Un sistema de sensor de radiación de Internet (IoRSS) para detectar fuentes radiactivas fuera del control regulatorio

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 7195 (2022) Citar este artículo

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Una fuente radiactiva que no está bajo control reglamentario, ya sea porque nunca ha estado bajo control reglamentario o porque ha sido abandonada, perdida, extraviada, robada o transferida de otro modo sin la debida autorización, se considera una fuente huérfana. Las fuentes huérfanas generalmente se recolectan como chatarra debido a sus pesados ​​contenedores metálicos. La fusión de una fuente huérfana con chatarra produce metal y desechos reciclados contaminados; las consecuencias serán extremadamente graves para los seres humanos y el medio ambiente, afectando la economía y la estabilidad social. En este artículo, proponemos y desarrollamos un sistema de sensor de radiación de Internet (IoRSS) para detectar fuentes radiactivas fuera del control regulatorio en instalaciones de producción y reciclaje de chatarra. Es un sistema IoT completo que consta de una red de dispositivos radiométricos conectados de forma inalámbrica que optimiza la detección, localización e identificación de fuentes radiactivas mediante la integración de datos de múltiples detectores de radiación portátiles. El sistema IoRSS propuesto crea una arquitectura de red robusta y flexible junto con algoritmos de fusión de datos avanzados que combinan información de muchos detectores. El sistema IoRSS brinda capacidades avanzadas de búsqueda y monitoreo en un área de cobertura grande y en entornos operativos difíciles.

La seguridad de las fuentes de radiación, en particular, y la seguridad de la energía nuclear, en general, son actualmente las principales preocupaciones de la comunidad internacional1. En los últimos años, las tecnologías nucleares y de radiación se han desplegado rápida y ampliamente en varios sectores industriales y económicos y en la sociedad, lo que ha traído varios beneficios prácticos. Sin embargo, la gestión, el transporte, el almacenamiento y el uso de fuentes de radiación se ven complicados por muchos desafíos. De hecho, se han perdido muchas fuentes de radiación, lo que ha tenido un impacto significativo en la estabilidad económica y social2. Una fuente radiactiva que no está bajo control reglamentario, ya sea porque nunca ha estado bajo control reglamentario o porque ha sido abandonada, perdida, extraviada, robada o transferida de otro modo sin la debida autorización, se denomina fuente huérfana3. Las fuentes huérfanas han dado lugar a accidentes con consecuencias graves, incluso mortales, como consecuencia de la exposición de las personas a la radiación4.

La fusión de una fuente huérfana con chatarra o su ruptura, cuando se mezcla con chatarra, también ha dado como resultado metal reciclado y desechos contaminados4. Si esto sucede, pueden ser necesarias costosas operaciones de limpieza. Si el material contaminado no se detecta en la instalación de reciclaje y producción de metales, los trabajadores pueden estar expuestos a la radiación y los radionucleidos pueden incorporarse a diversos productos terminados y desechos, lo que, a su vez, puede dar lugar a la exposición de los usuarios de estos productos. La preocupación por los accidentes relacionados con fuentes huérfanas, incluidos los ocurridos en las industrias de producción y reciclaje de metales, condujo al establecimiento de un compromiso internacional Código de conducta sobre la seguridad tecnológica y física de las fuentes radiactivas (Código de conducta)5. En la sección de principios generales del Código, también se establece que cada país debe contar con sistemas técnicos para responder rápidamente con el objetivo de controlar las fuentes radiactivas robadas y abandonadas y eliminar o minimizar sus consecuencias. No obstante, se mantiene la posibilidad de que existan fuentes huérfanas en la chatarra6. Las fuentes radiactivas perdidas suelen ser fuentes selladas, hechas de varillas y gránulos metálicos, y sus contenedores también son metálicos. Por lo tanto, cuando se pierde la fuente radiactiva, normalmente se vende a un recogedor de chatarra de acero para su reciclaje2,6,7,8. Esta es la razón por la que todos los países están muy interesados ​​en controlar las fuentes radiactivas en las instalaciones de reciclaje de chatarra. El OIEA tiene lineamientos técnicos para abordar esto en su documento1 "Control de fuentes huérfanas y otros materiales radiactivos en las industrias de producción y reciclaje de metales" (Guía de seguridad específica, No. SSG-17, Viena, 2012). Los materiales radiactivos y nucleares pueden constituir una amenaza para la salud pública y la seguridad nacional en forma de amenazas de terrorismo, fuentes huérfanas, accidentes nucleares o contaminación radiactiva9. Dado que los detectores de radiación instalados en los principales puertos de entrada son un componente clave de la estrategia general para proteger a los países del terrorismo nuclear10. En Vietnam, también existen regulaciones con la responsabilidad de detectar fuentes radiactivas fuera del control regulatorio para las instalaciones de producción y reciclaje de chatarra7.

