RU2777752C1 - Method for determining the size distribution of alpha-active impurities in an emergency discharge into the atmosphere - Google Patents
Method for determining the size distribution of alpha-active impurities in an emergency discharge into the atmosphere Download PDFInfo
- Publication number
- RU2777752C1 RU2777752C1 RU2021118766A RU2021118766A RU2777752C1 RU 2777752 C1 RU2777752 C1 RU 2777752C1 RU 2021118766 A RU2021118766 A RU 2021118766A RU 2021118766 A RU2021118766 A RU 2021118766A RU 2777752 C1 RU2777752 C1 RU 2777752C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alpha
- uav
- active
- dispersed composition
- active impurities
- Prior art date
Links
- 239000012535 impurity Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 67
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 50
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 35
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 25
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 claims description 23
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 17
- 230000002285 radioactive Effects 0.000 claims description 16
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 12
- 239000002965 rope Substances 0.000 claims description 10
- 210000001331 Nose Anatomy 0.000 claims 1
- 238000003904 radioactive pollution Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 10
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 8
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 8
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 8
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 235000010599 Verbascum thapsus Nutrition 0.000 description 3
- 229910052778 Plutonium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N plutonium Chemical compound [Pu] OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004805 robotic Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- OYEHPCDNVJXUIW-FTXFMUIASA-N 239Pu Chemical compound [239Pu] OYEHPCDNVJXUIW-FTXFMUIASA-N 0.000 description 1
- 102220453189 DYNLT4 V64S Human genes 0.000 description 1
- LXQXZNRPTYVCNG-YPZZEJLDSA-N americium-241 Chemical compound [241Am] LXQXZNRPTYVCNG-YPZZEJLDSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 1
- 239000009006 herbal formula AV-07 Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002789 length control Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M sodium iodide Inorganic materials [Na+].[I-] FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 235000009518 sodium iodide Nutrition 0.000 description 1
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LBDSXVIYZYSRII-IGMARMGPSA-N α-particle Chemical compound [4He+2] LBDSXVIYZYSRII-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области выявления радиационной обстановки, а именно повышения точности прогноза загрязнения местности диспергированными альфа-активными радионуклидами путем измерения дисперсного состава альфа-активных примесей, выброшенных в окружающую среду в результате техногенной аварии.The invention relates to the field of revealing the radiation situation, namely, increasing the accuracy of predicting the contamination of the area with dispersed alpha-active radionuclides by measuring the dispersed composition of alpha-active impurities released into the environment as a result of a man-made accident.
Уровень техникиState of the art
В современную систему технических средств ликвидации последствий аварий на радиационно опасных объектах входят мобильные робототехнические комплексы (МРТК), которые могут приводиться в состояние оперативной готовности при сопровождении работ с повышенной радиационной опасностью. В уравнение турбулентной диффузии в качестве исходного параметра входит скорость гравитационного оседания частиц радиоактивной примеси, для определения которой требуются данные о размерах и плотности частиц.The modern system of technical means for eliminating the consequences of accidents at radiation hazardous facilities includes mobile robotic complexes (MRTK), which can be brought to a state of operational readiness when accompanied by work with increased radiation hazard. The turbulent diffusion equation includes, as an initial parameter, the rate of gravitational settling of particles of a radioactive impurity, which requires data on the size and density of particles to determine.
Известны устройства, предназначенные для определения параметров дисперсного состава радиоактивного аэрозоля с помощью инерциальных разделителей дисперсной фазы аэрозолей, разделение частиц на размерные фракции в которых происходит при различных значениях линейных скоростей прокачиваемого через них воздушного потока. Оценочный анализ проводится по результатам измерений активности частиц разных размерных фракций. В Патенте США №4607165 (опубл. 19.08.1986) описан способ оперативного определения параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей однокаскадным импактором, который позволяет проводить измерения для одной выделенной в импакторе размерной фракции. В Патенте РФ №2339815 (МПК G01N 15/02; опубл. 10.11.2004) описан способ определения характеристик дисперсного состава с помощью многокаскадного импактора.Devices are known for determining the parameters of the dispersed composition of a radioactive aerosol using inertial separators of the dispersed phase of aerosols, the separation of particles into size fractions in which occurs at different values of the linear velocities of the air flow pumped through them. Evaluation analysis is carried out according to the results of measurements of the activity of particles of different size fractions. US Patent No. 4,607,165 (publ. 19.08.1986) describes a method for the operational determination of the parameters of the disperse composition of radioactive aerosols with a single-stage impactor, which allows measurements to be made for one size fraction isolated in the impactor. RF Patent No. 2339815 (MPK G01N 15/02; published on November 10, 2004) describes a method for determining the characteristics of a disperse composition using a multi-stage impactor.
Непосредственно альфа-активную частицу средней энергии можно зарегистрировать в воздухе на расстоянии не более 3-4 см. Известны методы оценки активности альфа-активных частиц по регистрации сопутствующего гамма-излучения. Известен способ аэрогамма-спектрометрической съемки окружающей среды в условиях техногенной аварии, сопровождающейся диспергированием плутония (Патент РФ №2269143; МПК G01T 1/167, G01T 1/202; опубл. 27.01.2006). Предлагаемый способ обеспечивает регистрацию низкоэнергетической части спектра фотонов при детектировании гамма-квантов сопутствующего гамма-излучения с борта летательного аппарата посредством установленного на борту детектора на кристаллах NaI (Т1). Известен блок детектирования гамма-излучения в составе беспилотных летательных аппаратов (БЛА) легкого класса (Патент РФ №2565335; МПК G01T 1/29, B64D 43/00; опубл. 20.10.2015), состоящий из двух счетчиков сцинтилляционных, контроллера с установленным модулем GPS, аккумуляторной батареи, при этом для связи между блоком детектирования и пультом дистанционного управления используется GSM-канал, образованный размещенным в блоке детектирования модулем GSM и установленным в пульте управления GSM-модемом, а сцинтилляторы выполнены в виде круглых прямых цилиндров с высотой больше диаметра основания, причем сцинтилляторы ориентированы основанием перпендикулярно направлению полета БЛА.Directly an alpha-active particle of average energy can be registered in the air at a distance of no more than 3-4 cm. Methods for assessing the activity of alpha-active particles by registering the accompanying gamma radiation are known. A known method of airborne gamma spectrometric survey of the environment in a man-made accident, accompanied by the dispersion of plutonium (RF Patent No. 2269143; IPC G01T 1/167, G01T 1/202; publ. 27.01.2006). The proposed method provides registration of the low-energy part of the photon spectrum when detecting gamma quanta of accompanying gamma radiation from an aircraft board by means of an NaI (T1) crystal detector installed on board. Known unit for detecting gamma radiation in the composition of unmanned aerial vehicles (UAVs) light class (RF Patent No. 2565335; IPC G01T 1/29, B64D 43/00; publ. 20.10.2015), consisting of two scintillation counters, a controller with an installed module GPS, battery, while for communication between the detection unit and the remote control, a GSM channel is used, formed by the GSM module placed in the detection unit and the GSM modem installed in the control panel, and the scintillators are made in the form of round straight cylinders with a height greater than the diameter of the base , and the scintillators are oriented with their base perpendicular to the UAV flight direction.
