Способ обнаружения радиационного загрязнения


 


Владельцы патента RU 2561305:

Общество с ограниченной ответственностью "ПламСпэйс" (ООО "ПламСпэйс") (RU)

Изобретение относится к дистанционным способам радиационных исследований и может быть использовано для выявления радиационных загрязнений поверхности Земли. Сущность: на основе анализа излучений в инфракрасном диапазоне частот 8-14 мкм создают карты распределения латентного тепла в атмосфере. Создают карты распределения оценочных поправок к химическому потенциалу паров воды в атмосфере на основе излучений, полученных в сантиметровом и миллиметровом диапазонах спектра. Сравнивают данные по аномалиям к фону латентного тепла и аномалиям к фону оценочных поправок к химическому потенциалу паров воды. Места совпадения аномальных зон по обеим картам выделяют как места радиационных загрязнений. Технический результат: повышение точности обнаружения мест локальных радиоактивных загрязнений. 3 з.п. ф-лы.

 

Назначение

Изобретение относится к экологии, а именно к методам дистанционного выявления радиационных загрязнений поверхности Земли с помощью летательных аппаратов.

Уровень техники

Существующие методы дистанционного мониторинга радиоактивных загрязнений делятся на прямые и косвенные. Первые регистрируют интенсивность и спектр ионизирующего излучения объекта, вторые основаны на регистрации изменений окружающей среды под действием излучения. Хотя прямые методы и получили широкое распространение, однако реально их пространственная разрешающая способность и чувствительность недостаточны и реально позволяют производить измерения с расстояния не более сотен метров. Кроме того, ряд видов излучений обладает малой проникающей способностью, и расстояние для измерений еще более сокращается. Выход состоит в использовании косвенных методов, позволяющих оценить уровень радиоактивного загрязнения по отклику окружающей среды на ионизирующее излучение, а именно - приземных слоев атмосферы, поверхности океана и Земли.

Согласно предварительным исследованиям ученых Роскосмоса и РАН (книга К.А. Боярчук, A.M. Гальпер, С.В. Колдашов, С.Е. Улин «Прикладная ядерная космофизика». МИФИ. Москва. 2007 г.) наиболее перспективными методами мониторинга радиоактивных загрязнений из космоса являются методы, описанные ниже.

Биоиндикация. Изменение цветности водоемов и растительного покрова может быть зарегистрировано с помощью спектрозональной съемки. Возможно картирование спектров флюоресценции в диапазоне длин волн 320-370 нм. Однако этот метод не дает однозначных результатов и требует наземной проверки.

Метод малых газовых составляющих. Быстрые ион-молекулярные реакции ионизированной атмосферы приводят к изменению концентрации ее основных малых газовых составляющих, регистрация которых возможна, например, с помощью метода газокорреляционной ИК-радиометрии и лидарных технологий. В качестве маркеров прежде всего могут быть использованы озон, гидроксил ОН, окислы азота NO и NO2. Измеренная концентрация этих молекул отчетливо характеризует величину поглощенной дозы (скорости ионизации). Однако этот метод обладает малой чувствительностью, а особенно при относительно невысоких уровнях загрязнения.

Ионосферный отклик. Ионизация атмосферы приводит к изменению основных электрических характеристик в цепи тропосфера-ионосфера. Эти возмущения могут быть зарегистрированы с помощью ионозонда, размещенного на борту космического аппарата. Недостатком метода являются погрешности, возникающие от космического излучения и солнечных вспышек.

Нейтральный кластер. Во влажной атмосфере при определенных условиях могут образовываться сложные химически активные структуры типа ион-радикалов. В результате ассоциации таких гидратированных ион-радикалов образуется нейтральный кластер. Ожидаемый диапазон излучения кластеров перекрывается диапазонами, в которых работают теле- и радиопередатчики 108-142 МГц, 148-173 МГц. Это радиоизлучение может быть зарегистрировано специальным бортовым радиоспектрометром. Однако это должен быть высокочувствительный сложный дорогой прибор.

