Бизнес

Яндекс.Метрика

Обучение операторов поиску радионуклидных аномалий с помощью пешеходной системы радиационного мониторинга территорий

Обучение операторов поиску радионуклидных аномалий с помощью пешеходной системы радиационного мониторинга территорий 

И.О. Веснибалоцкий, Н.В. Горин, Л.Л. Казанцев, А.В. Кузьмин, Ю.И. Чуриков, Р.И. Юсупов 
Федеральное государственное унитарное предприятие Российский Федеральный ядерный центр – Всероссийский НИИ технической физики имени академика Е.И. Забабахина
Россия, 456770, г. Снежинск, Челябинская обл., ул.Васильева, 13, n.gorin@vniitf.ru

Разработано программное обеспечение для обучения операторов поиску радионуклидных аномалий с помощью мобильной пешеходной системы радиационного мониторинга. Оно содержит методику моделирования виртуальных аномалий на электронной карте учебной территории, задание уровней загрязнения, распределение мощности эквивалентных доз и загрязняющих радионуклидов, алгоритм действий операторов при обучении и тренировках по поиску и идентификации. 

 Предлагаемый способ обучения предусматривает точно такие же действия оператора (дозиметриста, офицера МЧС или аварийно-технического центра, эколога) спешеходной системой мониторинга, как и при реальной радиационной разведке. Аппаратура  пешеходной системы имеет небольшие размеры и вес (рис.1), размещается в пылевлагозащитном рюкзаке и легко переносится одним оператором. Во время тренировки он держит в руках только планшетный компьютер, на экране которого отображается карта территории и текущая обстановка — мощность эквивалентной дозы (МЭД), спектр g-излучения, время работы, пройденный маршрут, набранная оператором доза. В состав аппаратуры входят:

  • Сцинтилляционный блок детектирования γ-квантов БДКГ-11М (АТОМТЕХ, Республика Беларусь) с кристаллом NaI (63×63).
  • Промышленный безвентиляторный компьютер с GPS датчиком и планшетный компьютер.
  • Аккумуляторы с адаптером зарядки. Время непрерывной работы аппаратуры не менее 12 часов.

Основные технические характеристики соответствуют данным предприятия-изготовителя блока детектирования:

  • Диапазон регистрируемой энергии   20 кэВ ... 3 МэВ
  • Диапазон измерений МЭД                  0.01 – 150 мкЗв/ч
  • Интегральная нелинейность               ±1%
  • Погрешность измерений МЭД           ± 20 %
  • Чувствительность к 137Cs                     1960 имп∙с-1/мкЗв∙ч-1
  • Относительное разрешение по 137Cs < 7.5%

Источник 137Cs активностью ~4 мКu идентифицируется системой мониторинга за 120 секунд с расстояния 25 м.

Эта аппаратура будет задействована при работах на радиационно-загрязненной территории и поэтому именно она используется при обучении на чистой местности. Способ обучения операторов поиску радионуклидных аномалий построен следующим образом:

Форма аномалии и мощность эквивалентной дозы задаются преподавателем, естественно, гипотетически на карте учебной территории, а не реально на местности. При вступлении оператора в область аномалии программное обеспечение начинает генерировать небольшие добавки к результатам фоновых измерений мощности дозы и спектра, по мере углубления в область аномалии добавки увеличиваются и создают у оператора иллюзию нахождения на загрязненной территории. Как только оператор покинет область аномалии, то генерация добавок прекращается и отображаются только результаты фоновых измерений. Оператор должен своевременно реагировать на изменение информации и обозначить границу между чистой и условно «загрязненной» территорией.

 Проведение занятий по моделированию и обнаружению виртуальной радиационной аномалии проводится в несколько этапов.

Этап 1. Выбирается электронная карта учебной территории размерами ~2×1,5 км и она вводится в память планшетного компьютера. Одна из карт представлена на рис.2 - окраина населенного пункта в сельской местности, несколько дорог, поля и небольшие лесные массивы, т.е. равнинная местность без оврагов, холмов и перепадов высот. На всей территории естественный радиационный фон (ЕРФ) ~0,1…0,15 мкЗв/ч, техногенных источников g-излучения нет. Прямая видимость между двумя любыми точки территории перекрывается только лесными массивами и населенным пунктом.

Этап 2. Преподаватель задает характеристики аномалии для тренировки:

Из имеющегося набора выбирает шаблон загрязнения, например в форме эллипса и размещает его на карте. На карте рис.2 эта область заштрихована. 

