PL213631B1 - Sposób wykrywania wybuchu jadrowego, detektor wybuchu jadrowego i pojazd silnikowy odporny na skutki wybuchu jadrowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykrywania wybuchu jądrowego, detektor wybuchu jądrowego i pojazd silnikowy odporny na skutki wybuchu jądrowego dzięki wykorzystaniu detektora wybuchu według wynalazku.

Zjawiska fizyczne towarzyszące wybuchowi jądrowemu mogą mieć destrukcyjny wpływ zarówno na organizmy żywe jak i na urządzenia techniczne, szczególnie elektroniczne. Skuteczna ochrona przed skutkami takiego wybuchu wymaga odpowiednio wczesnego wykrycia samego wybuchu, a następnie możliwie szybkiego uaktywnienia środków ochronnych. Znane są układy detekcyjne wykorzystujące towarzyszące wybuchowi: impuls elektromagnetyczny, impuls świetlny, promieniowanie neutronowe oraz impuls natychmiastowego promieniowania gamma (ang. prompt gammas). Przykład układu detekcji natychmiastowego promieniowania gamma ujawnia publikacja brytyjskiego zgłoszenia patentowego nr GB 2 136 648 A. Opisuje ona elektroniczny układ przerzutnika monostabilnego wyzwalanego promieniowaniem gamma i wyłączającego w ciągu pojedynczych mikrosekund zasilanie chronionego urządzenia elektronicznego. Układ ten zbudowany jest na tranzystorach bipolarnych i przełącza się po wykryciu określonego poziomu intensywności promieniowania gamma. W opisie patentu europejskiego nr 0 375 120 ujawniono detektor wybuchu jądrowego, który zabezpiecza urządzenie elektroniczne przed skutkami promieniowania oraz zawiera również przerzutnik monostabilny sterowany czujnikiem promieniowania gamma i wyzwalany po przekroczeniu progowej dawki promieniowania gamma. Dotychczas nie znane były układy detekcyjne natychmiastowego promieniowania gamma wykorzystujące pierwsze zbocze impulsu tego promieniowania.

Sposób według wynalazku polega na tym, że w przestrzeni narażonej na skutki wybuchu jądrowego umieszcza się przetwornik promieniowania gamma zamieniający promieniowanie gamma na prąd elektryczny, po czym w sposób ciągły konwertuje się sygnał prądowy uzyskany z przetwornika na sygnał napięciowy w stosunku 1 μΑ na 1 V. Następnie eliminuje się z uzyskanego sygnału napięciowego składowe o częstotliwościach mniejszych niż 1 kHz po czym porównuje się poddany takiej eliminacji sygnał napięciowy z nastawioną wartością progową i wykrywa przekroczenie tej nastawionej wartości progowej. W jednym z wariantów sposobu według wynalazku jako przetwornik promieniowania gamma stosuje sie fotodiodę krzemową ze scyntylatorem. W innym wariancie sposobu według wynalazku czułość przetwornika promieniowania gamma wynosi 1 μΑ prądu na 100 mG/h promieniowania. W kolejnym wariancie sposobu według wynalazku, w celu przetestowania toru detekcyjnego, na przetwornik promieniowania gamma kieruje się strumień promieniowania elektromagnetycznego o długości fali w zakresie od 670 nm do 1100 nm i natężeniu co najmniej 0,7 W/sr, po czym wykrywa się przekroczenie nastawionej wartości progowej przez poddany eliminacji sygnał napięciowy. Korzystnie testowy strumień promieniowania emitowany jest przez diodę luminescencyjną umieszczoną w pobliżu przetwornika promieniowania gamma.