Латентное тепло. Под воздействием ионизирующего излучения в приземном слое в зоне радиоактивного выброса может происходить локальное резкое падение влажности воздуха и повышение температуры. Это выделение тепла, называемое в литературе латентным, вызывается нагревом паров воды радиоактивным излучением. За прототип примем определение радиоактивных загрязнений по оценке выделения латентного тепла (книга «Прикладная ядерная космофизика», авторы: К.А. Боярчук, A.M. Гальпер, С.В. Колдашов, С.Е. Улин, МИФИ, Москва, 2007 г., с.49-51). Эти аномалии термодинамических характеристик могут наблюдаться со спутников. Можно регистрировать инфракрасное (ИК) излучение насыщенных паров воды с помощью сканирующих ИК-радиометров или использовать микроволновые сверхвысокочастотные (СВЧ) температурно-влажностные зондировщики. Эти приборы давно применяются на метеорологических космических аппаратах. Однако при регистрации ИК-излучения могут возникать ошибки, связанные с дополнительным теплом, создаваемым радиоактивным радоном, выделяющимся из земных недр и являющимся одним из предвестников землетрясений, а также с излучением от Солнца и космоса, отраженным от облаков в виде ИК-излучения. При регистрации СВЧ излучения паров воды микроволновым температурно-влажностным зондировщиком ошибки могут вноситься пылевыми аэрозолями, вносимыми в атмосферу.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение точности определения мест локальных радиоактивных загрязнений по методу определения латентного тепла путем использования разных частей спектра электромагнитных волн и исключения из рассмотрения факторов, влияющих на уровень латентного тепла и не связанных с радиоактивным загрязнением.

Раскрытие изобретения

Способ обнаружения радиационного загрязнения с помощью летательных аппаратов состоит в регистрации зон латентного тепла в приземном слое атмосферы. Основной процесс выделения скрытой теплоты испарения состоит в конденсации паров воды на ионах, образовавшихся после ионизации воздуха излучением радиоактивных загрязнений. В целях более точной и надежной регистрации этих загрязнений предлагается взаимное наложение карт указанных загрязнений, полученных в разных спектральных диапазонах. Для одной и той же местности, в одном масштабе, создают карты распределения латентного тепла в атмосфере, полученные на основе анализа излучений в инфракрасном диапазоне частот 8-14 мкм, и карты распределения оценочных поправок к химическому потенциалу паров воды в атмосфере, полученные в результате измерений температуры и влажности в ее приземном слое на основе анализа радиоизлучений в диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн. Затем сравнивают данные по аномалиям к фону латентного тепла и аномалиям к фону оценочных поправок к химическому потенциалу паров воды. Места совпадения аномальных зон по обеим картам постулируют как места радиационных загрязнений.

Для составления карт оценочных поправок к химическому потенциалу паров воды используют радиоизлучения в диапазонах частот 18,7; 23,8; 36,5; 91; 183,31 ГГц.

Наличие карт радиоактивной загрязненности, полученных в разных спектральных диапазонах, позволяет исключить влияние побочных процессов, не связанных с радиоактивным загрязнением. В частности, запыление атмосферы по-разному сказывается на измерениях в СВЧ-диапазоне и в ИК-диапазоне. Последовательное сопоставление карт, полученных в течение нескольких суток, позволяет исключить временные вариации, связанные с солнечной активностью и выбросом в атмосферу газа радона как предшественника землетрясений. Последнее связано с тем, что основной изотоп радона 222Ra имеет короткий период полураспада (3,8 суток) и, кроме того, облако радона может менять положение под действием ветра и диффузии.

В качестве интегрального индикатора латентного тепла для анализа радиоизлучений в диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн взята оценочная поправка химического потенциала как наиболее полная характеристика энергетического процесса.

Химический потенциал представляет собой усредненную по объему энергию связи молекулы воды в процессе гидратации. Увеличение энергии связи можно выразить в виде поправки химического потенциала, которая рассчитывается по формуле, содержащей лишь известные измеряемые величины: температуру и влажность воздуха.

Для последующего уточнения зон загрязнения можно использовать карты распределения оценочных поправок к химическому потенциалу паров воды, полученные из измерений на разных высотах над поверхностью земли с помощью СВЧ-радиометра, регистрирующего вертикальный профиль температуры и влажности атмосферы.

Осуществление изобретения

Способ обнаружения радиационного загрязнения с помощью летательных аппаратов состоит в регистрации зон латентного тепла в приземном слое атмосферы. Для его реализации создают карты распределения латентного тепла в атмосфере, полученные на основе анализа излучений в инфракрасном диапазоне частот 8-14 мкм. Для создания карт может использоваться ИК-радиометр того же типа, что работали на метеорологических космических аппаратах (КА) «Метеор». Затем, для той же местности, в том же масштабе, создают карты распределения оценочных поправок к химическому потенциалу паров воды в атмосфере, рассчитанные по излучениям, полученным в сантиметровом и миллиметровом диапазонах спектра. Абсолютная величина поправки к усредненному химическому потенциалу паров воды в атмосфере ΔU, измеряемая в электрон-вольтах, может оцениваться по формуле:

ΔU=5,8·10-10 (20·Tg+5463)2 ln (100/H),

где Tg - температура воздуха, °C, Н - относительная влажность в %.

Для создания этих карт может использоваться СВЧ-радиометр типа МТВЗА (модуль температурно-влажностного зондирования атмосферы), работавший на КА «Метеор-М» и функционировавший в диапазоне от 18 до 183 ГГц и содержавший 26 каналов.

