EA008237B1 - Способ, устройство и система для временной маркировки объектов - Google Patents

Abstract

Настоящее изобретение относится к способу, устройству и системе (комплексу) для нанесения на объект (О) обнаруживаемой временной метки с заданным временем жизни, составляющим от минут до часов. Изобретение относится также к составу для покрытия, включающему в себя короткоживущий радиоактивный изотоп, и к использованию короткоживущего радиоактивного изотопа в качестве временной метки. Временную метку наносят на объект (О) с помощью состава (3) для покрытия, содержащего короткоживущий радионуклид с низким энергетическим уровнем, полученный по месту из более долгоживущего исходного изотопа. Устройство для маркировки содержит генератор (1) радионуклида, резервуар (2) для приготовления на месте радиоактивного состава для нанесения маркировки, а также головку (8) для струйной или подобной печати или напыления предпочтительно методом drop-on-demand. Маркировку предпочтительно детектируют и идентифицируют с помощью счетчика гамма-излучения. Объектом изобретения является также система для нанесения временной маркировки на объект (О) с использованием радиоактивного изотопа с заданным временем жизни, составляющим от нескольких минут до нескольких часов, в связи с проведением операции над маркированным объектом (О) впоследствии.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области маркировки (введения метки) и идентификации объектов. В особенности, изобретение относится к способу, устройству и системе для нанесения невидимой метки, которая сохраняется и обнаруживается только в определенное время.

Уровень техники

Маркировка объектов в целях их идентификации и установления подлинности известна в уровне техники, и для этой цели используют большое разнообразие физических эффектов. Известна, например, маркировка документов или товаров специальными маркировочными составами, содержащими, например, одно или различные люминесцентные соединения, светящиеся под действием УФ излучения. Метки такой маркировки остаются невидимыми невооруженным глазом и могут быть обнаружены только путем облучения метки УФ-лучами. Указанный вид маркировки, кроме того, обладает свойством долговременности, обеспечивая сохранение маркировки в течение всего срока службы соответствующим образом помеченной банкноты, паспорта, кредитной карты, товара с фабричным клеймом и т. п.

В некоторых случаях необходима временная маркировка документов или товаров, например в целях их опознания при проведении технологического процесса, при этом в первой стадии процесса на определенные объекты наносится опознавательная метка, и действие, в соответствии с указанным опознанием, выполняют на маркированных объектах на второй стадии процесса, причем указанную вторую стадию процесса выполняют позднее в другом месте. Метка, показывающая только что указанное действие необходимо выполнять (именно) на маркированном объекте, после осуществления этого действия, вообще говоря, должна быть удалена.

В самом простом случае маркировкой может быть обычная цветная метка или клеймо, и указанное удаление метки может быть осуществлено путем простой операции очистки. Существуют, однако, более сложные случаи применения, когда маркировка должна оставаться невидимой, когда она должна считываться с помощью вычислительной машины и когда, из-за невозможности удаления метки посредством очистки, она должна исчезнуть с объекта по истечение определенного промежутка времени.

Отмеченная выше техническая проблема требует, чтобы всё необходимое оборудование для регулирования времени удаления метки было бы размещено на месте. Регулирование времени удаления за счет химических процессов, полезно использующее подходящую химическую реакцию, протекающую под воздействием температуры, света, кислорода или влажности, не достаточно надежно, поскольку скорость химической реакции сильно зависит от температуры и от возможных каталитических влияний основы, на которую нанесена метка. Подобная аргументация имеет место и для временного регулирования, основанного на физическом испарении или диффузии химического соединения, используемого для маркировки. Процессы испарения и диффузии, подобно химическим реакциям, сильно зависят от окружающих условий и температуры. Кроме того, поскольку используемое для маркировки соединение в этих процессах реально не исчезает, возможным результатом будет взаимное загрязнение немаркированных объектов вследствие их контакта с маркированным объектом.

Невидимая маркировка, которая может быть обнаружена с помощью приборных средств и которая своевременно сама собой исчезает предсказуемым образом, до настоящего времени неизвестна.

В уровне техники описаны некоторые примеры использования радиоактивных изотопов для маркировки, например в патенте И8 3805067А Способ скрытой маркировки поверхности с использованием продуктов деления расщепления, в патенте И8 3959630А Удостоверение личности с радиоактивными изотопами, имеющими короткий период полураспада и в международной заявке \¥О 02/00440А2. Однако раскрытые в них сведения не касаются решения указанной технической проблемы. Цитируемые патентные документы описывают длительное и трудоемкое внедрение продуктов радиоактивного расщепления внутрь материала.

Раскрытие изобретения

Единственными абсолютными и независимыми от влияния внешних условий внутренними механизмами временного регулирования, известными в природе, являются часы атомного распада радиоактивных изотопов. Поэтому в соответствии с данным изобретением отмеченная выше техническая проблема решается путем маркировки объекта радиоактивным изотопом, имеющим короткий период полураспада.