Также известны методы регистрации вторичных признаков наличия альфа-загрязнения. Известен оптико-электронный комплекс для ведения воздушной радиационной разведки местности дистанционным методом (Патент РФ №2489804; МПК H04N 5/00; опубл. 10.08.2013). Суть изобретения заключается в измерении плотности энергетической яркости флуоресценции в ультрафиолетовом диапазоне спектра, возникающей при ионизации атмосферного азота, и преобразовании получаемой информации в видимое изображение распределения уровней радиоактивного загрязнения на подстилающей поверхности. Известны устройства для дистанционного обнаружения источников альфа-излучения, действие которых основано на регистрации аэроионов, возникающих в воздухе на следах альфа-частиц. Известно аналогичное устройство, описанное в Патенте РФ №2503034 (МПК G01T 1/167; опубл. 27.12.2013), сущность которого заключается в том, что устройство для дистанционного обнаружения источников альфа-излучения содержит измерительный открытый на воздух детектор аэроионов, сопряженный с блоком переноса аэроионов и подключенный к источнику рабочего напряжения и к измерительному счетчику импульсов соответственно. Метод обеспечивает высокую селективность и возможность проведения измерений в условиях изменения температуры, давления и влажности атмосферного воздуха, на фоне сопутствующих излучений (бета и гамма). Небольшая масса детекторного модуля обеспечивает достаточную мобильность устройства [1]. Способ реализован в приборе «Альфа-А», разработанном в Национальном исследовательском ядерном университете «Московский инженерно-физический институт» (НИЯУ «МИФИ»), позволяющем на расстоянии до 0,5 м обнаружить наличие альфа-активных радионуклидов, при этом нижний порог измеряемой активности для точечного источника составляет 10 Бк. Точность локализации точечного источника альфа-излучения до 5 см [2].Methods for registering secondary signs of the presence of alpha contamination are also known. Known optical-electronic complex for conducting aerial radiation reconnaissance of the area by remote method (RF Patent No. 2489804; IPC
В [3] представлен макет мобильного инструментального комплекса «Альфа МИК» (НИЯУ «МИФИ») для дистанционного обнаружения альфа-радиоактивных загрязнений на неподготовленной местности в полевых условиях. Испытан алгоритм автоматического управления прибором, позволяющий учитывать изменение условий измерения. Разработан интерфейс для наглядного представления результатов измерений.In [3], a layout of the mobile instrumental complex "Alpha MIK" (NRNU "MEPhI") for remote detection of alpha-radioactive contamination in unprepared areas in the field is presented. An algorithm for automatic control of the device was tested, which allows taking into account changes in measurement conditions. An interface has been developed for visual presentation of measurement results.
АналогиAnalogues
Известны способы и устройства для отбора проб окружающей среды с борта БЛА с применением дистанционно управляемой лебедочной системы. Известна полезная модель «Дистанционный беспилотный летательный аппарат для отбора проб жидкости» (Патент РФ №81471; МПК В64С 39/02; опубл. 20.03.2008). На БЛА для отбора проб жидкости вертикального взлета и посадки, оснащенный блоком воспринимающих приборов, дополнительно установлена лебедка, управление которой осуществляется с пульта управления и наблюдения, установленного на земле, а свободный конец троса лебедки соединен с жидкостным пробоотборником. В полезной модели «Батометр для беспилотного летательного аппарата вертолетного типа» (Патент РФ №202933; МПК G01N 1/10; опубл. 15.03.2021) летательный аппарат запускается и после перемещения в зону отбора проб зависает на заданной высоте, и по команде оператора включается лебедочная система, которая опускает батометр на поверхность воды. Отобрав пробу, БЛА поднимает изделие из водоема для его транспортирования к месту нахождения оператора.Known methods and devices for sampling the environment from a UAV using a remotely controlled winch system. Known utility model "Remote unmanned aerial vehicle for fluid sampling" (RF Patent No. 81471; IPC V64S 39/02; publ. 20.03.2008). The VTOL liquid sampling UAV, equipped with a block of perceiving instruments, is additionally equipped with a winch, which is controlled from a control and observation panel installed on the ground, and the free end of the winch cable is connected to a liquid sampler. In the utility model "Bathometer for a helicopter-type unmanned aerial vehicle" (RF Patent No. 202933; IPC G01N 1/10; published on March 15, 2021), the aircraft starts up and, after moving to the sampling area, hangs at a predetermined height, and, at the command of the operator, turns on winch system that lowers the bathometer to the surface of the water. Having taken a sample, the UAV lifts the product from the reservoir for its transportation to the operator's location.
«Способ дистанционного определения концентрации радионуклидов в воздушном выбросе радиационно-опасных предприятий и устройство его осуществления» (Патент РФ №2299451; МПК G01T 1/167; опубл. 20.05.2007). Предложенное в способе устройство содержит устройство детектирования, которое размещено на легком летательном аппарате, несущем дополнительно дозиметр поглощенной в воздухе дозы гамма-излучения и блок бесконтактной дистанционной передачи информации, анализатор спектра размещен на наземном средстве передвижения, снабженном блоком приема измерительной информации, причем летательный аппарат и наземное средство передвижения снабжены блоками определения координат и приемо-передающими блоками управления полетом летательного аппарата, а блок бесконтактной дистанционной передачи информации соединен с выходами амплитудно-цифрового преобразователя и дозиметра. Данное устройство реализует соответствующий способ дистанционного определения концентрации радионуклидов в воздушном выбросе. Способ дистанционного определения концентрации радионуклидов в воздушном выбросе радиационно-опасных предприятий включает определение пространственного положения факела выброса сканированием воздушного пространства в поперечном распространению факела направлении, выполняя измерения мощности поглощенной в воздухе дозы гамма-излучения, фиксируют спектрометрическое устройство детектирования и устройство детектирования мощности поглощенной в воздухе дозы гамма-излучения непосредственно в факеле выброса, дополнительно к измерению состава гамма-излучения от факела выброса измеряют мощность поглощенной в воздухе дозы гамма-излучения, парциальные концентрации радионуклидов в факеле определяют расчетным методом."Method for remote determination of the concentration of radionuclides in the air release of radiation hazardous enterprises and the device for its implementation" (RF Patent No. 2299451; IPC G01T 1/167; publ. 05/20/2007). The device proposed in the method contains a detection device, which is placed on a light aircraft, which additionally carries a dosimeter of the dose of gamma radiation absorbed in the air and a contactless remote information transmission unit, the spectrum analyzer is placed on a ground vehicle equipped with a measurement information receiving unit, and the aircraft and the ground vehicle is equipped with units for determining the coordinates and receiving-transmitting units for controlling the flight of the aircraft, and the unit for contactless remote transmission of information is connected to the outputs of the amplitude-to-digital converter and the dosimeter. This device implements an appropriate method for remote determination of the concentration of radionuclides in an air release. A method for remotely determining the concentration of radionuclides in the air release of radiation-hazardous enterprises includes determining the spatial position of the emission torch by scanning the air space in the transverse direction of the torch, measuring the rate of the dose of gamma radiation absorbed in the air, fixing the spectrometric detection device and the device for detecting the rate of the dose absorbed in the air gamma radiation directly in the plume, in addition to measuring the composition of gamma radiation from the plume, the rate of gamma radiation dose absorbed in air is measured, partial concentrations of radionuclides in the plume are determined by the calculation method.
Способ не предусматривает определение дисперсного состава факела выброса.The method does not provide for the determination of the dispersed composition of the torch.
«Система для измерения по гамма-излучению загрязненности окружающей среды, вызванной радиоактивным выбросом радиационно-опасных предприятий» (Патент РФ №2596183; МПК G01T 1/169; опубл. 27.08.2016). Система предназначена для измерения по гамма-излучению загрязненности окружающей среды, вызванной радиоактивным выбросом радиационно-опасных предприятий, содержащая гамма-спектрометрическую установку, частично размещенную на БЛА и включающую в свой состав последовательно соединенные спектрометрический блок детектирования, блок усиления и блок амплитудно-цифрового преобразования, выход которого через блок бесконтактной передачи измерительной информации связан с анализатором спектра, размещенном на наземном комплексе обработки и управления измерительной информацией и снабженном блоком бесконтактного приема измерительной информации, а также лазерный высотомер, обеспечивающий измерение высоты сканирования подстилающей поверхности, причем БЛА и наземный комплекс обработки и управления измерительной информацией снабжены блоками определения координат летательного аппарата и приемо-передающими блоками управления полетом летательного аппарата, устройство автоматического пробоотбора, включающее в свой состав размещенные на БЛА воздуходувку с расходомером газо-аэрозольной смеси, лентопротяжный механизм фильтрующей ленты, расположенной над воздуходувкой и над спектрометрическим блоком детектирования, приемно-передающие блоки бесконтактного управления устройством автоматического пробоотбора, а также размещенные на наземном комплексе обработки и управления измерительной информацией первый таймер, второй таймер и одновибратор, причем выход первого таймера подключен ко входу одновибратора, выход которого связан со входом второго таймера, при этом выходы первого таймера, второго таймера и одновибратора подключены через приемно-передающие блоки бесконтактного управления устройством автоматического пробоотбора к управляющим входам воздуходувки, блока аналого-цифрового преобразователя и электродвигателя, а вал электродвигателя конструктивно связан с подающей бобиной лентопротяжного механизма. Наземный комплекс обработки и управления измерительной информацией выполнен стационарным и размещен в радиационно-безопасной зоне."System for measuring by gamma radiation environmental pollution caused by radioactive release of radiation-hazardous enterprises" (RF Patent No. 2596183; IPC G01T 1/169; publ. 27.08.2016). The system is designed to measure by gamma radiation the environmental pollution caused by the radioactive release of radiation-hazardous enterprises, containing a gamma spectrometric installation, partially located on the UAV and including a series-connected spectrometric detection unit, an amplification unit and an amplitude-digital conversion unit, the output of which is connected through a block of non-contact transmission of measurement information to a spectrum analyzer located on the ground complex for processing and controlling measurement information and equipped with a block for contactless reception of measurement information, as well as a laser altimeter that provides measurement of the scanning height of the underlying surface, moreover, the UAV and the ground complex for processing and control measuring information are equipped with units for determining the coordinates of the aircraft and transceiver units for controlling the flight of the aircraft, an automatic sampling device, including the blower with a gas-aerosol mixture flow meter, the belt drive mechanism of the filter tape located above the blower and above the spectrometric detection unit, the receiving-transmitting blocks for non-contact control of the automatic sampling device, as well as the first a timer, a second timer and a one-shot, the output of the first timer is connected to the input of the one-shot, the output of which is connected to the input of the second timer, while the outputs of the first timer, the second timer and the one-shot are connected through the receiving-transmitting blocks of contactless control of the automatic sampling device to the control inputs of the blower, an analog-to-digital converter unit and an electric motor, and the electric motor shaft is structurally connected to the feed reel of the tape drive mechanism. The ground complex for processing and managing measurement information is made stationary and located in a radiation-safe zone.