Задает загрязняющий нуклид (например, 137Cs) и  его распределение по поверхности, например, с равномерной плотностью 10 Ku/км2,при таком загрязнении МЭД внутри пятна составляет ~ (0,3 … 0,45 мкЗв/ч), т.е. примерно в 3 раза превышает ЕРФ, на внешней границе пятна будет в ~1,5 раза превышать ЕРФ. Область, для которой МЭД от пятна превышает 0,1 ЕРФ, обозначена на карте рис.2 эллипсом с пунктирной границей. При нахождении оператора за пределами этого эллипса на экран будут выводиться результаты фоновых измерений, внутри эллипса программное обеспечение будет генерировать добавки к результатам фоновых измерений мощности дозы и спектра.

На основании ранее проведенных расчетов задает области, при нахождении на которых можно «почувствовать» пятно загрязнения по результатам измерения спектра. На карте рис.2 границы некоторых таких областей показаны черным пунктиром. Преподаватель задает продолжительности измерений спектра в зависимости от расстояния до пятна загрязнения и если оператор выбирает достаточное время набора статистики либо находится достаточно долго в отмеченной области, то ПО генерирует соответствующие линии g-излучения в спектре. В противном случае этих линий не будет, т.к. аппаратура оператора «не почувствует» загрязнение.

Скрывает свои исходные данные и выдает тренировочную карту оператору (рис.3).

Ставит задачу на обучение в следующей формулировке: на карте учебной территории (рис.3) и, соответственно, на местности найти область, для которой мощность дозы заведомо превышает естественный радиационный фон, оконтурить ее границы, определить распределение МЭД и загрязняющие нуклиды и при этом минимизировать набираемую виртуальную дозу облучения.

Этап 3. Оператор выбирает маршрут обхода территории, например, параллельными галсами и начинает ее обследование. Расположение аномалии ему неизвестно, ему доступен только экран планшетного компьютера, где он видит свою карту учебной территории, свой маршрут движения и точки с результатами измерений. До тех пор, пока результаты измерений совпадают с фоновыми, точки измерений изображены синим цветом и оператор может не обращать особого внимания на измеренные величины. Цвет точки изменяется при вступлении на территорию, ограниченную на карте пунктиром.

 Этап 4. Неизбежно оператор вступит на аномалию, программа определит это по координатам GPS-датчика и  начнет генерировать добавки к результатам фоновых измерений мощности дозы и спектра, по мере углубления в область аномалии добавки будут возрастать, создавая у оператора иллюзию нахождения на загрязненной территории. Оператор вносит корректировки в маршрут и обследует  территорию вблизи «иллюзии загрязнения». В результате на учебной карте будет отображена картина, представленная на рис.3 и на  каждом горизонтальном отрезке маршрута показано несколько точек разного цвета – синие по краям и красные в центре, желтые между ними. По условиям тренировки оператор должен сделать вывод, что синие точки находятся на чистой территории, а красные – на загрязненной. Через крайние красные точки он должен провести огибающую линию (рис.4) – результат тренировочного занятия.

На заключительном этапе преподаватель подводит итоги тренировки, учитывая продолжительность поиска, погрешности оконтуривания, определения МЭД, идентификации радионуклидов и набранную при этом виртуальную дозу внешнего облучения.

 Естественно, что в реальных условиях аномалии не будут иметь формы простых геометрических фигур. Так, вполне вероятны несколько «радионуклидных лепестков» разной протяженности, выходящих из одного центра в разных направлениях и шаблоны таких аномалий предусмотрены. Поэтому оператор должен так планировать маршрут, чтобы не пропустить часть аномалии.

Таким образом, предложенный алгоритм поиска аномалии соответствует очевидным действиям оператора при радиационной разведке на загрязненной территории, а предложенная методика позволяет моделировать на электронной карте учебной местности радионуклидные аномалии и проводить тренировки операторов по их поиску на чистых территориях без облучения персонала.

Авторы считают своим приятным долгом поблагодарить специалистов РФЯЦ-ВНИИТФ И.С.Толмачева, И.О.Могиленских, К.Б.Домрачева, А.П.Мальцева, Н.П.Савину за помощь при создании системы мониторинга, Я.З.Кандиева с сотрудниками за расчеты g-полей и В.Л.Петрова с коллегами (УрФУ, г.Екатеринбург) за полезные консультации при выборе облика пешеходного комплекса.