В соответствии с настоящим изобретением способ временной маркировки объектов включает в себя стадию нанесения состава покрытия, который включает в себя подходящий радиоактивный короткоживущий изотоп. В контексте данного изобретения термин короткоживущий означает, что время полураспада радиоактивного изотопа составляет от одной минуты до одного дня, предпочтительно, оно находится в пределах от нескольких минут до нескольких часов. Предпочтительно выбирают такой радиоактивный изотоп (радионуклид), который имеет время полураспада, сопоставимое с периодом ожидания, необходимым при проведении вышеуказанного технологического процесса, между проведением операции маркировки и рабочей операции, в частности стадии идентификации, и этот период ожидания находится в пределах от нескольких минут до нескольких часов.

Состав для покрытия может также содержать, например, связующее вещество, обеспечивающее фиксацию радиоизотопа на маркируемом объекте с тем, чтобы избежать потери метки или взаимного

- 1 008237 загрязнения за счет контакта маркированных объектов с немаркированными. Вышеупомянутое связующее вещество может, предпочтительно, находиться в крайне малых количествах во избежании какоголибо видимого воздействия на метку.

Указанный изотоп, кроме того, выбирают таким образом, чтобы его присутствие можно было легко обнаружить на определенном расстоянии, предпочтительно благодаря гамма-излучению достаточной энергии, которое эмитируется в процессе радиоактивного распада этого изотопа. В случае изотопов, характеризующихся исключительно корпускулярным излучением, например излучением а- или β-частиц, которое в значительной степени поглощается воздухом или другим веществом, при всех практических внешних условиях трудно обеспечить надежную регистрацию с подходящей чувствительностью. Изотопы, эмитирующие β'-излучение, могут быть обнаружены посредством электрон-позитронного аннигиляционного γ-излучения с энергией 511 кэВ.

Время полураспада и наносимое количество изотопа выбирают такими, чтобы обеспечить надежную регистрацию излучения при требуемых рабочих условиях, используя современную аппаратуру систем обнаружения (детекторы). Надежное обнаружение означает, что величина сигнала, полученного детектором от метки, предпочтительно, по меньшей мере в пять стандартных (среднеквадратических) отклонений превышает фоновый сигнал.

События радиоактивного распада подчиняются статистическому распределению типа Пуассона, а именно, стандартное отклонение от измеренного числа таких событий равно корню квадратному из указанного числа событий. Примем В равным фону (количество одиночных импульсов, измеренных в соответствующий интервал времени Δ1) в отсутствии метки на объекте, 8 равным сигналу (количество одиночных импульсов, измеренных в соответствующий интервал времени Δ1) при наличии метки, а стандартное отклонение σ(8) = (8)^1/2. В этом случае указанное выше условие надежного обнаружения метки преобразуется в соотношение 8 > 5-(8)^1/2 + В. Если, например, принять фоновое значение В равным 10, то измеренная величина 8, равная 50, будет удовлетворять ряду условий надежного опознания.

Из сказанного выше легко заключить, что для целей маркировки будут достаточными очень низкие количества нанесенного радиоактивного изотопа. И по истечении трех периодов полураспада эта минимальная требуемая радиоактивность благополучно уменьшится ниже уровня фонового излучения. Радиоактивности изотопа, необходимые для маркировки, во всех случаях много ниже тех активностей, которые используют в случаях маркировки, производимой в медицинской радиографии.

Радиоактивный изотоп предпочтительно выбирают таким, чтобы обеспечить его растворение в наносимом составе. При этом возможность растворения изотопа является не только функцией природы химической группы, в которую он входит - при требуемых низких уровнях концентрации все являются растворимыми - но определяется, главным образом, химической природой исходного радиоактивного элемента, из которого получен этот изотоп.

С короткоживущими радиоактивными изотопами можно иметь дело на практике только в том случае, если их можно получать на месте в виде продуктов распада (дочерних изотопов) долгоживущего исходного (материнского) радиоактивного изотопа. В этом случае короткоживущий изотоп находится в вековом равновесии (т.е. вся совокупность элементов цепочки распада находится в равновесном состоянии) с исходным радиоактивным изотопом, а его величина радиоактивности и время полураспада определяются выбранным исходным изотопом. Дочерний изотоп, как только он выделяется из материнского изотопа, распадается в соответствии с его собственным более коротким временем существования.

Это предполагает, что материнский изотоп должен существовать в форме химического элемента, что позволяет легко отделить получаемый дочерний продукт от производящего его исходного изотопа. Известно лишь несколько изотопов, удовлетворяющих всем требуемым в данном случае условиям, из которых заслуживающими внимание являются: 1) кратковременный распад, сопровождающийся эмиссией γ-излучения, п) достаточно долгоживущий материнский изотоп и ш) химические свойства, которые позволяют легко отделять дочерний изотоп от материнского изотопа.