Detektor według wynalazku zawiera czujnik promieniowania gamma połączony z wejściem elektronicznego układu detekcyjnego. Czujnikiem promieniowania gamma jest przetwornik promieniowania gamma na sygnał prądowy. Elektroniczny układ detekcyjny stanowią połączone szeregowo konwertor prądowo-napięciowy o współczynniku konwersji 1 μΑ /1 V, eliminator składowych sygnału o częstotliwościach mniejszych niż 1 kHz oraz komparator napięciowy. Z pierwszym wejściem komparatora napięciowego połączone jest wyjście eliminatora składowych sygnału, a z drugim wejściem komparatora napięciowego połączone jest źródło napięcia stabilizowanego o nastawnej wartości. W wariancie detektora według wynalazku przetwornik promieniowania gamma stanowi fotodioda krzemowa ze scyntylatorem. W innym wariancie detektora według wynalazku czułość przetwornika promieniowania gamma wynosi 1 μΑ prądu na 100 mG/h promieniowania.

Kolejny wariant detektora według wynalazku zawiera dodatkowo źródło promieniowa elektromagnetycznego o długości fali w zakresie od 670 nm do 1100 nm i natężeniu co najmniej 0,7 W/sr, skierowane na przetwornik promieniowania gamma. Źródłem tego promieniowania może być na przykład dioda Iuminescencyjna umieszczona w pobliżu przetwornika promieniowania gamma. Pojazd według wynalazku zawiera detektor wybuchu z ochronnymi układami wykonawczymi uruchamianymi po wykryciu wybuchu. Detektor wybuchu w takim pojeździe stanowi przetwornik promieniowania gamma na sygnał prądowy połączony z wejściem elektronicznego układu detekcyjnego. Elektroniczny układ detekcyjny pojazdu stanowią połączone szeregowo konwertor prądowo-napięciowy o współczynniku konwersji 1 μΑ /1 V, eliminator składowych sygnału o częstotliwościach mniejszych niż 1 kHz oraz komparator napięciowy. W układzie detekcyjnym z pierwszym wejściem komparatora napięcioPL 213 631 B1 wego połączone jest wyjście eliminatora składowych sygnału, a z drugim wejściem komparatora połączone jest źródło napięcia stabilizowanego o nastawnej wartości. Ochronne układy wykonawcze pojazdu stanowią układ wyłączania silnika i układ zamykania wlotów powietrza do tego pojazdu. W jednym z wariantów pojazdu według wynalazku przetwornik promieniowania gamma stanowi fotodioda krzemowa ze scyntylatorem. W innym wariancie pojazdu według wynalazku czułość przetwornika promieniowania gamma wynosi 1 μΑ prądu na 100 mG/h promieniowania. W kolejnym wariancie pojazdu według wynalazku detektor wybuchu zawiera dodatkowo źródło promieniowa elektromagnetycznego o długości fali w zakresie od 670 nm do 1100 nm i natężeniu co najmniej 0,7 W/sr, skierowane na przetwornik promieniowania gamma, przy czym źródłem tego promieniowania może być dioda Iuminescencyjna umieszczona w pobliżu przetwornika promieniowania gamma.

Wynalazek pozwala na ciągłe śledzenie poziomu promieniowania gamma i przetrwanie skutków wybuchu zarówno przez wyposażenie pojazdu jak i jego załogę, znajdujących się nawet w niewielkiej odległości od punktu zero. Pojazd według wynalazku pozwala na rozpoznawanie skażeń promieniotwórczych również w terenie o bardzo wysokim ich poziomie, przy zachowaniu zdolności do wykrycia kolejnego wybuchu i uruchomienia na czas ochronnych układów wykonawczych.

Wynalazek został przedstawiony schematycznie na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy przykładu realizacji detektora wybuchu, a fig. 2 przedstawia schemat blokowy pojazdu według wynalazku.

W przykładowej realizacji wynalazku przetwornikiem 1 promieniowania gamma 2 na sygnał prądowy jest fotodioda krzemowa D1 (typ S8193) z wbudowanym scyntylatorem, charakteryzująca się czułością 1 μΑ prądu na 100 mG/h promieniowania. Elektroniczny układ detekcyjny 3 stanowią połączone szeregowo konwertor prądowo-napięciowy o współczynniku konwersji 1 μΑ /1 V, eliminator składowych sygnału o częstotliwościach mniejszych niż 1 kHz oraz komparator napięciowy.

