RU2732471C1 - Способ воздушной радиационной разведки радиоактивно загрязненной местности с лесным покровом - Google Patents

Способ воздушной радиационной разведки радиоактивно загрязненной местности с лесным покровом Download PDF

Info

Publication number
RU2732471C1
RU2732471C1 RU2019145177A RU2019145177A RU2732471C1 RU 2732471 C1 RU2732471 C1 RU 2732471C1 RU 2019145177 A RU2019145177 A RU 2019145177A RU 2019145177 A RU2019145177 A RU 2019145177A RU 2732471 C1 RU2732471 C1 RU 2732471C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
area
height
forest cover
forest
radioactively contaminated
Prior art date
Application number
RU2019145177A
Other languages
English (en)
Inventor
Дмитрий Андреевич Кожевников
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2019145177A priority Critical patent/RU2732471C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2732471C1 publication Critical patent/RU2732471C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области измерения интенсивности гамма-излучения над радиоактивно загрязненной местностью техническими средствами воздушной радиационной разведки. Сущность способа воздушной радиационной разведки радиоактивно загрязненной местности с лесным покровом заключается в том, что во время воздушной радиационной разведки радиоактивно загрязненной местности измерять радиовысотомером высоту насаждений лесного покрова в районе разведки и автоматически корректировать значения мощности дозы, приведенные к высоте 1 м над поверхностью земли, умножением на поправочный коэффициент, вычисляемый по определенной зависимости. Технический результат изобретения - повышение достоверности воздушной радиационной разведки местности, 1 табл., 3 ил.