Одним из таких изотопов, широко изученным и используемым в медицинских целях, является технеций-99. Тс-99 является источником γ-излучения с энергией 142,68 кэВ и имеет период полураспада равный 6,01 ч. Этот изотоп характеризуется метастабильным энергетическим уровнем при β-распаде от молибдена-99 до технеция-99. Мо-99, в свою очередь, имеет период полураспада 66 ч (2,75 дня). Мо-99 является продуктом расщепления урана-235 в ядерных реакторах и в настоящее время легко извлекается из ядерного топлива, облученного в реакторах специальной конструкции. Кроме того, Мо-99 получают за счет облучения мишени из молибдена-98 высокоинтенсивным потоком нейтронов.

Генераторы технеция-99т, содержащие исходный изотоп Мо-99 в химической форме ионов молибдата, присоединенных к ионитовому фильтру, к гелю или к другой подобной основе для проведения хромотографии, поставляются на рынок радиационно-фармацевтическими компаниями. Тс-99 может быть выведен из этих генераторов путем простого вымывания в интервалах времени, соответствующих его накоплению за счет распада материнского изотопа молибдена-99. Полезный срок службы генератора

Тс-99т составляет, приблизительно, 5 периодов полураспада исходного изотопа Мо-99т, т.е., примерно, недели. По истечении этого периода генератор необходимо заменить на новый.

- 2 008237

В соответствии с настоящим изобретением изотоп Тс-99т, полученный из генератора такого типа, контролируемым образом подмешивают на месте в жидкость для печатания так, чтобы получить жидкость (раствор) с контролируемой радиоактивностью, приведенной в соответствии со стандартом.

Маркировку объекта, о котором идет речь, осуществляют путем нанесения на его поверхность определенного количества указанной жидкости для печатания. Это может быть произведено с помощью какого-либо известного в уровне техники метода, предпочтительно, с помощью методов струйной печати или распыления с дозированием краски, поскольку эти методы не требуют рециркуляции наносимого на внешнюю поверхность (радиоактивного) маркировочного состава. При этом приводы для подачи маркировочного состава в печатающую головку могут быть электромагнитного или пьезоэлектрического типа; маркировочный состав периодически подают, предпочтительно, через печатающую головку так, чтобы уровень его радиоактивности сохранялся бы постоянным и обеспечивался бы необходимый градиент давления во время операции печатания или маркировки.

Операция печатания, кроме того, может производиться или как простое нанесение метки или, в качестве альтернативы, путем проставления индекса, который может считываться подходящей радиационно-чувствительной аппаратурой обнаружения в период времени, равный времени существования используемого радиоизотопа. Операция печатания или нанесения метки может быть инициирована по поступлению соответствующего сигнала, предпочтительно, электрического сигнала.

Количества радиоактивного изотопа, которые необходимы для нанесения маркировки в соответствии с настоящим изобретением, столь малы, что проблема токсичности не является актуальной (существует лишь проблема, связанная с влиянием прямого излучения). Действительно, количество изотопных атомов, осажденных в метке, намного ниже предела чувствительности большинства известных аналитических приборов, а также намного ниже установленных уровней химической токсичности.

Общее количество радиоактивных атомов Ν, необходимых для маркировки, может быть вычислено по периоду полураспада ΐ_1/2 изотопа и желательной начальной абсолютной скорости распада 1₀ в соответствии с формулой: N = 1,44·Ι₀·ΐι_/2; предпочтительная абсолютная начальная скорость распада 1₀ ниже 1000 беккерелей (1000 распадов в секунду). При использовании изотопа с периодом полураспада 10 мин необходимо менее 1 миллиона атомов, что соответствует менее чем 1,6·10^-18 моля.

Способ маркировки согласно настоящему изобретению осуществим при использовании любого короткоживущего радиоактивного изотопа, который является прямым или косвенным дочерним изотопом и для которого известен способ химического отделения. В альтернативных примерах воплощения предлагаемого устройства для маркировки могут быть использованы нижеследующие изотопы.

Исходный (материнский) изотоп Ее-60 (с периодом полураспада 1,5 миллионов лет) генерирует в качестве изотопа для меток Со-90т (период полураспада 10,5 мин), производящий Со-90 (период полураспада 5,27 года), который распадается до стабильного N1-60 с величиной радиоактивности ниже уровня фона радиоактивности.

Материнский изотоп 8т-90 (период полураспада 28,79 лет) генерирует изотоп У-90т для меток (период полураспада 3,19 ч), производящий Υ-90 (период полураспада 64 ч), который, в свою очередь, распадается до стабильного изотопа Ζτ-90 при величине радиоактивности, составляющей 5% от первоначального уровня.