Система не позволяет получить информацию о дисперсном составе альфа-активной примеси, поступившей в атмосферу в результате техногенной аварии в режиме реального времени.The system does not provide real-time information on the dispersed composition of the alpha-active impurity released into the atmosphere as a result of a man-made accident.
ПрототипPrototype
Наиболее близким аналогом способа определения параметров дисперсного состава альфа-активных аэрозолей в атмосфере является способ, описанный в Патенте РФ №2676557 (МПК G01N 15/02; опубл. 04.23.2018). Способ включает разделение аэрозольных частиц, содержащихся в анализируемом газовом потоке, на размерные фракции путем прокачки газового потока через однокаскадный инерционный разделитель при различных величинах расхода, осаждение аэрозольных частиц на фильтр, измерение альфа-активности осажденных на фильтре аэрозольных частиц для каждой выделенной размерной фракции в течение равных промежутков времени, обработку результатов измерений и определение параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей на основании обработанных результатов измерений, разделение аэрозольных частиц по меньшей мере на четыре размерные фракции путем последовательного пошагового изменения расхода прокачиваемого через однокаскадный инерционный разделитель газового потока, при каждом фиксированном значении расхода газового потока, количество которых равно по меньшей мере четырем, аэрозольные частицы осаждают на фильтр, расположенный в камере детектирования, в которую подают газовый поток с выхода однокаскадного инерционного разделителя, измерение альфа-активности осажденных на фильтре аэрозольных частиц с помощью альфа-спектрометра, детектор которого установлен в камере детектирования, для размерных фракций, выделенных при фиксированных значениях расхода газового потока, установление зависимости измеренных значений альфа-активности от размера аэрозольных частиц путем последовательного сравнения величин альфа-активности на каждом шаге измерений с величиной активности на предыдущем шаге измерений при предыдущем значении расхода газового потока, на основании полученной зависимости определяют параметры дисперсного состава радиоактивного аэрозоля. Способ позволяет осуществлять оперативный контроль параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей, содержащих альфа-активные радионуклиды, непосредственно на месте отбора проб, в том числе в полевых условиях.The closest analogue of the method for determining the parameters of the dispersed composition of alpha-active aerosols in the atmosphere is the method described in RF Patent No. 2676557 (IPC G01N 15/02; publ. 04.23.2018). The method includes separating aerosol particles contained in the analyzed gas flow into size fractions by pumping the gas flow through a single-stage inertial separator at various flow rates, depositing aerosol particles on a filter, measuring the alpha activity of aerosol particles deposited on the filter for each selected size fraction during equal time intervals, processing the measurement results and determining the parameters of the dispersed composition of radioactive aerosols based on the processed measurement results, separating aerosol particles into at least four size fractions by successive stepwise changes in the flow rate of the gas flow pumped through a single-stage inertial separator, at each fixed value of the gas flow rate , the number of which is at least four, aerosol particles are deposited on a filter located in the detection chamber, into which a gas flow is supplied from the outlet in a single-stage th inertial separator, measuring the alpha activity of aerosol particles deposited on the filter using an alpha spectrometer, the detector of which is installed in the detection chamber, for size fractions isolated at fixed gas flow rates, establishing the dependence of the measured values of alpha activity on the size of aerosol particles by sequential comparison of the alpha activity values at each measurement step with the activity value at the previous measurement step at the previous value of the gas flow rate, based on the obtained dependence, the parameters of the disperse composition of the radioactive aerosol are determined. The method allows real-time monitoring of the parameters of the dispersed composition of radioactive aerosols containing alpha-active radionuclides directly at the sampling site, including in the field.
Способ не предусматривает эксплуатацию прибора в составе летательных аппаратов.The method does not provide for the operation of the device as part of aircraft.
Техническая проблема - повышение точности прогноза загрязнения местности альфа-активными радионуклидами. Проблема решается путем измерения дисперсного состава альфа-активной примеси, поступившей в атмосферу в результате техногенной аварии, беспилотным летательным аппаратом.The technical problem is to improve the accuracy of forecasting the contamination of the area with alpha-active radionuclides. The problem is solved by measuring the disperse composition of the alpha-active impurity that entered the atmosphere as a result of a man-made accident by an unmanned aerial vehicle.
Технический результат заключается в повышении точности прогноза радиоактивного загрязнения местности в результате техногенной аварии.The technical result is to increase the accuracy of the forecast of radioactive contamination of the area as a result of a man-made accident.
Способ достижения технического результатаMethod for achieving a technical result
Указанный технический результат достигается тем, что по направлению движения облака радиоактивных примесей, возникшего в результате техногенной аварии, направляют БЛА с воздушным комплексом определения дисперсного состава альфа- активных примесей в аварийном выбросе; местоположение облака альфа-активной примеси устанавливают по результатам аэрогамма-спектрометрической съемки и сигналам дистанционного индикатора альфа-загрязнения окружающей среды; малогабаритной дистанционно-управляемой лебедочной системой опускают в облако альфа-активной примеси однокаскадный анализатор дисперсного состава альфа-активных примесей, который осуществляет разделение альфа-активной примеси на не менее чем четыре размерные фракции путем последовательного пошагового изменения расхода прокачиваемого автономной воздуходувкой воздушного потока; после каждого цикла прокачки проводят измерения активности альфа-спектрометрическим детектором и результаты измерений передают по проводному каналу в блок дистанционной передачи информации и приема управляющих сигналов от наземного комплекса управления и обработки измерительной информации БЛА, который по беспроводному каналу связи передает их на анализатор спектра, размещенный на наземном комплексе обработки и управления измерительной информацией, где посредством программного обеспечения определяют параметры дисперсного состава по известным методикам.The specified technical result is achieved by the fact that in the direction of movement of the cloud of radioactive impurities that arose as a result of a man-made accident, a UAV with an air complex for determining the dispersed composition of alpha-active impurities in an emergency release is sent; the location of the cloud of alpha-active impurity is determined by the results of airborne gamma spectrometric survey and signals from a remote indicator of alpha pollution of the environment; a small-sized remote-controlled winch system lowers into the alpha-active impurity cloud a single-stage analyzer of the dispersed composition of alpha-active impurities, which separates the alpha-active impurity into at least four dimensional fractions by successive step-by-step changes in the flow rate of the air flow pumped by the autonomous blower; after each pumping cycle, activity is measured with an alpha-spectrometric detector and the measurement results are transmitted via a wire channel to the unit for remote transmission of information and receiving control signals from the UAV ground control and measurement information processing complex, which transmits them via a wireless communication channel to a spectrum analyzer located on a ground-based complex for processing and managing measurement information, where the parameters of the disperse composition are determined by means of software according to known methods.
Сущность способа поясняется схемами, изображенными на фиг.1-3.The essence of the method is illustrated by the diagrams shown in Fig.1-3.