Description

1 Область техники, к которой относится изобретение
Способ повышения достоверности воздушной радиационной разведки радиоактивно загрязненной местности с лесным покровом относится к области измерения интенсивности гамма-излучения над радиоактивно загрязненной местностью техническими средствами воздушной радиационной разведки.
2 Уровень техники
Известен способ коррекции измеренного значения мощности дозы, приведенного к уровню 1 м над поверхностью земли, посредством автоматического умножения этого значения на величину установленных вручную коэффициентов для учета вида подстилающей поверхности. Указанный способ реализован в авиационных измерителях мощности дозы типов ИМД-31 и ИМД-32. Выбираемые вручную виды подстилающей поверхности и соответствующие им корректирующие коэффициенты приведены в таблице [1-3].
Figure 00000001
Недостатком указанного способа является возможность учета лишь двух типов лесного покрова: с кроной и без кроны. Кроме этого при реализации данного способа отсутствует учет высоты лесного покрова и времени, прошедшего после начала формирования радиоактивного загрязнения местности. От указанных параметров зависит пространственное распределение радиоактивных выпадений в слое лесного покрова и на поверхности земли, что в свою очередь влияет на интенсивность гамма-излучения на высоте ведения разведки и на высоте 1 м над поверхностью земли.
По результатам расчета зависимости мощности дозы гамма-излучения от высоты измерения для различных периодов времени после начала формирования радиоактивного загрязнения местности установлено, что результаты воздушной радиационной разведки в районе с лесным покровом будут иметь погрешность в диапазоне от минус 78 до 2118%. Это означает, что величина мощности дозы на высоте 1 м от поверхности земли может быть занижена до 4 раз и завышена до 22 раз [4]. При этом способ-аналог позволит незначительно сократить погрешность до значений в диапазоне от минус 74 до 1271%. Поэтому осуществление радиационной разведки указанным способом может привести к существенному снижению достоверности.
Рассмотренный аналог выбран в качестве прототипа, так как обладает наибольшим сходством с предлагаемым способом.
3 Раскрытие сущности изобретения
В случае возникновения аварии на радиационно опасном объекте для достоверного и оперативного определения параметров радиоактивно загрязненной местности и различных объектов используют технические средства воздушной радиационной разведки местности. Их применение позволяет своевременно и целенаправленно привести в действие комплекс мероприятий по защите населения от воздействия ионизирующего излучения.
Методическая основа проведения измерения у существующих приборов воздушной радиационной разведки заключается в том, что для определения мощности дозы гамма-излучения в некоторой точке необходимо измерить мощность дозы над этой точкой на высоте полета летательного аппарата и умножить измеренную величину на величину кратности ослабления гамма-излучения слоем воздуха между высотой полета и исследуемой высотой. Величина кратности ослабления будет изменяться в соответствии с зависимостью мощности дозы над радиоактивно загрязненной местностью от высоты измерения. При этом на данную зависимость будет влиять лесной покров в районе разведки.
В начальный момент формирования радиоактивного следа на местности с лесным покровом значительная часть радиоактивных выпадений будет задерживаться в верхних слоях кроны деревьев, затем под действием ветра и атмосферных осадков плотность загрязнения будет смещаться вниз [4]. В результате этого пространственное распределение радиоактивных выпадений в районе с лесным покровом и без него будет значительно отличаться и, кроме этого, существенно изменяться в зависимости от времени, прошедшего после начала формирования радиоактивного загрязнения местности. От пространственного распределения радиоактивных выпадений зависит интенсивность гамма-излучения в каждой точке района разведки, в том числе на высоте ведения разведки и на высоте 1 м над поверхностью земли.
Поэтому отсутствие учета влияния лесного покрова может существенно снизить точность результатов воздушной радиационной разведки местности.
Предлагаемое изобретение осуществляют следующим образом. Во время радиационной разведки радиовысотомером измеряют высоту насаждений лесного покрова в районе разведки, вычисляют поправочный коэффициент по формуле
Figure 00000002
где HP - высота ведения разведки, м;
НЛ - высота лесного покрова, м;
tф - время, прошедшее после начала формирования радиоактивного загрязнения местности, ч.
Затем осуществляют радиационную разведку местности известными способами, измеряя мощность дозы гамма-излучения на выбранной высоте полета и пересчитывая измеренное значение к высоте 1 м умножением его на величину кратности ослабления гамма-излучения слоем воздуха между высотой полета и высотой 1 м над поверхностью земли [1-3]. После этого умножают полученное значение мощности дозы гамма-излучения на поправочный коэффициент К, вычисленный по предлагаемой формуле (1).