Материнский изотоп Ви-103 (период полураспада 39,26 дня) генерирует Ви-103т (период полураспада 29,8 с) в качестве изотопа для меток, который производит стабильный Ви-103.

Материнский изотоп Ви-106 (период полураспада 373,6 дня) генерирует Ви-106т в качестве изотопа для меток (период полураспада 131 мин), производящий Ви-106 (период полураспада 29,8 с), который тот час же распадается до стабильного Рб-106.

Материнский изотоп Сь-137 (период полураспада 30 лет) генерирует Ва-137т (период полураспада 2,55 мин) в качестве изотопа для меток, который производит стабильный Ва-137.

Материнский изотоп Се-144 (период полураспада 285 дней) генерирует Рг-144т (период полураспада 7,2 мин) в качестве изотопа для меток, производящего Рг-144 (период полураспада 17,28 мин), который распадается до стабильного N6-144.

Другим источником короткоживущей радиоактивности, который может быть использован в условиях настоящего изобретения, является торий-232 (период полураспада 1,4·10¹⁰ лет) или предпочтительно его первый прямой дочерний изотоп радий-228 (период полураспада 5,7 лет). На фиг. 1 показана схема распада радиоактивного ряда тория-232. Эффективным изотопом для меток является свинец-212 (период полураспада свинца-212 составляет 10,6 ч), который находится в состоянии векового равновесия с его более долгоживущими материнскими изотопами. Одним из элементов этой равновесной цепочки является газообразный радон-220 (торон, период полураспада 55,6 с), который можно использовать для отвода радиоактивности с помощью воздушного потока, протекающего от источника тория или радия соответственно, и ее передачи в состав для покрытия, где Вп-220 распадается до РЬ-212. Полученная таким путем за счет РЬ-212 радиоактивность состава покрытия полностью исчезнет, примерно, по истечение одной недели после выключения устройства.

- 3 008237

Еще одним источником подходящей радиоактивности является уран-235 (период полураспада 7,0·10⁸ лет) или одно из его дочерних ядер, предпочтительно актиний-227 (период полураспада 21,77 лет), который может быть использован как производитель свинца-211 (РЬ-211, с периодом полураспада 36,1 мин) - изотопа, подходящего для маркировки. Фиг. 1Ь иллюстрирует схему распада радиоактивного ряда урана-235. Элементом цепочки векового равновесия, соединяющей РЬ-211 с его более долгоживущими радиоактивными родительскими элементами, является газообразный радон-219 (с периодом полураспада, равным 3,9 с). Радон может быть извлечен из (изотопного) генератора с помощью воздушного потока и введен в состав для маркировки, где он распадается до РЬ-211. Конечный продукт распада РЬ211 является стабильным изотопом РЬ-207. Полученная таким путем радиоактивность состава для нанесения на поверхность, благодаря РЬ-211, будет полностью исчезать по истечении, примерно, 6 ч после выключения генерирующего устройства.

Узел с изотопным генератором управляется как единое модульное устройство, поставляемое, как таковое, из производимого изотопного оборудования; это означает, что пользователь не производит над этим устройством никаких манипуляций, помимо его использования в соответствии с техническими требованиями. Генераторы Тс-99т необходимо менять каждые две недели, в то время как генератор свинца212, получаемого из исходного радия-228, будет действовать в течение 30 лет, а генератор свинца-211 из исходного актиния-227, приблизительно 100 лет.

В соответствии с изобретением аппаратура, используемая для обнаружения меток, предпочтительно, представляет собой детектор (радиометр) γ-излучения в виде сцинтиллятора или детектора полупроводникового типа. В детекторах-сцинтилляторах γ-квант, производимый при радиоактивном распаде изотопа для маркировки, поглощается оптически прозрачным твердым телом, содержащим тяжелые атомы, (например, кристаллом из вещества, подобного Ыа1:Т1, С§1:Т1, ВСО (германат висмута), САО (вольфрамат кадмия) или РАО (вольфрамат свинца), производящим множество фотонов с низкой энергией в УФ-, видимой- или инфракрасной областях спектра излучения. При этом количество производимых фотонов более или менее пропорционально энергии исходного γ-кванта. Фотоны регистрируются затем с помощью фотоэлектронного умножителя, обеспечивающего выделение γ-лучей по их относительной энергии. Эти γ-лучи, энергия которых находится в пределах предварительно заданного интервала, считают испускаемыми маркирующим изотопом и их энергию суммируют.

Интересный тип детектора-сцинтиллятора описан, например, в патенте США № 4788436. В этом детекторе в качестве активной поглощающей среды для γ-лучей используют надлежащим образом легированные оптические волокна. Генерируемые фотоны летят в обоих направлениях по волокну, в котором они образовались, к установленным в торцах волокна фотоэлектронным умножителям, где соответствующие световые импульсы распознаются и суммируются. Оптические волокна эффективно обеспечивают легкий путь почти произвольной формы к интерфейсу для детектирования, который в результате может быть выполнен в виде окна или другого устройства известной конструкции. Оптические волокна, чувствительные к радиации, серийно производятся рядом поставщиков, например компанией МйкиЫδΐιί Е1ес1пс.