Konwerter prądowo-napięciowy zbudowany jest na wzmacniaczu operacyjnym U1 o bardzo dużej oporności wejściowej (powyżej 10¹¹Ω, na przykład typu TL072), który w pętli sprzężenia zwrotnego ma opornik R1 o oporności 1 ΜΩ. Eliminator składowych stałych i wolnozmiennych stanowi typowy filtr RC składający się z kondensatora C o pojemności 1nF i opornika R2 o oporności 10ΚΩ. Rolę komparatora napięciowego pełni drugi wzmacniacz operacyjny U1 (również typ L072), z którego pierwszym wejściem, poprzez opornik dopasowujący R3 o oporności 100kΩ, połączone jest wyjście wspomnianego filtra RC. Z drugim wejściem wzmacniacza U2 połączone jest źródło napięcia stabilizowanego, korzystnie o wartości 1 V. Wartość tego napięcia ustala próg zadziałania detektora wybuchu.

Aby umożliwić testowanie toru detekcyjnego bez użycia promieniowania gamma na fotodiodę skierowana jest podczerwona dioda Iuminescencyjna D2 sterowana układem testującym 4. Z diody D2 na żądanie emitowane jest promieniowanie podczerwone o natężeniu równym co najmniej 0,7 W/sr, wywołujące w fotodiodzie D1 sygnał prądowy o wielkości porównywalnej z sygnałem wywoływanym natychmiastowym promieniowaniem gamma 2 pochodzącym od wybuchu.

Opisany wyżej detektor można zastosować do ochrony pojazdu silnikowego 5, na przykład transportera opancerzonego. Detekcja wybuchu jądrowego powoduje, że na wyjściu wzmacniacza U2 formowany jest krótki impuls prostokątny o czasie trwania równym impulsowi promieniowania gamma. Impuls ten uruchamia system mikroprocesorowy 6 sterujący ochronnymi układami wykonawczymi, przykładowo układem 7 wyłączania silnika 8 napędowego pojazdu 5 i układem 9 zamykania wlotów powietrza 10 do pojazdu 5. W zależności od odległości od miejsca wybuchu system mikroprocesorowy może jedynie sygnalizować wykrycie wybuchu, pozostawiając załodze decyzję co do dalszego postępowania oraz generować sygnał ostrzegawczy przed impulsem świetlnym towarzyszącym wybuchowi, mogącym szkodliwie oddziaływać na wzrok załogi.

Oczywiście opisany wyżej i przedstawiony na poszczególnych figurach rysunku sposób realizacji wynalazku jest jedynie przykładowy i nie wyczerpuje jego istoty wyrażonej w zastrzeżeniach patentowych.

Claims (14)

1. Sposób wykrywania wybuchu jądrowego poprzez detekcję promieniowania gamma, znamienny tym, że w przestrzeni narażonej na skutki wybuchu jądrowego umieszcza się przetwornik (1) promieniowania gamma (2) zamieniający promieniowanie gamma na prąd elektryczny, po czym w sposób ciągły konwertuje się sygnał prądowy uzyskany z przetwornika na sygnał napięciowy w sto4

PL 213 631 B1 sunku 1 μΑ na 1 V, następnie eliminuje się z uzyskanego sygnału napięciowego składowe o częstotliwościach mniejszych niż 1 kHz po czym porównuje się poddany takiej eliminacji sygnał napięciowy z nastawioną wartością progową i wykrywa przekroczenie tej nastawionej wartości progowej.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako przetwornik (1) promieniowania gamma stosuje sie fotodiodę krzemową (D1) ze scyntylatorem.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że czułość przetwornika (1) promieniowania gamma wynosi 1 μΑ prądu na 100 mG/h promieniowania.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że w celu przetestowania toru detekcyjnego, na przetwornik (1) promieniowania gamma kieruje się strumień promieniowania elektromagnetycznego o długości fali w zakresie od 670 nm do 1100 nm i natężeniu co najmniej 0,7 W/sr, korzystnie emitowany przez diodę luminescencyjną (D2) umieszczoną w pobliżu przetwornika (1) promieniowania gamma, po czym wykrywa się przekroczenie nastawionej wartości progowej przez poddany eliminacji składowych sygnał napięciowy.