Зависимость (1) позволяет получить поправочный коэффициент, учитывающий влияние лесного покрова любого возможного типа и высоты при ведении разведки в период от 0,5 до 1000 часов после начала формирования радиоактивного загрязнения местности.
Предлагаемая формула (1) составлена на основе результатов аппроксимации зависимости мощности дозы гамма-излучения от высоты измерения для различных периодов времени после начала формирования радиоактивного загрязнения местности [4]. Изменение распределения плотности радиоактивных выпадений в слое лесного покрова и на поверхности земли представлено на фигуре 1.
Предел погрешности аппроксимации, в результате которой получена зависимость (1), определена методом вычисления наибольших отклонений аппроксимации от расчетных значений и составляет не более ±18%.
Технический результат изобретения - повышение достоверности воздушной радиационной разведки местности путем снижения погрешности, обусловленной влиянием лесного покрова в районе ведения разведки.
4 Краткое описание чертежей
На фигуре 1 показано изменение распределения плотности радиоактивных выпадений в слое лесного покрова и на поверхности земли для различных периодов времени после начала формирования радиоактивного загрязнения местности.
На фигуре 2 показана схема модели района разведки с лесным покровом в виде слоистой структуры, включающей:
- слой лесной кроны (1), имеющий толщину около 10 м;
- условно «пустой» слой (2), содержащий стволы деревьев;
- почвенный слой (3), имеющий небольшой разброс по высоте.
На схеме показан принцип измерения высоты лесного покрова с помощью радиовысотомера, установленного на летательном аппарате. Штрих-пунктирной линией показаны направления распространения излучаемого и принимаемого радиовысотомером сигнала.
На фигуре 3 показана временная диаграмма работы радиовысотомера с линейной частотной модуляцией. Верхний график показывает изменение частоты излучаемых (сплошная линия) и принимаемых (пунктирная линия) колебаний, имеющих среднюю частоту ƒ0, период модуляции ТМ и девиацию частоты W. Нижний график воспроизводит изменение разностной дальномерной частоты FD, называемой также частотой биений.
На фигурах 1-3 использованы следующие обозначения:
1 - слой кроны лесного покрова;
2 - слой стволов лесного покрова без кроны;
3 - слой поверхности земли;
Н - высота от поверхности земли;
НЛ - высота лесного покрова;
НС - расстояние от летательного аппарата до поверхности кроны лесного покрова;
НР - высота полета летательного аппарата;
AV, - объемная активность радиоактивных выпадений;
tф - период времени после начала формирования радиоактивного загрязнения местности;
t - время;
ƒ - частота излучаемых и принимаемых радиовысотомером колебаний;
ƒИ - частота излучаемых радиовысотомером колебаний;
ƒС - частота принимаемых радиовысотомером колебаний;
ƒ0 - средняя частота излучаемых радиовысотомером колебаний;
τD - время распространения сигнала радиовысотомера;
FD - частота биений, равная разнице между частотой излучаемых и принимаемых колебаний;
W - девиация частоты;
ТМ - период модуляции.
5 Осуществление изобретения
Летательный аппарат, осуществляющий радиационную разведку местности, радиовысотомером измеряет не только высоту полета, но и высоту лесного покрова в районе разведки. Измерение высоты лесного покрова достигается применением радиовысотомера с линейной частотной модуляцией.
Лес является сложной поверхностью для математического моделирования и представлен широким многообразием. С точки зрения влияния на распределение и миграцию радиоактивных выпадений можно выделить два основных типа растительности:
- первый тип оказывает существенное влияние и может привести к значительным погрешностям при радиационной разведке;
- второй тип не оказывает существенного влияния, может обусловить малые погрешности и не нуждается в специальном учете.
В начальный момент формирования радиоактивного следа на местности с лесным покровом первого типа значительная часть радиоактивных выпадений будет задерживаться в верхних слоях кроны деревьев, затем под действием ветра и атмосферных осадков плотность загрязнения будет смещаться вниз. В насаждениях второго типа, наоборот, будет задерживаться незначительная часть радиоактивных выпадений и благодаря редкой плотности насаждений и более сильному ветру достаточно быстро смещаться в почвенный слой. Поэтому необходимость учета влияния растительных насаждений второго типа отсутствует.
К первому типу отнесены лесные насаждения, однородные по плотности насаждений и высоте растительности, например, зрелый сосновый бор, ко второму - неоднородные и редкие по плотности насаждений, например, редкий степной лес, одиночные деревья.
Первый тип леса можно представить в виде слоистой структуры. Например, сосновый бор, который не имеет подлеска, средняя высота взрослой сосны составляет 30 м, а зеленая часть деревьев находится в пределах от 25 до 35 м от земной поверхности. Стволы деревьев имеют малую площадь относительно площади кроны, поэтому в рассматриваемой модели их можно не учитывать, почвенный слой однородный и равномерный. Таким образом, лес первого типа с достаточно хорошей точности смоделирован в виде нескольких слоев:
- почвенный слой, имеющий небольшой разброс по высоте;