Еще один тип детекторов γ-излучения основан на непосредственной генерации носителя заряда за счет поглощения γ-излучения в подходящем полупроводниковом веществе, которым является, например, кремний, германий, Сб2иТе2 и другие полупроводники. Еще в одной конструкции детектора используют кремниевый фотодиод вместе с сцинтиллятором-кристаллом. Все эти типы детекторов γ-лучей известны специалистам в данной области техники и поставляются на коммерческий рынок различными производителями, например компанией МйкиЬщЫ Е1ес1пс, и поэтому нет необходимости в их дополнительном описании.

Настоящее изобретение включает в себя также систему (комплекс) для временной маркировки объекта и обнаружения указанной маркировки позднее, при осуществлении конкретного действия над указанным маркированным объектом. Система согласно данному изобретению включает в себя по меньшей мере один детектор для выявления на объекте временной метки. Устройство маркировки, предназначенное для нанесения временной метки, включает в себя генератор короткоживущих радионуклидов, первый резервуар с жидкостью для печатания, радиометр, блок управления и головку для печатания или нанесения меток. Устройство для маркировки приводится в действие при получении сигнала, например электрического сигнала. Детектор способен регистрировать гамма-излучение и производить сигнал, предпочтительно электрический сигнал, при обнаружении искомой временной метки. Указанный сигнал, например электрический сигнал, затем можно использовать для выполнения конкретного действия над маркированным объектов, например изъятие этого объекта из потока подобных объектов.

Предпочтительно устройство для маркировки и детектор локально отделены друг от друга. В предпочтительном примере воплощения маркирующее устройство, кроме того, содержит распределительный клапан и/или насос. Еще в одном примере воплощения устройство для маркировки может содержать второй резервуар хранения состава для нанесения покрытия, предпочтительно жидкости для печатания, в которую не входит какое-либо количество короткоживущих радиоактивных изотопов, т.е. которая не

- 4 008237 содержит изотопов. Этот резервуар используют для пополнения первого резервуара и поддерживания в первом резервуаре почти постоянного уровня жидкости.

При необходимости система (комплекс) может содержать большое количество независимых устройств для маркировки; она также, в случае необходимости, может содержать большое количество независимых детекторов. Кроме того, устройства маркировки и детекторы соответственно могут быть как одного и того же, так и различного типа, как для радионуклида, используемого в качестве метки, так и для оборудования, используемого в целях обнаружения метки. Помимо того, маркирующее устройство может быть связано с внешним детектором радиации для того, чтобы можно было проверить, правильно ли нанесена маркировка.

Другим аспектом изобретения является состав для нанесения покрытия, предпочтительно жидкость для струйной печати. Состав для покрытия отличается тем, что он содержит по меньшей мере один короткоживущий радиоактивный изотоп.

Состав для покрытия и, в особенности, для струйной печати содержит в качестве основного компонента жидкость, которая может быть простым растворителем, например вода, этиловый спирт, изопропанол, их смесь или какой-либо иной растворитель или смесь легко кипящих растворителей. Однако предпочтительно состав для покрытия включает в себя незначительное количество, т.е. менее 1 мас.%, добавок, предназначенных 1) для улучшения смачиваемости состава для покрытия на различных подложках, ίί) для фиксации метки на подложке, ίίί) для предотвращения вспенивания состава для покрытия в устройстве для маркировки. Добавки с целью ί) выбирают из классов анионных, катионных или нейтральных поверхностно-активных веществ; добавки с целью ίί) выбирают из классов водорастворимых, растворимых в растворителе, не взаимосцепляемых связующих, таких как крахмал, поливиниловый спирт, этилцеллюлоза, ацетилцеллюлоза, производные полиакрила и тому подобные добавки. Количество связующего вещества, включенного в маркировочный состав, не превышает 5% от общей массы состава покрытия. Предпочтительно связующее вещество используют при концентрации менее чем 2% и еще более предпочтительно с концентрацией менее 0,1 мас.%; добавки, используемые с целью ίίί), выбирают из класса противовспенивателей. В зависимости от применения может быть введено дополнительное количество добавок, таких как бактерициды, электролиты и тому подобные. Радиоактивные изотопы, включаемые в состав для покрытия, являются идентичными описанным выше изотопам.

Специалисты в данной области техники на основе приведенного здесь описания изобретения легко могут представить себе другие примеры воплощений данного изобретения, в которых используются другие радиоизотопы и/или другая аппаратура для детектирования и/или схемы устройства. Изобретение далее будет раскрыто с помощью фигур чертежей и описания типичного примера воплощения.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - а) природная цепочка распада Тй-232, Ь) природная цепочка распада И-235/Ас-227.