На фиг.1 представлен технический комплекс определения дисперсного состава альфа-активных примесей в аварийном выбросе в атмосферу на базе МРТК. В состав технического комплекса входит воздушный комплекс определения дисперсного состава альфа-активных примесей в аварийном выбросе в атмосферу и наземный комплекс управления и обработки измерительной информации. На фиг.1 обозначено: 1 - БЛА, 2 - гамма-спектрометрический блок, 3 - малогабаритная дистанционно управляемая лебедочная система, 4 - анализатор дисперсного состава альфа-активных примесей, 5 - дистанционный индикатор альфа-активных частиц, 6 - блок дистанционной передачи информации и приема управляющих сигналов от наземного комплекса управления и обработки измерительной информации; 7 - блок передачи управляющих сигналов и приема измерительной информации; 8 - электронно-вычислительный комплекс (ЭВК) с анализаторами спектров, 9 - пульт управления воздушным комплексом определения дисперсного состава альфа-активных примесей, 10 - мобильный робототехнический комплекс (МРТК).Figure 1 presents a technical complex for determining the dispersed composition of alpha-active impurities in an emergency release into the atmosphere based on MRTK. The technical complex includes an air complex for determining the dispersed composition of alpha-active impurities in an emergency release into the atmosphere and a ground-based complex for controlling and processing measurement information. Figure 1 indicates: 1 - UAV, 2 - gamma spectrometric unit, 3 - small-sized remotely controlled winch system, 4 - analyzer of the dispersed composition of alpha-active impurities, 5 - remote indicator of alpha-active particles, 6 - remote information transmission unit and receiving control signals from the ground control complex and measurement information processing; 7 - block for transmitting control signals and receiving measurement information; 8 - electronic computer complex (EVC) with spectrum analyzers, 9 - control panel for the air complex for determining the dispersed composition of alpha-active impurities, 10 - mobile robotic complex (MRTK).
На фиг. 2 показана схема выбора высоты полета БЛА НБЛА для поиска облака примеси. На фиг. 2 обозначены: Н0 - высота подъема центра облака альфа-активных примесей, rв - полувысота облака альфа-активных примесей, Нсс - длина спутного следа БЛА, lp - пробег гамма-квантов сопутствующего гамма-излучения.In FIG. 2 shows a scheme for choosing the flight altitude of the UAV N UAV to search for an impurity cloud. In FIG. 2 are marked: H 0 - the height of the center of the cloud of alpha-active impurities, r in - the half-height of the cloud of alpha-active impurities, H ss - the length of the UAV wake, l p - the range of gamma quanta of the accompanying gamma radiation.
На фиг. 3 показана схема расчета вытравливаемой длины кабель-троса для определения дисперсного состава альфа-активной примеси в атмосфере. На фиг. 3 обозначены: Н0 - высота подъема центра облака альфа-активных примесей, rв - полувысота облака альфа-активных примесей, Нсс - длина спутного следа БЛА, l - расстояние обнаружения альфа-частиц дистанционным индикатором альфа-активных частиц.In FIG. 3 shows the scheme for calculating the etched length of the cable-rope to determine the dispersed composition of the alpha-active impurity in the atmosphere. In FIG. 3 are indicated: H 0 - the height of the center of the cloud of alpha-active impurities, r in - the half-height of the cloud of alpha-active impurities, H ss - the length of the UAV wake, l - the distance of detection of alpha particles by a remote indicator of alpha-active particles.
Сущность способа состоит в следующем.The essence of the method is as follows.
Для определения дисперсного состава альфа-активных примесей при аварийном выбросе в атмосферу МРТК (10) оснащают воздушным комплексом определения дисперсного состава альфа-активных примесей на базе БЛА (1) вертолетного типа и наземным комплексом управления и обработки измерительной информации.To determine the dispersed composition of alpha-active impurities during an emergency release into the atmosphere, the MRTK (10) is equipped with an air complex for determining the dispersed composition of alpha-active impurities based on a helicopter-type UAV (1) and a ground-based complex for controlling and processing measurement information.
В состав наземного комплекса управления и обработки измерительной информации воздушного комплекса определения дисперсного состава альфа-активных примесей включают: блок передачи управляющих сигналов и приема измерительной информации от технических средств БЛА (7); электронно-вычислительный комплекс (ЭВК) (8), включающий анализаторы спектров, поступающих от спектрометрических блоков воздушного комплекса определения дисперсного состава альфа-активных примесей; пульт управления воздушным комплексом определения дисперсного состава альфа-активных примесей (9), включающий средства дистанционного управления БЛА, малогабаритной лебедочной системой БЛА, блоком управления анализатором дисперсного состава альфа-активных примесей.The composition of the ground complex for control and processing of measurement information of the air complex for determining the dispersed composition of alpha-active impurities includes: a block for transmitting control signals and receiving measurement information from UAV technical means (7); an electronic computer complex (EVC) (8), including spectrum analyzers coming from the spectrometric units of the air complex for determining the dispersed composition of alpha-active impurities; control panel for the air complex for determining the dispersed composition of alpha-active impurities (9), including remote control means for the UAV, a small-sized UAV winch system, and a control unit for the analyzer of the dispersed composition of alpha-active impurities.
В состав воздушного комплекса определения дисперсного состава альфа-активных примесей в атмосфере входит гамма-спектрометрический блок (2), описанный в патенте РФ №2596183. Гамма-спектрометрический блок размещают ближе к носовой части под фюзеляжем БЛА. За гамма-спектрометрическим блоком размещают малогабаритную дистанционно управляемую лебедочную систему (3) со спускаемым блоком, в состав которого входят анализатор дисперсного состава альфа-активных примесей (4) и дистанционный индикатор альфа-активных частиц (5). В кабель-тросе малогабаритной дистанционно управляемой лебедочной системы прокладывают изолированные силовой кабель электропитания технических средств из состава спускаемого блока от блока питания БЛА и кабель передачи данных от измерительных устройств спускаемого блока в блок дистанционной передачи информации и приема управляющих сигналов от наземного комплекса управления и обработки измерительной информации (6). Длина вытравленного кабель-троса контролируется электронным датчиком длины, который передает измерительные данные в блок дистанционной передачи информации и приема управляющих сигналов от наземного комплекса управления и обработки измерительной информации (6).The composition of the air complex for determining the dispersed composition of alpha-active impurities in the atmosphere includes a gamma spectrometric unit (2) described in RF patent No. 2596183. The gamma spectrometric unit is placed closer to the bow under the fuselage of the UAV. Behind the gamma spectrometric unit, a small-sized remotely controlled winch system (3) with a descent unit is placed, which includes an analyzer of the dispersed composition of alpha-active impurities (4) and a remote indicator of alpha-active particles (5). In the cable-rope of a small-sized remotely controlled winch system, an insulated power cable is laid for powering technical equipment from the descent unit from the UAV power supply unit and a data transmission cable from the measuring devices of the descent unit to the unit for remote transmission of information and reception of control signals from the ground control complex and measurement information processing (6). The length of the etched cable-rope is controlled by an electronic length sensor, which transmits the measurement data to the unit for remote transmission of information and reception of control signals from the ground control complex and measurement information processing (6).
В состав анализатора дисперсного состава альфа-активных примесей (4) включают однокаскадный инерционный разделитель газового потока при различных величинах расхода воздушного потока, описанный в патенте РФ №2676557, который сопрягают с автоматической воздуходувкой с электронным ротаметром и программируемым дистанционно управляемым блоком управления, посредством которой регулируют расход воздушного потока, камеру детектирования с расположенным в ней фильтром и спектрометрическим блоком детектирования. Амплитудно-цифровой преобразователь спектрометрического блока детектирования через блок передачи измерительной информации и приема управляющих сигналов анализатора дисперсного состава альфа-активных примесей по проводному каналу в блок дистанционной передачи информации и приема управляющих сигналов от наземного комплекса управления и обработки измерительной информации (6), который через блок передачи управляющих сигналов и приема измерительной информации наземного комплекса управления и обработки измерительной информации (7) передает данные измерений спектрометра на анализатор спектра, размещаемый на ЭВК (8) наземного комплекса управления и обработки измерительной информации. Входной патрубок однокаскадного инерционного разделителя размещают в направлении, перпендикулярном оси БЛА (направлению ветра) с целью снижения влияния ветра на скорость прокачиваемого через однокаскадный инерционный разделитель воздушного потока.The composition of the analyzer of the dispersed composition of alpha-active impurities (4) includes a single-stage inertial gas flow separator at various air flow rates, described in the patent of the Russian Federation No. air flow rate, detection chamber with a filter located in it and a spectrometric detection unit. The amplitude-digital converter of the spectrometric detection unit through the unit for transmitting measurement information and receiving control signals of the analyzer of the dispersed composition of alpha-active impurities via a wire channel into the unit for remote transmission of information and receiving control signals from the ground-based complex for controlling and processing measurement information (6), which through the unit transmission of control signals and reception of measurement information of the ground complex for control and processing of measurement information (7) transmits the measurement data of the spectrometer to the spectrum analyzer located on the computer (8) of the ground complex for control and processing of measurement information. The inlet branch pipe of the single-stage inertial separator is placed in the direction perpendicular to the axis of the UAV (wind direction) in order to reduce the effect of wind on the speed of the air flow pumped through the single-stage inertial separator.