Затем сравнивают данные по аномалиям к фону латентного тепла и аномалиям к фону оценочных поправок к химическому потенциалу паров воды. Места совпадения аномальных зон по обеим картам постулируют как места радиационных загрязнений. Для последующего уточнения зон загрязнения можно использовать карты распределения оценочных поправок к химическому потенциалу паров воды, полученные из измерений на разных высотах над поверхностью земли, так как СВЧ-радиометр типа МТВЗА дает возможность получать вертикальный профиль температуры и влажности атмосферы.

1. Способ обнаружения радиационного загрязнения, заключающийся в дистанционной регистрации зон латентного тепла в приземном слое атмосферы, вызываемым ее нагревом радиоактивным излучением, отличающийся тем, что в одном масштабе для одной и той же местности создают карты распределения латентного тепла в атмосфере, полученные на основе анализа излучений в инфракрасном диапазоне частот 8-14 мкм, и карты распределения оценочных поправок к химическому потенциалу паров воды в атмосфере, полученные в результате измерений температуры и влажности в ее приземном слое на основе анализа радиоизлучений в диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн, затем сравнивают данные по аномалиям к фону латентного тепла и аномалиям к фону оценочных поправок к химическому потенциалу паров воды, и места совпадения аномальных зон по обеим картам постулируют как места радиационных загрязнений.

2. Способ обнаружения радиационного загрязнения по п.1, отличающийся тем, что для составления карт оценочных поправок к химическому потенциалу паров воды используют радиоизлучения в диапазонах частот 18,7; 23,8; 36,5; 91; 183,31 ГГц.

3. Способ обнаружения радиационного загрязнения по п.1, отличающийся тем, что проводят сопоставление карт, полученных последовательно в течение нескольких суток.

4. Способ обнаружения радиационного загрязнения по п.1, отличающийся тем, что используют карты распределения оценочных поправок к химическому потенциалу паров воды в атмосфере, созданные для разных высот над поверхностью земли по данным вертикального профиля температуры и влажности, полученным от СВЧ-измерений.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано для определения океанографических характеристик и выявления их пространственного распределения. Сущность: система включает подспутниковые (судовые) и спутниковые средства измерений океанографических характеристик.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения вертикального профиля концентрации различных газов в атмосфере. Сущность: измеряют собственное излучение атмосферы и фона на некотором наборе частот в окрестности линии поглощения измеряемого газа.

Изобретение может быть использовано для определения океанографических характеристик и выявления их пространственного распределения. Сущность: система включает подспутниковые (судовые) и спутниковые средства измерений океанографических характеристик.

Изобретение относится к области воздушного радиационного мониторинга. Сущность: получают изображения участков в диапазоне видимых длин волн, а также в диапазоне длин волн флуоресценции атмосферного азота под воздействием ионизирующих излучений с помощью матричных фоточувствительных детекторов.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения высот изотерм в мощных конвективных облаках. Сущность: измеряют наименьшую радиационную температуру () теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, а также температуру воздуха у поверхности Земли, соответствующую этому же району.

Изобретение относится к экологическим системам сбора и обработки информации и может быть использовано для диагностики состояния атмосферы промышленного региона.

Изобретение относится к области построения доплеровских лидаров и лазерных доплеровских измерителей скорости, предназначенных для измерения скорости ветра и выявления турбулентных процессов в атмосфере.

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для контроля качества воздуха на объектах с искусственной средой обитания человека, например для контроля качества воздуха промышленных городов.

Изобретение относится к гидрохимии болот и может быть использовано для измерения фоновых концентраций веществ в болотных водах. Сущность: выделяют однородные участки болота на основе анализа глубин торфяной залежи и болотных фитоценозов.

Изобретение относится к устройствам цифровых вычислений и обработки данных в области техники предупреждения аварийных ситуаций. Технический результат заключается в расширении арсенала систем контроля безопасности объектов и в повышении надежности и расширении функциональных возможностей интегрированной системы мониторинга для предупреждения возможного возникновения нештатной (аварийной) ситуации, с использованием интегрированной оценки комплексной безопасности опасного производственного объекта (КОБО ОПО), формируемой программным путем.

Изобретение относится к области выявления радиационной обстановки на объектах атомной энергетики после аварийного выброса в атмосферу радиоактивных веществ. Способ ведения воздушной радиационной разведки местности в районе аварии на ядерном реакторе с разгерметизацией активной зоны заключается в измерении на высоте полета значений мощности дозы гамма-излучения и приведении полученных значений к высоте 1 м над поверхностью земли, при этом радиационная разведка осуществляется с борта летательного аппарата носимым измерителем мощности дозы со временем измерения не более 2 с, высота полета выдерживается до 150 м, скорость полета устанавливается не более 200 км/ч, при выполнении измерений мощности дозы снимаются показания высотомера, проводится расчет кратности ослабления гамма-излучения слоем воздуха по формуле K=2,019+0,027h-1+1,128×10-6h-3, показания измеренной мощности дозы умножаются на коэффициент K.

