения направления на источник фотонного излучения;

• алгоритм определения направления на источник фотонного излучения с использованием панорамного датчика с кодирующим коллиматором;

• метод определения направления на источник фотонного излучения по информации, получаемой от панорамного датчика с кодирующим коллиматором, основанный на свойстве матриц циркулянта;

• метод определения направления на источник фотонного излучения по информации, получаемой от панорамного датчика с кодирующим коллиматором, построенный с использованием нейронной сети прямого распространения.

Апробация результатов работы.

Основные результаты диссертационной работы были доложены на научных сессиях МИФИ 2005 и 2007 годах, на 4-ой Курчатовской молодежной научной школе в 2006 году и опубликованы в журнале «Инженерная физика».

Общее число работ по теме диссертации 5. Одна работа опубликована в журнале «Инженерная физика» (в печати).

Личное участие автора:

• разработка и создание кодирующего коллиматора;

• построение алгоритма определения направления на источник фотонного излучения с использованием панорамного датчика с кодирующим коллиматором;

• разработка двух методов определения направления на источник фотонного излучения;

• проведение экспериментов, подтверждающих работоспособность предложенных методов и макета детектора.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Содержит 72 страницы, в том числе 38 рисунков и 8 таблиц.

Список литературы

включает 26 наименований.

Эти выводы подтверждаются следующими результатами.

1. Разработан и создан панорамный датчик с кодирующим коллиматором, который позволяет определять направление на источник фотонного излучения. Его конструкция позволяет существенно снизить влияние шумов (примерно в 4 раза) по сравнение со сканирующими детекторами.

2. В работе предложен алгоритм определения направления на источник фотонного излучения, с помощью которого можно легко локализовать источники излучений в физически ограниченных местах (шахтах, колодцах). При дальнейшем развитии этого алгоритма, и улучшений характеристик панорамного датчика с кодирующим коллиматором, можно будет говорить о возможности точного определения место положения, с указанием конкретного не только направлении, но и расстояния, и активности источника. Проверка работоспособности алгоритма проводилась на действующем макете панорамного датчика, и подтверждает такую возможность.

3. Разработан метод определения направления на источник фотонного излучения с применением классического математического метода (матриц циркулянта), основные свойства которых заложены в идею конструкции панорамного датчика с кодирующим коллиматором. Экспериментальные исследования по определению направления на источник показали хорошую работоспособность данного метода.

4. Разработан метод определения направления на источник фотонного излучения с применением двухслойной нейронной сети прямого распространения, который позволяет повысить качество выявляемое&tradeнаправление на источник. Так метод хорошо работает при отношении сигнал / шум 11:10, в то время как метод, основанный на матрице циркулянта работает при отношении 15:10.

5. В работе проведено сравнение работы двух разработанных методов определения направления на источник фотонного излучения. Видно, что метод, построенный с использование нейронной сети, дает белее качественные результаты по определению направления на источник фотонного излучения, чем метод, построенный с применением матриц циркулянта, о чем свидетельствуют проведенные экспериментальные исследования.

Заключение

.

Основной итог диссертационной работы заключается в разработке двух методов определения направления на источник фотонного изучения. Для достижения этого результата были физически обоснован и создан алгоритм определения направления на источник фотонного излучения с использованием панорамного датчика с кодирующим коллиматором, спроектирован и изготовлен макет панорамного датчика, проведен ряд исследований, подтверждающих работоспособность предложенного алгоритма и методов.