Дистанционный индикатор альфа-активных частиц (5) размещают на нижней части внешней поверхности анализатора дисперсного состава альфа-активных примесей (4) входным отверстием вниз.The remote indicator of alpha-active particles (5) is placed on the lower part of the outer surface of the analyzer of the dispersed composition of alpha-active impurities (4) with the inlet down.
Способ определения дисперсного состава альфа-активной примесей при аварийном выбросе в атмосферу состоит из следующих этапов:The method for determining the disperse composition of alpha-active impurities during an emergency release into the atmosphere consists of the following steps:
1. поиск пространственного положения облака альфа-активных примесей по максимальному значению сопутствующего гама-излучения;1. search for the spatial position of the cloud of alpha-active impurities by the maximum value of the accompanying gamma radiation;
2. поиск верхней границы облака устройством дистанционной регистрации альфа-загрязнения;2. search for the upper boundary of the cloud by a device for remote registration of alpha pollution;
3. разделение альфа-активных частиц, содержащихся в облаке примеси, на не менее чем четыре размерные фракции путем прокачки воздушного потока через однокаскадный инерционный разделитель с последовательным пошаговым изменением расхода прокачиваемого автономной воздуходувкой воздушного потока;3. separation of alpha-active particles contained in the impurity cloud into at least four size fractions by pumping the air flow through a single-stage inertial separator with a successive step-by-step change in the flow rate of the air flow pumped by an autonomous blower;
4. определение дисперсного состава альфа-активных примесей на наземном ЭВК по установленным зависимостям значений альфа-активности от размера аэрозольных частиц.4. Determination of the disperse composition of alpha-active impurities on a ground-based EEC according to the established dependences of alpha-activity values on the size of aerosol particles.
Маршрут БЛА прокладывают по направлению среднего ветра по оси, проходящей через эпицентр техногенной аварии.The route of the UAV is laid in the direction of the average wind along the axis passing through the epicenter of the man-made accident.
При проведении измерений требуется исключить влияние турбулентного спутного следа БЛА на движение пыле-аэрозольных частиц в облаке альфа-активных примесей. Примерные значения изотах будут в каждом конкретном случае зависеть от параметров работы несущего винта: мощности двигателя, числа оборотов винта, шага винта, диаметра винта и других параметров, но общий характер расположения изотах (убывание значений по мере удаления от БЛА вертолетного типа) будет оставаться таким же [5]. На фиг. 2 и 3 показана схема направления воздушных потоков под фюзеляжем БЛА вертолетного типа при работающем двигателе в режиме «висения» над землей при безветрии. Для заданных условий ведения воздушной радиационной разведки (скорость полета, скорость ветра, параметры винта БЛА и др.) длину спутного следа рассчитывают на наземном ЭВК.When carrying out measurements, it is required to exclude the influence of the UAV turbulent wake on the movement of dust-aerosol particles in a cloud of alpha-active impurities. Approximate values of isotochs will in each particular case depend on the operating parameters of the main rotor: engine power, propeller speed, propeller pitch, propeller diameter and other parameters, but the general nature of the isotach location (decreasing values as you move away from the helicopter-type UAV) will remain the same same [5]. In FIG. 2 and 3 shows a diagram of the direction of air flows under the fuselage of a helicopter-type UAV with the engine running in the “hovering” mode above the ground in calm weather. For the given conditions for conducting aerial radiation reconnaissance (flight speed, wind speed, UAV propeller parameters, etc.), the wake length is calculated on a ground-based EVK.
При выборе высоты полета БЛА руководствуются тем, что БЛА не должен попадать в облако альфа-активной примеси, спутный след БЛА не должен возмущать альфа-активную примесь в облаке и расстояние от блока детектирования до облака альфа-активной примеси не должно превышать длину пробега гамма-квантов сопутствующего гамма-излучения (фиг. 2). Исходя из указанных условий, высота полета БЛА с воздушным комплексом определения дисперсного состава альфа-активных примесей складывается из следующих величин:When choosing a UAV flight altitude, they are guided by the fact that the UAV should not fall into the alpha-active impurity cloud, the UAV wake should not disturb the alpha-active impurity in the cloud, and the distance from the detection unit to the alpha-active impurity cloud should not exceed the length of the gamma-active impurity run. quanta of accompanying gamma radiation (Fig. 2). Based on these conditions, the flight altitude of a UAV with an air complex for determining the dispersed composition of alpha-active impurities consists of the following values:
где Ho - прогнозируемая максимальная высота подъема облака, м;where H o - predicted maximum cloud rise height, m;
rв - прогнозируемая полувысота облака примеси на момент времени ведения воздушной радиационной разведки, м;r in - the predicted half-height of the impurity cloud at the time of conducting aerial radiation reconnaissance, m;
Hсс - длина спутного следа БЛА, м;H ss - UAV wake length, m;
При выборе БЛА-носителя воздушного комплекса определения дисперсного состава альфа-активных примесей необходимо учитывать, что длина спутного следа БЛА не должна превосходить расстояние регистрации гамма-квантов сопутствующего гамма-излучения lp When choosing a UAV carrier of an air complex for determining the dispersed composition of alpha-active impurities, it must be taken into account that the length of the UAV wake should not exceed the detection distance of gamma quanta of the accompanying gamma radiation l p
Начальная скорость полета БЛА должна соответствовать максимально возможной скорости движения в режиме ведения воздушной радиационной разведки, в соответствии с техническими требованиями используемого гамма-спектрометрического блока детектирования.The initial flight speed of the UAV must correspond to the maximum possible speed in the airborne radiation reconnaissance mode, in accordance with the technical requirements of the gamma spectrometric detection unit used.
Осуществляют полет БЛА по полетному заданию в автоматическом режиме.Carry out UAV flight according to the flight task in automatic mode.
Поиск пространственного местоположения облака альфа-активной примеси осуществляют по наличию сопутствующего гамма-излучения, регистрируемого гамма-спектрометрическим блоком (2). В ходе полета данные гамма-спектрометрического блока детектирования через блок дистанционной передачи информации и приема управляющих сигналов от наземного комплекса управления и обработки измерительной информации (6) передаются на наземный ЭВК (8) с программно-задаваемой дискретностью. На наземном ЭВК (8) обработанные анализатором спектра данные об активности (модности дозы) сопутствующего гамма-излучения аппроксимируют по мере их поступления и осуществляют поиск облака альфа-активной примеси по выявлению устойчивого максимума аппроксимирующей функции.The search for the spatial location of the alpha-active impurity cloud is carried out by the presence of accompanying gamma radiation recorded by the gamma spectrometric unit (2). During the flight, the data of the gamma spectrometric detection unit through the unit for remote transmission of information and reception of control signals from the ground control complex and measurement information processing (6) are transmitted to the ground computer (8) with program-defined discreteness. On the ground EVC (8), the data on the activity (dose modality) of the accompanying gamma radiation processed by the spectrum analyzer are approximated as they are received, and a cloud of alpha-active impurities is searched to identify a stable maximum of the approximating function.
Переводят БЛА в режим ручного управления и возвращают в точку, соответствующую максимуму аппроксимирующей функции. Переводят БЛА в режим удержания высоты и горизонтального положения, без удержания координаты.The UAV is put into manual control mode and returned to the point corresponding to the maximum of the approximating function. The UAV is put into the mode of holding the height and horizontal position, without holding the coordinates.