5. Detektor wybuchu jądrowego, z czujnikiem promieniowania gamma połączonym z wejściem elektronicznego układu detekcyjnego, znamienny tym, że czujnikiem promieniowania gamma jest przetwornik (1) promieniowania gamma na sygnał prądowy zaś elektroniczny układ detekcyjny (3) stanowią połączone szeregowo konwertor prądowo-napięciowy o współczynniku konwersji 1 μΑ /1 V, eliminator składowych sygnału o częstotliwościach mniejszych niż 1 kHz oraz komparator napięciowy, przy czym z pierwszym wejściem komparatora napięciowego połączone jest wyjście eliminatora składowych sygnału, a z drugim wejściem komparatora napięciowego połączone jest źródło napięcia stabilizowanego o nastawnej wartości.

6. Detektor według zastrz. 5, znamienny tym, przetwornik (1) promieniowania gamma stanowi fotodioda (D1) krzemowa ze scyntylatorom.

7. Detektor według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że czułość przetwornika (1) promieniowania gamma wynosi 1 μΑ prądu na 100 mG/h promieniowania.

8. Detektor według zastrz. 5 albo 6, albo 7, znamienny tym, że zawiera dodatkowo źródło (D2) promieniowa elektromagnetycznego o długości fali w zakresie od 670 nm do 1100 nm i natężeniu co najmniej 0,7 W/sr, skierowane na przetwornik (1) promieniowania gamma.

9. Detektor według zastrz. 8, znamienny tym, że źródłem promieniowania elektromagnetycznego jest dioda Iuminescencyjna (D2) umieszczona w pobliżu przetwornika (1) promieniowania gamma.

10. Pojazd silnikowy odporny na skutki wybuchu jądrowego, zawierający detektor wybuchu z ochronnymi układami wykonawczymi uruchamianymi po wykryciu wybuchu, znamienny tym, że detektor wybuchu stanowi przetwornik (1) promieniowania gamma na sygnał prądowy połączony z wejściem elektronicznego układu detekcyjnego (3), który stanowią połączone szeregowo konwertor prądowo-napięciowy o współczynniku konwersji 1 μΑ /1 V, eliminator składowych sygnału o częstotliwościach mniejszych niż 1 kHz oraz komparator napięciowy, przy czym z pierwszym wejściem komparatora napięciowego połączone jest wyjście eliminatora składowych sygnału, a z drugim wejściem komparatora połączone jest źródło napięcia stabilizowanego o nastawnej wartości, zaś ochronne układy wykonawcze stanowią układ (7) wyłączania silnika (8) pojazdu i układ (9) zamykania wlotów powietrza (10) do pojazdu (5).

11. Pojazd według zastrz. 10, znamienny tym, że przetwornik (1) promieniowania gamma stanowi fotodioda (D1) krzemowa ze scyntylatorem.

12. Pojazd według zastrz. 10 albo 11, znamienny tym, że czułość przetwornika (1) promieniowania gamma wynosi 1 μΑ prądu na 100 mG/h promieniowania.

13. Pojazd według zastrz. 10 albo 11 albo 12, znamienny tym, że detektor wybuchu zawiera dodatkowo źródło (D2) promieniowa elektromagnetycznego o długości fali w zakresie od 670 nm do 1100 nm i natężeniu co najmniej 0,7 W/sr, skierowane na przetwornik (1) promieniowania gamma.

14. Pojazd według zastrz. 13, znamienny tym, że źródłem promieniowania elektromagnetycznego jest dioda Iuminescencyjna (D2) umieszczona w pobliżu przetwornika (1) promieniowania gamma.