Изобретение относится к области воздушного радиационного мониторинга. Сущность: получают изображения участков в диапазоне видимых длин волн, а также в диапазоне длин волн флуоресценции атмосферного азота под воздействием ионизирующих излучений с помощью матричных фоточувствительных детекторов.

Изобретение относится к измерительной технике и преимущественно предназначено для исследования процессов, происходящих в среде океанов и других водоемов. Технический результат изобретения - повышение стабильности потенциала электрода и повышение надежности работы за счет устранения факторов, создающих шунтирование сопротивления изоляции между электролитическим контактом и электролитическим ключом электрода. Сущность: проточный вспомогательный электрод содержит заполненную электролитом камеру 7, в которой создается избыточное давление подпружиненной втулкой 9.

Изобретение относится к области радиоактивных измерений. Технический результат - повышение оперативности статистически обеспеченного детектирования вариаций радиоактивности природной среды с десятков тысяч секунд до единиц секунд, что повышает точность обнаружения и идентификации радиоактивных аномалий. Сущность: используют один или несколько идентичных независимых друг от друга спектрометрических детекторов гамма-излучения.

Изобретение относится к области экспериментальных методов ядерной физики, разработки методов и средств измерения радиоактивности в природных средах, обнаружения и идентификации аномальных гамма-зон. Технический результат - достижение требуемой полноты статистической информации о флуктуационных процессах в среде. Сущность: используют один или несколько идентичных независимых спектрометрических каналов гамма-излучения и регистрируют временной ряд интенсивности спектрального состава гамма-излучения среды за выбранный интервал времени.

Изобретение относится к области мониторинга радиационной обстановки и установления факта появления в атмосфере облака радиоактивных веществ. С помощью спектрорадиометра инфракрасного излучения определение присутствия в воздухе радиоактивных газов и аэрозолей осуществляется путем установления повышения в воздухе содержания озона, образующегося из кислорода под действием ионизирующих излучений радионуклидов.

Изобретение относится к медицинским системам визуализации. Система, генерирующая шаблон (70) карты коррекции ослабления (КО) для коррекции ослабления в радионуклидном изображении (34), вызванного деталями (72) оборудования в поле наблюдения радионуклидного сканера (14) во время радионуклидного сканирования, содержит процессор (20), который генерирует шаблон (70) карты КО детали (72) оборудования из данных (42) передачи, сгенерированных радиоактивным источником (16), расположенным на поворотной подставке, которая вращается вокруг детали оборудования, и полученных во время радионуклидного сканирования детали (72) оборудования; сохраняет шаблон (70) карты КО в память (22); и итерационно генерирует уникальный шаблон (70) карты КО для каждой из множества различных деталей (72) оборудования, причем шаблоны (70) хранятся в библиотеке (46) шаблонов в памяти (22) для повторного вызова и использования оператором.

Изобретение относится к устройству радиологической характеризации, содержащему, по меньшей мере, один коллимированный радиологический измерительный зонд (6), чувствительный конец которого помещен во взаимозаменяемый коллиматор (2) с полем обзора.

Изобретение относится к ядерной физике и может быть использовано для дистанционного измерения и анализа уровня радиационного загрязнения вокруг АЭС. Согласно способу с помощью радиометра получают изображения подстилающей поверхности в виде функции яркости I(х,у), содержащей контрольные площадки с известным уровнем радиации.

Изобретение относится к области выявления радиационной обстановки, а именно к способам поиска и обнаружения точечных источников гамма-излучения. .

Изобретение относится к метеорологическому приборостроению и может быть использовано для предупреждения экипажа воздушного суда (ВС) о слепящем воздействии низко расположенного над горизонтом солнца при посадке. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого система содержит датчик яркости фона 1, анализирующий блок 2 и информационный блок 3. При этом телесный угол приемного устройства датчика яркости фона 1 строго соответствует оптимальному сектору обзора командира воздушного судна при посадке 8; ориентация центральной оптической оси датчика яркости 1 строго соответствует направлению взгляда командира ВС на заключительном этапе снижения и посадки на обеспечиваемую взлетно-посадочную полосу (ВПП) 4 с заданным курсом; анализирующий блок 2 обеспечивает сопоставление значения измеренной яркости с верхним предельным значением яркости наблюдаемой поверхности при нормальной операторской деятельности; информационный блок 3 обеспечивает доведение до экипажей ВС и органов обслуживания воздушного движения информации об ограниченной до «нулевой» посадочной видимости в направлении посадочного курса вследствие слепящего воздействия солнца. 1 ил.
Наверх