Высоту верхней границы облака альфа-активной примеси определяют по сигналу дистанционного индикатора альфа-активных частиц (5), основанного на регистрации аэроионов. Для этого на малогабаритную дистанционно управляемую лебедочную систему с датчиком контроля вытравленной длины кабель-троса с пульта управления воздушным комплексом определения дисперсного состава альфа-активных примесей (9) подают сигнал о вытравливании кабель-троса на расчетную длину Hсс. Начинают снижение БЛА до получения сигнала от альфа-индикатора о регистрации аэроионов, после чего переводят БЛА в режим удержания достигнутой высоты и горизонтального положения и подают сигнал на малогабаритную дистанционно управляемую лебедочную систему о вытравливании кабель-троса на длину L, которую определяют по выражению (фиг. 3)The height of the upper boundary of the cloud of alpha-active impurity is determined by the signal of the remote indicator of alpha-active particles (5), based on the registration of air ions. To do this, a signal is sent to a small-sized remotely controlled winch system with a sensor for monitoring the etched length of the cable cable from the control panel of the air complex for determining the dispersed composition of alpha-active impurities (9) about the etching of the cable cable to the estimated length H ss . The UAV starts descending until a signal is received from the alpha indicator about the registration of air ions, after which the UAV is switched to the mode of holding the achieved height and horizontal position and a signal is sent to the small-sized remotely controlled winch system to etch the cable-rope to a length L, which is determined by the expression (Fig. .3)
где l - расстояние обнаружения альфа-активной примеси дистанционным индикатором альфа-активных частиц, м.where l is the distance of detection of alpha-active impurity by the remote indicator of alpha-active particles, m.
С наземного пульта управления (9) в блок дистанционной передачи информации и приема управляющих сигналов от наземного комплекса управления и обработки измерительной информации (6) подают команду на запуск программы блока управления воздуходувкой анализатора дисперсного состава альфа-активных примесей. Программа управления работой воздуходувки должна включать не менее четырех циклов прокачки с заданными скоростями. Расход воздушного потока в блоке управления контролируется по ротаметру. После каждого цикла работы воздуходувки осуществляются измерения блоком детектирования анализатора дисперсного состава альфа-активных примесей по алгоритму, описанному в патенте РФ №2676557, и по кабелю-тросу данные с амплитудно-цифрового преобразователя спектрометра передаются в блок дистанционной передачи информации и приема управляющих сигналов от наземного комплекса управления и обработки измерительной информации, который передает их на анализатор спектра, размещаемый на наземном ЭВК (8).From the ground control panel (9) to the block for remote transmission of information and reception of control signals from the ground control complex and processing of measurement information (6), a command is given to start the program of the blower control unit of the analyzer of the disperse composition of alpha-active impurities. The blower operation control program must include at least four pumping cycles at specified speeds. The air flow rate in the control unit is controlled by a rotameter. After each cycle of the blower operation, measurements are made by the detection unit of the analyzer of the dispersed composition of alpha-active impurities according to the algorithm described in the patent of the Russian Federation No. a complex for controlling and processing measurement information, which transmits them to a spectrum analyzer located on a ground-based computer (8).
На наземном ЭВК (8) устанавливают зависимости измеренных значений альфа- активности от размера альфа-активных частиц и определяют основные параметры дисперсности по известным методикам [5].On a ground-based EVK (8), the dependences of the measured values of alpha activity on the size of alpha-active particles are established and the main parameters of dispersion are determined according to known methods [5].
Способ осуществляется следующим образом.The method is carried out as follows.
1. МРТК разворачивают в районе проведения работ повышенной опасности с радиационно опасным объектом. Готовят БЛА с целевой нагрузкой воздушной радиационной разведки и определения дисперсного состава альфа-активных примесей в аварийном выбросе в атмосферу, в состав которой входят (фиг.1): гамма- спектрометрический блок (2), малогабаритная дистанционно управляемая лебедочная система (3), анализатор дисперсного состава альфа-активных примесей (4), дистанционный индикатор альфа-активных частиц (5), блок бесконтактной дистанционной передачи информации и приема управляющих сигналов от наземного комплекса управления и обработки измерительной информации (6).1. MRTK is deployed in the area of high-risk work with a radiation hazardous facility. UAVs are prepared with a target load of aerial radiation reconnaissance and determination of the dispersed composition of alpha-active impurities in an emergency release into the atmosphere, which includes (figure 1): gamma spectrometric unit (2), small-sized remotely controlled winch system (3), analyzer dispersed composition of alpha-active impurities (4), a remote indicator of alpha-active particles (5), a block for contactless remote transmission of information and reception of control signals from a ground control complex and measurement information processing (6).
2. При возникновении аварии с выходом диспергированных альфа-активных радионуклидов в атмосферу, определяют направление среднего ветра доступными техническими средствами.2. In the event of an accident with the release of dispersed alpha-active radionuclides into the atmosphere, determine the direction of the average wind using available technical means.
3. Формируют полетное задание БЛА по прямой, проходящей через эпицентр техногенной аварии, по направлению среднего ветра.3. The flight task of the UAV is formed along a straight line passing through the epicenter of a man-made accident, in the direction of the average wind.
4. Задают скорость полета БЛА, отвечающую техническим требованиям ведения радиационной разведки гамма-спектрометрическим блоком детектирования.4. The UAV flight speed is set, which meets the technical requirements for conducting radiation reconnaissance by the gamma spectrometric detection unit.
5. На наземном ЭВК посредством программного обеспечения по прогностическим моделям определяют высоту подъема центра облака Н0, размер половины высоты облака примеси rв на время проведения полет, для заданных условий ведения воздушной радиационной разведки (скорость полета, скорость ветра, параметры винта БЛА и др.) определяют длину спутного следа БЛА и по формуле (3) рассчитывают высоту полета БЛА НБла-5. On the ground-based EVK, using software, predictive models determine the height of the center of the cloud H 0 , the size of the half-height of the impurity cloud r in for the duration of the flight, for the specified conditions for conducting aerial radiation reconnaissance (flight speed, wind speed, UAV propeller parameters, etc. .) determine the length of the wake of the UAV and, using formula (3), calculate the flight altitude of the UAV NV-
6. В процессе полета БЛА на наземном ЭВК аппроксимируют данные, поступающие от гамма-спектрометрического блока детектирования до отрицательных градиентов, после чего переводят БЛА в режим ручного управления и возвращают в точку, соответствующую максимуму аппроксимирующей функции.6. During the flight of the UAV on the ground computer, the data coming from the gamma spectrometric detection unit is approximated to negative gradients, after which the UAV is switched to manual control mode and returned to the point corresponding to the maximum of the approximating function.
7. Переводят БЛА в режим удержания высоты и горизонтального положения, без удержания координаты.7. Transfer the UAV to the mode of holding the height and horizontal position, without holding the coordinates.
8. На управляющий блок малогабаритной дистанционно управляемой лебедочной системы подают сигнал о вытравливании кабель-троса на длину спутного следа Нсс.8. A signal is sent to the control unit of a small-sized remotely controlled winch system that the cable-rope is etched to the length of the wake Hcc.
9. Осуществляют снижение БЛА дискретно на расстояния регистрации наличия альфа-излучения до получения сигнала от дистанционного индикатора альфа-активных частиц о регистрации аэроионов, после чего переводят БЛА в режим удержания достигнутой высоты и горизонтального положения, без удержания координаты.9. The UAV is lowered discretely to the distance of registration of the presence of alpha radiation until a signal is received from the remote indicator of alpha-active particles about the registration of air ions, after which the UAV is switched to the mode of holding the achieved height and horizontal position, without holding the coordinate.
10. На управляющий блок дистанционно управляемой лебедочной системы (3) БЛА с пульта управления подают сигнал о вытравливании кабель-троса на длину L, определяемую по формуле (4).10. A signal is sent from the control panel to the control unit of the remotely controlled winch system (3) of the UAV that the cable-rope has been etched to a length L, determined by formula (4).