Фиг. 2 - схема воплощения с использованием генератора Тс-99т.

Фиг. 3 - схема воплощения с использованием генератора РЬ-212.

Фиг. 4 - схема, иллюстрирующая применение системы с маркировкой, соответствующей данному изобретению, которая содержит устройство для маркировки и пространственно отделенное от него автоматизированное устройство обнаружения (пропускное окно).

Осуществление изобретения

Согласно первому примеру воплощения устройства для маркировки объекта (О), показанному на фиг. 2, соответствующему настоящему изобретению, в качестве источника радиоактивного изотопа используют экранированный генератор Тс-99т (1). В дополнение к указанному источнику радиоактивного изотопа устройство для маркировки, кроме того, содержит резервуар (2) с бесцветной жидкостью (3) для печатания, циркуляционный насос (4), распределительный клапан (5), радиометр (6), блок управления (процессор) (7), а также головку (8) для печатания или нанесения меток с соответствующей регулирующей электронной аппаратурой (9). Жидкость (3) для печатания, находящаяся в резервуаре (2), которая типично служит основой краски для струйной печати, не содержащей ни красителей, ни пигментов, непрерывно циркулирует с помощью циркуляционного насоса (4). Часть указанной жидкости для печатания отводится посредством распределительного клапана (5) в генератор Тс-99т (1), где перед возвращением резервуар (2) она заряжается радиоактивностью изотопа Тс-99т. Общая радиоактивность жидкости для печатания в резервуаре (2), за счет введения в нее изотопа Тс-99т, непрерывно контролируется с помощью указанного радиометра (6) и указанного блока управления (7), который, в свою очередь, обеспечивает привод в действие распределительного клапана (5) так, чтобы результирующая радиоактивность жидкости (3) для печатания, содержащей изотоп Тс-99т, оставалась на заданном уровне. Все устройство размещено внутри подходящей радиационной защиты (10) таким образом, чтобы для обслуживающего персонала не создавалась опасность радиации. Общий объем радиоактивной жидкости (3) в устройстве, предпочтительно, поддерживают небольшим, и может быть обеспечен второй резервуар (11) с нерадиоактивной жидкостью, предназначенный для подпитки, в случае необходимости, резервуара (2) нерадиоактивной жидкостью (12) с помощью дозировочного насоса (13) и датчика уровня (14), которые оба управляются указанным процессором (7).

- 5 008237

После прекращения работы устройства для маркировки радиоактивность жидкости для печатания, содержащей Тс-99т, уменьшается в соответствии с периодом полураспада изотопа Тс-99т равным 6 ч, т.е. по истечении одного дня активность снижается примерно до 12,5% от первоначальной величины, до 1,5% после двух дней и до 0,2% по истечении трех дней. Это означает, что через несколько дней в аппаратуре больше нет заметной радиоактивности (за исключением размещенного внутри защиты генератора изотопа Тс-99т), так что эту аппаратуру можно свободно обслуживать и ремонтировать.

После распада Тс-99т в метке полученный изотоп Тс-99 является также радиоактивным, распадающимся до стабильного Ки-99 с периодом полураспада равным 210000 лет. Однако в применяемых количествах эта долговременная радиоактивность является абсолютно безопасной, и ее вклад, фактически, является пренебрежимо малым по сравнению с фоновой радиоактивностью, присутствующей во всех живущих существах, обусловленной природным радиоактивным изотопом К-40 (0,0117% природного калия; период полураспада 1,28·10⁹; источник β^-, β⁺ и γ-излучения); калий является необходимым элементом для жизни на Земле.

В соответствии со вторым примером воплощения и фиг. 3 устройство для маркировки объекта (О) согласно настоящему изобретению включает в себя генератор изотопа РЬ-212 как источник радиоактивного маркирующего изотопа, получаемого в результате распада Радия-228. Радий-228 помещен в сухой и экранированный контейнер (1) генератора, где радий-228 находится в вековом равновесии с его дочерним ядром, с газообразным радоном-220 (торон, период полураспада 55,6 с). Устройство для маркировки, кроме того, содержит резервуар (2) с бесцветной жидкостью (3) для печатания, нагнетатель (4) воздуха, циркуляционный насос (5), радиометр (6), блок управления (процессор) (7), а также головку (8) для печатания или нанесения меток с соответствующей регулирующей электронной аппаратурой (9). Жидкость (3) для печатания, находящуюся в резервуаре (2), которая является типично основой краски для струйной печати, не содержащей ни красителей, ни пигментов, непрерывно подают через головку (8) для печатания с помощью циркуляционного насоса (4). Регулируемый с помощью процессора (7) воздух, содержащий радон-220, отводят из контейнера генератора посредством нагнетателя (4) воздуха, и этот воздух барботирует через жидкость (3), проходя через граничный слой (Р), выполненный из пористого спеченного стекла. Общая радиоактивность жидкости для печатания в резервуаре (3), обусловленная наличием Ви-220 и дочерних изотопов, непрерывно контролируется с помощью радиометра (6) и указанного блока управления (7), который управляет функционированием нагнетателя (4) воздуха так, чтобы результирующая радиоактивность жидкости для печатания (3), обусловленная, главным образом, изотопом РЬ-212, оставалась на заданном уровне. Все устройство размещено внутри подходящей радиационной защиты (10), чтобы для обслуживающего персонала не создавалась радиационная опасность. Общий объем радиоактивной жидкости (3) в устройстве, предпочтительно, поддерживают небольшим, и может быть установлен второй резервуар (11) с нерадиоактивной жидкостью, предназначенный для подпитки, в случае необходимости, нерадиоактивной жидкостью (12) резервуара (2) с помощью дозировочного насоса (13) и датчика уровня (14), которые оба управляются указанным процессором (7).

