Новый алгоритм уточнил обнаружение источников радиации с борта вертолёта

Исследователи Института Пауля Шеррера (PSI, Швейцария) и Университета Мичигана разработали новый метод анализа данных воздушной гамма-спектрометрии, который позволяет автоматически определять тип радионуклида, его активность и местоположение на основе одного пролёта вертолёта. Работа опубликована в Nature Communications.

Зачем нужна воздушная гамма-разведка

Традиционная наземная радиационная разведка медленна и трудоёмка: контролёры с дозиметрами должны вручную обходить территорию. Вертолётный гамма-спектрометр позволяет обследовать большие площади за короткое время, но подробное моделирование отклика детектора могло требовать часов или даже суток машинного времени — из-за необходимости перебирать огромное число вариантов методом Монте-Карло. В аварийных ситуациях такая задержка неприемлема.

Другая сложность — правильно интерпретировать сигнал. Детектор фиксирует не только гамма-кванты от потенциально опасного источника, но и излучение естественных радионуклидов (калия, тория, урана), фоновый радон и рассеяние в корпусе вертолёта и воздухе. Отделить искусственный источник от природного фона — нетривиальная задача.

Байесовский подход и ускоренное моделирование

Авторы разделили моделирование отклика детектора на две части. Рассеяние гамма-фотонов в воздухе рассчитывается отдельно, с учётом условий полёта. Влияние конструкции вертолёта учитывается с помощью заранее рассчитанных функций. Это сократило время одного моделирования с часов до микросекунд.

Затем байесовский алгоритм сопоставляет полный измеренный спектр с возможными спектрами источников и оценивает наиболее вероятное сочетание радионуклида, активности и положения. Благодаря этому радиоактивные источники можно характеризовать по коротким измерениям. Ускорение относится к расчётам, а не к распространению излучения.

Испытания в Швейцарии

Метод проверяли на учебном полигоне в Туне (Швейцария) над заранее известными точечными и смешанными источниками. Вертолёт летел на высоте около 30 метров, каждый пролёт над источником занимал примерно 6 секунд. В качестве источников использовались ¹³⁷Cs (цезий-137) и ¹³³Ba (барий-133), а также естественные радионуклиды — K, Th, U — и фоновый радон.

Результаты испытаний:

• Точность локализации источника: около 2 метров (это точность определения координат, а не дальность обнаружения)
• Оценка активности: отклонение около 2% при коротких измерениях (1–5 секунд), около 5% при более длительных (около 5 минут)
• Алгоритм корректно идентифицировал и разделил несколько источников в смешанных сценариях

Читайте также: Кристаллы фторида лития помогли оценить радиацию у Луны в миссии Artemis I.

Метод ориентирован на три основные задачи: аварийное реагирование при ядерных инцидентах (быстрое картирование заражённых территорий), мониторинг ядерных объектов и геофизические исследования (поиск урановых и ториевых месторождений, геологическое картирование). Авторы из Университета Мичигана отмечают, что ускорение анализа особенно критично в первые часы после аварии, когда от скорости получения данных зависит принятие решений об эвакуации и защите населения.