11. С пульта управления воздушным комплексом определения дисперсного состава альфа-активных примесей (9) через блок передачи управляющих сигналов и приема измерительной информации от технических средств БЛА (7) в блок дистанционной передачи информации и приема управляющих сигналов от наземного комплекса управления и обработки измерительной информации (6) подают команду на запуск программы прокачки воздушного потока воздуходувкой анализатора дисперсного состава альфа-активных примесей (4). Программа прокачки воздушного потока через однокаскадный инерционный разделитель включает не менее четырех циклов с различными скоростями прокачки воздушного потока с известным расходом, контролируемым электронным ротаметром. После каждого цикла прокачки воздушного потока данные измерений спектрометрического детектора анализатора дисперсного состава альфа-активных примесей передают по проводному каналу в блок дистанционной передачи информации и приема управляющих сигналов от наземного комплекса управления и обработки измерительной информации (6), который транслирует их на наземный ЭВК по радиоканалу.11. From the control panel of the air complex for determining the dispersed composition of alpha-active impurities (9) through the block for transmitting control signals and receiving measurement information from the technical means of the UAV (7) to the block for remote transmission of information and receiving control signals from the ground control complex and processing of measurement information (6) a command is given to start the program for pumping the air flow with the blower of the analyzer of the disperse composition of alpha-active impurities (4). The program of pumping the air flow through a single-stage inertial separator includes at least four cycles with different speeds of pumping the air flow with a known flow rate controlled by an electronic rotameter. After each cycle of pumping the air flow, the measurement data of the spectrometric detector of the analyzer of the dispersed composition of alpha-active impurities are transmitted via a wire channel to the unit for remote transmission of information and reception of control signals from the ground control complex and processing of measurement information (6), which broadcasts them to the ground EVC via a radio channel .
12. На наземном ЭВК осуществляют обработку данных и производят расчет параметров дисперсного состава по известным методикам посредством программного обеспечения.12. On the ground-based EVK, data are processed and the parameters of the disperse composition are calculated according to known methods using software.
13. После окончания выполнения программы прокачки воздушного потока в блок управления малогабаритной дистанционно управляемой лебедочной системы подают сигнал о подъеме спускаемого блока до полного забора вытравленного кабель-троса.13. After the completion of the program for pumping the air flow, a signal is sent to the control unit of the small-sized remotely controlled winch system to raise the descent unit to the full intake of the etched cable-rope.
14. На БЛА с пульта управления воздушным комплексом определения дисперсного состава альфа-активных примесей (9) передают полетное задание о направлении БЛА к точке посадки по кратчайшему расстоянию и переводят БЛА в режим автоматического управления.14. From the control panel of the air complex for determining the dispersed composition of alpha-active impurities (9), a flight task is transmitted to the UAV about the direction of the UAV to the landing point along the shortest distance and the UAV is transferred to the automatic control mode.
Пример построения полетного задания БЛА.An example of building a UAV flight task.
Требуется рассчитать полетное задание БЛА для определения размерных фракций диспергированного плутония, потупивших в атмосферу в результате теплового взрыва. Наличия загрязнения диспергированным плутонием-239 (239Pu) определяют по регистрации гамма-квантов америция-241 (241Am) с энергией 60 кэВ. Пробег гамма-квантов с энергией 60 кэВ составляет около 41,5 м.It is required to calculate the UAV flight task to determine the size fractions of dispersed plutonium released into the atmosphere as a result of a thermal explosion. The presence of contamination with dispersed plutonium-239 ( 239 Pu) is determined by the registration of gamma quanta of americium-241 ( 241 Am) with an energy of 60 keV. The range of gamma rays with an energy of 60 keV is about 41.5 m.
В качестве носителя воздушного комплекса определения дисперсного состава выбран БЛА вертолетного типа среднего класса с массой допустимой полезной нагрузки не менее 20 кг. Длина спутного следа БЛА (Hсс) вертолетного типа среднего класса составляет примерно 30 м.As the carrier of the air complex for determining the disperse composition, a medium-class helicopter-type UAV with a permissible payload mass of at least 20 kg was chosen. The length of the wake of a UAV (H cc ) of a medium-class helicopter type is approximately 30 m.
Пусть прогнозные оценки высоты подъема облака (Н0) и полувысоты облака (rв) по вертикальной оси составляют 300 и 25 м, тогда высота полетаLet the predictive estimates of the height of the cloud rise (H 0 ) and half-height of the cloud (r in ) along the vertical axis be 300 and 25 m, then the flight altitude
НБЛА = Н0 + rв + Hсс ≈ 300+25+30=355 м.N UAV \u003d H 0 + r in + H ss ≈ 300 + 25 + 30 \u003d 355 m.
Полетное задание формируют по данным о месте аварии и направлении среднего ветра. Скорость ведения разведки 40 км/ч, высота полета 355 м.The flight task is formed according to the data on the place of the accident and the direction of the average wind. Reconnaissance speed 40 km/h, flight altitude 355 m.
Данные воздушной радиационной разведки на ЭВК аппроксимируют методом наименьших квадратов по мере поступления телеметрических данных до устойчивого отрицательного градиента (3-4 значения). Фиксируют пространственные координаты точки максимума аппроксимирующей функции, которую передают в качестве следующей точки маршрута БЛА.Airborne radiation reconnaissance data on the EVK are approximated by the least squares method as telemetry data arrives to a stable negative gradient (3-4 values). The spatial coordinates of the maximum point of the approximating function are fixed, which is transmitted as the next point of the UAV route.
В заданной точке вытравливают кабель-трос малогабаритной дистанционно управляемой лебедки на 30 м. Регистрация аэроинов возможна прибором «Альфа-А», разработанным в НИЯУ «МИФИ», позволяющим на расстоянии до 0,5 м (l) обнаружить наличие альфа-активных радионуклидов. Осуществляют снижение БЛА с зависанием с дискретностью 0,5 м до получения сигнала от дистанционного индикатора альфа-активных частиц, затем вытравливают кабель-трос малогабаритной дистанционно управляемой лебедки на длинуAt a given point, the cable-rope of a small-sized remote-controlled winch is etched at a distance of 30 m. Registration of aeroins is possible with the Alfa-A device, developed at NRNU MEPhI, which makes it possible to detect the presence of alpha-active radionuclides at a distance of up to 0.5 m (l). The UAV is lowered with hovering with a resolution of 0.5 m until a signal is received from a remote indicator of alpha-active particles, then the cable-cable of a small-sized remote-controlled winch is etched to a length
L = rв + l = 25+0,5=25,5 м.L \u003d r in + l \u003d 25 + 0.5 \u003d 25.5 m.
Таким образом, для рассматриваемых условий эксплуатации и технических характеристик приборов требуемая длина кабель-троса составляет ≈ 60 м.Thus, for the considered operating conditions and technical characteristics of the devices, the required cable-cable length is ≈ 60 m.
После завершения программы прокачки воздушного потока подают сигнал о подъеме спускаемого блока до полного забора вытравленного кабель-троса и направляют БЛА к точке посадки.After completion of the air flow pumping program, a signal is given to raise the descent unit until the etched cable-rope is completely withdrawn and the UAV is directed to the landing point.
Соответствие критерию «новизна».Compliance with the criterion of "novelty".
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку в отличие от известных способов, предлагаемый способ позволяет определять дисперсный состав альфа-активной примеси при аварийном выбросе в атмосферу непосредственно в облаке аварийного выброса, центр которого определяется по сопутствующему гамма-излучению, а верхняя граница - дистанционным методом индикации альфа-активности.The proposed technical solution is new, because, unlike the known methods, the proposed method allows to determine the dispersed composition of the alpha-active impurity during an emergency release into the atmosphere directly in the cloud of an emergency release, the center of which is determined by the accompanying gamma radiation, and the upper limit is determined by the remote indication method alpha activity.
Соответствие критерию «изобретательский уровень».Compliance with the criterion of "inventive step".
Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку анализ опубликованных научных статей, изобретений и технических решений показал, что заявленные способы определения дисперсного состава радиоактивных примесей не позволяют определять дисперсный состав альфа-активных примесей при аварийном выбросе в атмосферу с применением БЛА.The proposed technical solution has an inventive step, since the analysis of published scientific articles, inventions and technical solutions showed that the claimed methods for determining the dispersed composition of radioactive impurities do not allow determining the dispersed composition of alpha-active impurities during an accidental release into the atmosphere using UAVs.
Соответствие критерию «промышленная применимость».Compliance with the criterion of "industrial applicability".