Жидкость для печатания, по существу, содержит только короткоживущие изотопы, из всех которых РЬ-212 имеет самый большой период полураспада (10,6 ч). После выключения устройства для маркировки радиоактивность жидкости для печатания по истечении одного дня уменьшается, примерно, до 21% от первоначальной величины, до 4,3% после двух дней и до 0,9% по истечении трех дней. Это означает, что по истечении периода времени равного, примерно, неделе в аппаратуре больше нет заметной радиоактивности, за исключением генератора, размещенного внутри защиты, и поэтому эту аппаратуру можно свободно обслуживать и ремонтировать. Конечным продуктом распада РЬ-212 является стабильный РЬ208.

Система (комплекс) для маркировки и детектирования согласно данному изобретению в соответствии со схемой, представленной на фиг. 4, включающая в себя большое количество пунктов маркировки и один пункт обнаружения меток, выполнена следующим образом.

Секционированный коридор почтового отделения содержит ряд отсеков (Ь). Устройство (О) для маркировки в соответствии с изобретением (например, показанное на фиг. 2) установлено в каждом из отсеков (Ь), в тех точках, где объекты (О) принимают для взвешивания и отправки. При проведении операции взвешивания и инициировании включения при помощи электрического сигнала на нижнюю часть объекта (О) методом струйной печати может быть нанесена невидимая радиоактивная и быстро высыхающая метка. Команда на нанесение метки на выбранный объект (О) может быть при этом дана или с помощью ручного управления или она может быть произведена автоматически в результате установления выполнения определенных условий, таких как место назначения объекта. Непосредственно после проведения операции маркировки объект проходит через счетчик (С) γ-излучения, соединенный с устройством (Ό) для маркировки. Если счетчик (С) γ-излучения обнаруживает нанесенную метку, считается, что операция нанесения метки успешно завершена, и объект (О) транспортируют по ленточному конвейеру (В) в центральный приемный пункт (Р). Если счетчик (С) не обнаруживает маркировку в объекте с ожидаемой маркировкой, то передается предупреждение о нарушении или сбое, что позволяет обслуживающему персоналу коридора предпринимать необходимые меры.

- 6 008237

В центральном приемном пункте (Р) объект проходит через пропускное окно (С), оборудованное детектором-сцинтиллятором и соответствующей электроникой для обработки, способной различать и суммировать γ-излучение. Пропускное окно (С), кроме того, подключено к механическому приводному рабочему органу (А), предназначенному для отклонения, в случае необходимости, объектов (О) от основного конвейера (М), и их перевода в дополнительный конвейер (8). При обнаружении γ-излучения, соответствующего маркировке объекта (О), механический рабочий орган устанавливают в такое положение, чтобы он направлял маркированный объект (О) вместо основного конвейера (М) в дополнительный конвейер (8). Отделенные таким путем объекты транспортируют к пункту проверки (не показан), где их подвергают сканированию Х-лучами и/или другим походящим операциям детектирования и где, помимо того, их можно проверить с помощью ручного контроля, если это необходимо, перед тем как направить в пункт назначения. Не маркированные объекты, в свою очередь, проходят прямо по основному конвейеру (М) для загрузки на транспортное средство.

Специалисты в данной области техники могут представить себе, на основе вышеизложенного, много других вариантов способа маркировки, устройства для маркировки и системы маркировки и ее обнаружения.