- условно «пустой» слой, содержащий стволы деревьев;
- слой лесной кроны, имеющий толщину около 10 м.
Схема исходной модели района разведки с лесным покровом в виде слоистой структуры представлена на фигуре 2.
Применение линейной частотной модуляции излучаемого сигнала позволяет применять высотомер с непрерывным излучением, обеспечивающий высокую точность и разрешающую способность. Определение высоты частотным методом сводится к измерению разности частот излучаемых колебаний за время распространения сигнала до подстилающей отражающей поверхности и обратно. Слой лесной кроны обладает как отражающей, так и пропускной способностью, поэтому одна часть излучаемых сигналов будет отражаться от поверхности леса, вторая часть - от поверхности земли [5, 6].
Работу высотомера при постоянном уровне высоты поясняет временная диаграмма, представленная на фигуре 3. Верхний график показывает изменение частоты излучаемых (сплошная линия) и принимаемых (пунктирная линия) колебаний, имеющих среднюю частоту ƒ0, период модуляции ТМ и девиацию частоты W. Нижний график воспроизводит изменение разностной дальномерной частоты FD, называемой также частотой биений. Частота излучаемых колебаний ƒИ изменяется непрерывно по линейному закону со скоростью:
Figure 00000003
где YM - скорость изменения частоты излучаемых колебаний, Гц/с;
dƒИ - дифференциал частоты излучаемых колебаний, Гц;
dt - дифференциал времени, с;
W - девиация частоты, Гц;
ТМ - период модуляции, с,
Figure 00000004
где ƒИ - частота излучаемых колебаний, Гц;
ƒ0 - средняя частота излучаемых колебаний, Гц;
t - время, с.
Частота принимаемых колебаний ƒC аналогично изменяется непрерывно по линейному закону, но задержана на время распространения сигнала τD
Figure 00000005
где ƒC - частота принимаемых колебаний, Гц;
τD - время распространения сигнала, с;
НС- расстояние от летательного аппарата до поверхности кроны лесного покрова, м;
с - скорость света, равная 299704000 м/с.
Измеряя разность частот излучаемых и принимаемых колебаний, определим дальномерную частоту FD (частоту биений)
Figure 00000006
где FD - частота биений, Гц.
Выражение для (5) не учитывает провалы кривой FD(t) в зонах обращения при ƒИ≈ƒС, при учете которых частотомер зафиксирует среднюю частоту биений за период модуляции
Figure 00000007
где FC - средняя частота биений, Гц.
При выполнении условия τD<<ТМ зонами обращения можно пренебречь, средняя частота биений FC≈FD. Следовательно, при симметричной линейной частотной модуляции значение расстояния НС пропорционально частоте биений
Figure 00000008
Аналогично происходит измерение высоты полета летательного аппарата. Высота лесного покрова определяется как разность между высотой полета и расстоянием от летательного аппарата до поверхности кроны лесного покрова
Figure 00000009
Измерение высоты полета и высоты лесного покрова может происходить с помощью анализатора спектра сигнала биений.
Критерием автоматического использования поправочного коэффициента является показатель полноты по степени сомкнутости крон, определяемый как частное от деления площади проекции крон, образующих полог древостоя, на общую занимаемую им площадь. В случае наличия под летательным аппаратом лесного покрова (первого типа) с полнотой по степени сомкнутости кроны, больше 0,5, на графике спектра частоты биений радиовысотомера будут различимы два пика, один из которых соответствует расстоянию до земной поверхности, второй - до верхней части кроны деревьев. При этом будет произведен автоматический расчет высоты лесного покрова и поправочного коэффициента, а также осуществлено корректирование результатов радиационной разведки. В остальных случаях корректирование не потребуется, и на графике спектра частоты биений радиовысотомера второй пик будет отсутствовать.
Таким образом, осуществление предлагаемого способа позволит значительно повысить достоверность воздушной радиационной разведки местности путем снижения погрешности, обусловленной влиянием лесного покрова в районе ведения разведки. Реализация способа происходит автоматически и не требует выполнения дополнительных действий, а также не снижает остальные показатели разведки: оперативность и полноту.
Список литературы
1 Измеритель мощности дозы ИМД-31. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ЖШ1.289.183 РЭ [Текст]. - 132 с.
2 Измеритель мощности дозы ИМД-31-01. Руководство по технической эксплуатации. ЖШ1.289.183-01 РЭ [Текст]. - 1986. - 246 с.
3 Комплекс ИМД-32. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ЖШ1.289.459 ТО [Текст]. - М.: НИЦ СНИИП, 1997 - 85 с.
4 Кожевников, Д.А. Оценка влияния лесного покрова на результаты воздушной разведки радиоактивно загрязненной местности [Текст] / Д.А. Кожевников // Аппаратура и новости радиационных измерений / НПП «Доза» - М., 2017. - №4 (91). - С. 55-68.
5 Зубкович С.Г. Статистические характеристики радиосигналов, отраженных от земной поверхности [Текст]. - М.: Советское радио, 1968. - 224 с.
6 Смирнов Н.В. Исследования работы радиовысотомера с линейной частотной модуляцией над лесной поверхностью: Пояснительная записка магистра [Текст]. - Екатеринбург: УрФУ, Институт радиоэлектроники и информационных технологий, 2015 - 146 с.