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы опытные и промышленно выпускаемые образцы техники. Предлагаемый воздушный комплекс определения дисперсного состава альфа-активных примесей в аварийном выбросе в атмосферу может быть создан на базе типовых беспилотных комплексов воздушной радиационной разведки с гамма-спектрометрической установкой типа УДКГ-А01 или УДБГ-04-06. Воздушный комплекс определения дисперсного состава альфа-активных примесей может включать индикатор альфа-частиц, основанный на регистрации аэроинов, типа «Альфа-А», автономную воздуходувку типа АВ-07 с регулируемым расходом воздушного потока электронным ротаметром и малогабаритную дистанционно управляемую лебедочную систему с электронным блоком контроля длины кабель-троса.The proposed technical solution is industrially applicable, since experimental and industrially produced models of equipment can be used for its implementation. The proposed air complex for determining the dispersed composition of alpha-active impurities in an emergency release into the atmosphere can be created on the basis of standard unmanned aerial radiation reconnaissance systems with a gamma-ray spectrometric unit of the UDKG-A01 or UDBG-04-06 type. The air complex for determining the dispersed composition of alpha-active impurities may include an alpha-particle indicator based on the registration of aeroins of the Alpha-A type, an autonomous blower of the AV-07 type with an adjustable air flow rate by an electronic rotameter, and a small-sized remotely controlled winch system with an electronic unit cable length control.
Реализация способа.Implementation of the method.
Предлагаемый способ целесообразно применять в МРТК специальных аварийных формирований ликвидации последствий радиационных аварий, в состав которых, как правило, включают БЛА для выполнения различных разведывательных функций и наземный вычислительный пункт.It is expedient to use the proposed method in the MRTK of special emergency formations for liquidation of the consequences of radiation accidents, which, as a rule, include UAVs for performing various reconnaissance functions and a ground computing station.
Технико-экономическая эффективность.Technical and economic efficiency.
Повышение точности и достоверности прогноза радиоактивного загрязнения окружающей среды альфа-излучающими радионуклидами способствует сохранению жизни и здоровья населения и персонала специальных аварийных формирований.Increasing the accuracy and reliability of the forecast of radioactive contamination of the environment with alpha-emitting radionuclides contributes to the preservation of life and health of the population and personnel of special emergency units.
Список литературыBibliography
1 Бочаров Ю.И., Мирошниченко В.П., Онищенко Е.М. и др. Портативный прибор для детектирования источников альфа-радиоактивности. - Датчики и системы - 2010. -№3. - С. 13-15.1 Bocharov Yu.I., Miroshnichenko V.P., Onishchenko E.M. and others. Portable device for detecting sources of alpha radioactivity. - Sensors and systems - 2010. -№3. - S. 13-15.
2 Кафедра микро- и наноэлектроники предлагает новый прибор для обнаружения альфа-радиации. - Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ. - 20 января 2016. - https://mephi.ru/content/news/1387/98215.2 The Department of Micro- and Nanoelectronics proposes a new device for detecting alpha radiation. - National Research Nuclear University MEPhI. - January 20, 2016. - https://mephi.ru/content/news/1387/98215.
3 Симаков А.Б., Онищенко Е.М., Мирошниченко В.П. и др. Мобильный инструментальный комплекс для оперативного мониторинга альфа-радиоактивного загрязнения местности. - Датчики и системы. - 2018. - №2. - С. 66-72.3 Simakov A.B., Onishchenko E.M., Miroshnichenko V.P. and others. Mobile instrumental complex for operational monitoring of alpha-radioactive contamination of the area. - Sensors and systems. - 2018. - No. 2. - S. 66-72.
4 Вячеслав Глазунов. Возмущения воздушной среды от пролета воздушного судна - чрезвычайная опасность для всех типов ВС.- 1 сентября 2015 года. - Aviation EXplorer http://www.aex.ru/docs/4/2015/9/l/2296.4 Vyacheslav Glazunov. Air disturbances from the passage of an aircraft - an extreme danger for all types of aircraft. - September 1, 2015. - Aviation EXplorer http://www.aex.ru/docs/4/2015/9/l/2296.
5 МУК 2.6.1.08-2004. Методические указания по методам контроля «Определение характеристик распределения радиоактивного аэрозоля по размерам». Утверждены Федеральным управлением медико-биологических и экстремальных проблем при Минздраве России 09.03.2004. Издание официальное. Москва. - 2004.5 MUK 2.6.1.08-2004. Guidelines on methods of control "Determination of the characteristics of the distribution of radioactive aerosol by size." Approved by the Federal Department of Biomedical and Extreme Problems under the Ministry of Health of Russia on 03/09/2004. Official edition. Moscow. - 2004.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2777752C1 true RU2777752C1 (en) | 2022-08-09 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2349905C1 (en) * | 2007-11-28 | 2009-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого | Radiometric control and terrain deactivation system |
| RU2620333C1 (en) * | 2016-08-17 | 2017-05-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method of administration of aircraft radiation surveys with the use of a helicopter-free helicopter of a helicopter type |
| RU2676557C1 (en) * | 2018-04-23 | 2019-01-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем безопасного развития атомной энергетики Российской академии наук (ИБРАЭ РАН) | Radioactive aerosols disperse composition parameters determining method |
| CN211627095U (en) * | 2019-12-30 | 2020-10-02 | 韩增玉 | Atmospheric sampling device based on unmanned aerial vehicle |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2349905C1 (en) * | 2007-11-28 | 2009-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого | Radiometric control and terrain deactivation system |
| RU2620333C1 (en) * | 2016-08-17 | 2017-05-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method of administration of aircraft radiation surveys with the use of a helicopter-free helicopter of a helicopter type |
| RU2676557C1 (en) * | 2018-04-23 | 2019-01-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем безопасного развития атомной энергетики Российской академии наук (ИБРАЭ РАН) | Radioactive aerosols disperse composition parameters determining method |
| CN211627095U (en) * | 2019-12-30 | 2020-10-02 | 韩增玉 | Atmospheric sampling device based on unmanned aerial vehicle |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pöllänen et al. | Radiation surveillance using an unmanned aerial vehicle | |
| ES2572745T3 (en) | Spray detection | |
| Connor et al. | Radiological mapping of post-disaster nuclear environments using fixed-wing unmanned aerial systems: A study from chornobyl | |
| RU2620451C1 (en) | Method of determining location of point gamma radiation source on the ground | |
| RU2536789C1 (en) | System of environmental monitoring of atmospheric air of mining industrial agglomeration | |
| RU2471209C1 (en) | Method of monitoring atmospheric air | |
| RU2388018C1 (en) | Method for remote measurement of underlying surface radionuclide contamination in trace of radioactive emission of radiationally hazardous enterprises and system for its implementation | |
| Lee et al. | Optimizing UAV-based radiation sensor systems for aerial surveys | |
| JP2001153952A (en) | System for grasping radioactive proliferation state | |
| RU2565335C2 (en) | Gamma-radiation detection unit in light unmanned aerial vehicles | |
| RU2777752C1 (en) | Method for determining the size distribution of alpha-active impurities in an emergency discharge into the atmosphere | |
| CN108872191B (en) | Unmanned aerial vehicle atmosphere pollution detecting system | |
| WO2014207492A1 (en) | Measurement data collection method and system for spatially detecting atmosphere properties | |
| Pöllänen et al. | Performance of an air sampler and a gamma-ray detector in a small unmanned aerial vehicle | |
| RU2596183C1 (en) | System for measuring at gamma-radiation contamination of environment caused by radioactive emission radiation-hazardous facilities | |
| RU2673505C1 (en) | Method of aerogammaspetrometricy of geological purpose | |
| Brunelli et al. | DRAGoN: drone for radiation detection of gammas and neutrons | |
| RU2755604C1 (en) | Method for determining parameters of emergency radiation source according to data of aerial radiation reconnaissance of area | |
| JP2019178982A (en) | Dust fall-amount estimation method | |
| Luchkov et al. | Unmanned aircraft based gamma spectrometry system for radiological surveillance | |
| RU225412U1 (en) | WIDE RANGE AIR GAMMA RADIATION DETECTION UNIT | |
| Popov et al. | Features of the modern UAV-based complexes use to solve radiation control problems | |
| Toivonen et al. | Sampling of airborne radionuclides and detection of ionizing radiation using an unmanned aerial vehicle | |
| CN107703206A (en) | A kind of low latitude space chemistry constituent analysis unmanned plane | |
| Castelluccio et al. | A Chernobyl lesson for aerial monitoring: integration of passive measurements with active sampling in the emergency early phase |