Claims (16)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ временной маркировки объекта (О) в технологической цепочке, включающий в себя стадию нанесения на объект (О), с помощью устройства для маркировки состава (3) для покрытия, содержащего короткоживущий радиоактивный изотоп, при этом указанный короткоживущий радиоактивный изотоп производится на месте из более долгоживущего исходного радиоактивного изотопа и вводится в указанный состав (3) для покрытия в указанном устройстве для маркировки.
2. 2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что указанный короткоживущий радиоактивный изотоп имеет период полураспада, составляющий от одной минуты до одного дня.
3. 3. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что указанный короткоживущий радиоактивный изотоп является источником γ-излучения или в(+)-излучения.
4. 4. Способ по пп.1-3, характеризующийся тем, что указанный короткоживущий радиоактивный изотоп выбирают из группы изотопов, в которую входят Тс-99т, Со-60т, У-90т, Р11-1()3т. Кй-106т, Ва137т, Рг-144т, Рг-144, РЬ-212, РЬ-211.
5. 5. Способ по одному из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что покрывающий состав (3) наносят на указанный объект (О) путем струйной печати или посредством операции напыления.
6. 6. Способ по п.5, характеризующийся тем, что указанную струйную печать или напыление осуществляют методом распыления с дозированием краски.
7. 7. Способ по одному из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что состав (3) для покрытия содержит по меньшей мере одно связующее вещество.
8. 8. Способ по одному из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что нанесение состава (3) для покрытия осуществляют с помощью устройства для маркировки при поступлении определенного сигнала, предпочтительно электрического сигнала.
9. 9. Устройство для временной маркировки объекта (О) при проведении технологической последовательности операций, включающее генератор (1) короткоживущего радионуклида, первый резервуар (2) с жидкостью для печатания, циркуляционный насос (4) для непрерывной подачи жидкости через печатающую или маркирующую головку (8), распределительный клапан (5) для отвода части жидкости из резервуара (2) в генератор (1) с последующим возвратом ее в резервуар (2), радиометр (6) для контроля радиоактивности жидкости в резервуаре (2) и блок управления (7) для управления распределительным клапаном.
10. 10. Устройство по п.9, в котором генератор (1) радионуклида выполнен с возможностью вырабатывания радиоактивного изотопа, являющегося источником γ-излучения или в(+)-излучения, при этом указанный радиоактивный изотоп имеет период полураспада в интервале от одной минуты до одного дня.
11. 11. Устройство по п.10, в котором генератор (1) радионуклида выполнен с возможностью вырабатывания короткоживущего радиоактивного изотопа, выбранного из группы изотопов, включающей Тс99т, Со-60т, У-90т, Кй-103т, Кй-106т, Ва-137т, Рг-144т, Рг-144, РЬ-212 и РЬ-211.
12. 12. Устройство по любому одному из пп.9-11, в котором указанная печатающая или маркирующая головка (8) представляет собой головку для струйной печати, предпочтительно головку печати методом ΌΘΌ.
13. 13. Устройство по любому одному из пп.9-12, в котором указанное устройство, кроме того, содержит второй резервуар (11) с жидкостью для печатания и дозирующий насос (13), при этом жидкость для печатания не содержит радиоактивного изотопа.
14. 14. Система для временной маркировки объекта (О), производимой в технологической цепочке операций, содержащая:

    а) по меньшей мере одно устройство для временной маркировки объекта (О), предпочтительно устройство по одному из пп.9-13; и

    - 7 008237

    Ъ) по меньшей мере один детектор для обнаружения наличия временной метки на объекте (О), в которой указанное устройство для нанесения временной метки содержит генератор (1) короткоживущего радионуклида, первый резервуар (2) с жидкостью для печатания, циркуляционный насос (4) для непрерывной подачи жидкости через печатающую или маркирующую головку (8), распределительный клапан (5) для отвода части жидкости из резервуара (2) в генератор (1) с последующим возвратом ее в резервуар (2), радиометр (6) для контроля радиоактивности жидкости в резервуаре (2) и блок управления (7) для управления распределительным клапаном, в которой указанное устройство приводится в действие при поступлении сигнала, предпочтительно электрического сигнала, и в которой детектор выполнен с возможностью регистрации γ-излучения для выработки сигнала, предпочтительно электрического сигнала, при обнаружении временной метки.
15. 15. Способ временной маркировки и идентификации объекта (О), включающий в себя стадии нанесения состава (3) для покрытия на объект (О) с помощью устройства для маркировки, в котором состав (3) для покрытия включает в себя короткоживущий радиоактивный изотоп; и идентификацию временной метки с помощью детектора γ-излучения, эмитируемого короткоживущим радиоактивным изотопом; при этом указанный короткоживущий радиоактивный изотоп производят на месте из более долгоживущего радиоактивного исходного изотопа и добавляют в покрывающий состав (3) в указанное устройство для маркировки.
16. 16. Применение короткоживущего радиоактивного изотопа в составе для маркировки или нанесения покрытия, производимой с целью временной маркировки и идентификации объекта (О) при осуществлении технологической цепочки, при котором указанный короткоживущий радиоизотоп производят на месте из более долгоживущего исходного радиоактивного изотопа и добавляют в указанный состав (3) для покрытия в устройство для маркировки.