Claims (5)

  1. Способ воздушной радиационной разведки радиоактивно загрязненной местности с лесным покровом, заключающийся в измерении мощности дозы гамма-излучения на выбранной высоте полета с последующим умножением измеренного значения на величину кратности ослабления гамма-излучения слоем воздуха между высотой полета и высотой 1 м над поверхностью земли, отличающийся измерением радиовысотомером высоты насаждений лесного покрова в районе разведки и автоматическим корректированием значения мощности дозы на высоте 1 м над поверхностью земли с помощью поправочного коэффициента, вычисляемого по формуле
  2. Figure 00000010
  3. где НР - высота ведения разведки, м;
  4. НЛ - высота лесного покрова, м;
  5. tф - время, прошедшее после начала формирования радиоактивного загрязнения местности, ч.
RU2019145177A 2019-12-25 2019-12-25 Способ воздушной радиационной разведки радиоактивно загрязненной местности с лесным покровом RU2732471C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019145177A RU2732471C1 (ru) 2019-12-25 2019-12-25 Способ воздушной радиационной разведки радиоактивно загрязненной местности с лесным покровом

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019145177A RU2732471C1 (ru) 2019-12-25 2019-12-25 Способ воздушной радиационной разведки радиоактивно загрязненной местности с лесным покровом

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2732471C1 true RU2732471C1 (ru) 2020-09-17

Family

ID=72516476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019145177A RU2732471C1 (ru) 2019-12-25 2019-12-25 Способ воздушной радиационной разведки радиоактивно загрязненной местности с лесным покровом

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2732471C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130068798A (ko) * 2011-12-16 2013-06-26 청주대학교 산학협력단 환경 방사선 변동감시 방법
RU2554618C1 (ru) * 2013-12-05 2015-06-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации Способ ведения воздушной радиационной разведки местности
RU2601774C1 (ru) * 2015-07-02 2016-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации Способ ведения воздушной радиационной разведки местности измерителем мощности дозы с одним детектором
CN107643537A (zh) * 2016-07-21 2018-01-30 环境保护部核与辐射安全中心 航空辐射监测方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130068798A (ko) * 2011-12-16 2013-06-26 청주대학교 산학협력단 환경 방사선 변동감시 방법
RU2554618C1 (ru) * 2013-12-05 2015-06-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации Способ ведения воздушной радиационной разведки местности
RU2601774C1 (ru) * 2015-07-02 2016-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации Способ ведения воздушной радиационной разведки местности измерителем мощности дозы с одним детектором
CN107643537A (zh) * 2016-07-21 2018-01-30 环境保护部核与辐射安全中心 航空辐射监测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nelson et al. Determining forest canopy characteristics using airborne laser data
Compton et al. Determination of planetary boundary layer height on short spatial and temporal scales: A demonstration of the covariance wavelet transform in ground-based wind profiler and lidar measurements
Jacoby-Koaly et al. Turbulent dissipation rate in the boundary layer via UHF wind profiler Doppler spectral width measurements
CN101915912B (zh) 一种全面的激光测高回波仿真方法
Misztal et al. Airborne flux measurements of biogenic isoprene over California
Liao et al. Physical evaluation of GPM DPR single-and dual-wavelength algorithms
RU2620333C1 (ru) Способ ведения воздушной радиационной разведки местности с использованием беспилотного летательного аппарата вертолетного типа
Osborn et al. SAGE II aerosol correlative observations: Profile measurements
Hindley et al. Stratospheric gravity waves over the mountainous island of South Georgia: testing a high-resolution dynamical model with 3-D satellite observations and radiosondes
RU2732471C1 (ru) Способ воздушной радиационной разведки радиоактивно загрязненной местности с лесным покровом
Nomura et al. Lidar observations of the mesospheric sodium layer at Syowa Station, Antarctica
Marichev et al. Optical aerosol model of the Western Siberian stratosphere based on lidar monitoring results
Sun et al. The performance of Aeolus in heterogeneous atmospheric conditions using high-resolution radiosonde data
Jones et al. Error analysis of airborne gamma radiation soil moisture measurements
Kim et al. Development of an airborne laser bathymeter
JP2020134316A (ja) 飛行体を用いた空間線量算出方法
Fleming et al. Integrated Noise Model (INM), version 5.1: technical manual
Vaughan et al. CALIPSO lidar calibration at 1064 nm: Version 4 algorithm
Torres et al. Properties of Mount Pinatubo aerosols as derived from Nimbus 7 total ozone mapping spectrometer measurements
RU2698499C1 (ru) Способ повышения достоверности воздушной радиационной разведки радиоактивно загрязненной местности
Fox et al. Measurements of stratospheric aerosols by airborne laser radar
Cudlip et al. Corrections for altimeter low-level processing at the Earth Observation Data Centre
Peck et al. Airborne soil moisture measurements for first international satellite land surface climatology program field experiment
Batista et al. Tidal associated temperature disturbances observed at the middle atmosphere (30–65 km) by a Rayleigh lidar at 23 S
Bell Evaluation of OCO-2 Small-Scale X CO2 Variability Using Lidar Retrievals from the ACT-America Flight Campaign