Con el avance de la ciencia y la tecnología, especialmente en el campo de las tecnologías de detección nuclear, se han desarrollado muchas tecnologías y equipos especializados para garantizar la seguridad tecnológica y física de las fuentes radiactivas, como monitores de pórtico de radiación (RPM), detectores personales de radiación (PRD), dispositivos portátiles de identificación de radioisótopos (RIID), detectores móviles y transportables, sistemas de imágenes radiográficas que emplean rayos X o rayos gamma11. Estos dispositivos funcionan individualmente, tienen altos costos de operación y mantenimiento y no son adecuados para plantas de reciclaje de chatarra de tamaño pequeño y mediano. Otro desafío es que cuando las fuentes huérfanas se ocultan en chatarra que protege su actividad de los detectores tradicionales en los portales que escanean los camiones entrantes12.

La detección de material radiactivo en los desechos es de suma importancia para la protección del medio ambiente12. En este informe, presentamos la propuesta y el desarrollo de un Internet of Radiation Sensor System (IoRSS) para mejorar el uso de sistemas de detección nuclear para detectar materiales nucleares y otros materiales radiactivos fuera del control reglamentario en puntos de entrada/salida y otros lugares comerciales de instalaciones de producción y reciclaje de chatarra. Para maximizar la capacidad de detectar, identificar, ubicar y responder a incidentes de radiación nuclear, proponemos y aplicamos avances en computación, comunicaciones, desarrollo de algoritmos, herramientas de software y hardware en una red integrada de sensores distribuidos13,14,15,16 y LoRa17,18 comunicaciones inalámbricas que contribuyen a mejorar la capacidad de detección radiológica y nuclear y las actividades de respuesta. La implementación de IoRSS ha facilitado una mejor conciencia situacional y mejores capacidades para detectar, identificar, ubicar y responder a incidentes al integrar datos de múltiples dispositivos fijos y móviles de detección de radiación a través de detectores distribuidos y aplicar algoritmos avanzados de procesamiento de datos.

A continuación se exponen las principales contribuciones y novedades del artículo.

Proponer un Internet of Radiation Sensor System (IoRSS) para detectar fuentes radiactivas fuera del control regulatorio en instalaciones de reciclaje de chatarra de hierro y acero. El sistema IoRSS basado en IoT incluye una red de dispositivos estacionarios y móviles conectados de forma inalámbrica, un algoritmo y software de procesamiento de datos, servidores de monitoreo y control, aplicaciones móviles y basadas en la web, y procedimientos de detección de incidentes de radiación y plan de respuesta. El sistema IoRSS proporciona una capacidad de detección más robusta, más rápida y precisa con alta confianza en la presencia, ubicación y tipo de material radiactivo que un grupo de detectores individuales.

Diseño y pruebas de campo integrales de un detector sensible a la gamma inalámbrico, compacto y robusto para la detección de gamma y neutrones compatible con dispositivos estacionarios y móviles que son compatibles y asequibles para la instalación en varias estaciones o para mover rápidamente a diferentes áreas del depósito de chatarra para escanear chatarra metal en instalaciones de reciclaje y producción (operación a alta temperatura e intensas vibraciones y choques mecánicos) antes de la fusión. El diseño del IoRSS propuesto está totalmente modularizado; por lo tanto, se puede personalizar fácilmente no solo para detectores y otro hardware, sino también para la red y el protocolo de IoT. Esto hace que el sistema sea más flexible y factible.

Proporcionar detección de radiación, identificación, advertencia y plan de respuesta a incidentes. Estos procesos están diseñados, desarrollados e integrados en el sistema IoRSS. En estos procesos, el dispositivo estacionario puede medir continuamente los rayos gamma y enviar la medición a la nube/servidor. El servidor de aplicaciones realiza algoritmos de análisis de datos sobre los datos recibidos. En caso de que el valor medido supere un umbral predefinido, el servidor de aplicaciones generará una alerta primaria para que los usuarios puedan utilizar el dispositivo móvil para confirmar la existencia de la fuente de radiación, identificar el tipo de radiación, el tipo de radioisótopo y la ubicación exacta de la fuente de radiación. En función de la tasa de dosis de radiación confirmada en comparación con el nivel de umbrales preconfigurados, el sistema IoRSS activará una respuesta de incidente correspondiente al nivel de peligro de la radiación detectada.

El resto de este documento está organizado de la siguiente manera. La sección de "revisión de literatura" destaca la revisión de literatura de vanguardia sobre aspectos del enfoque de IoT para la detección y el monitoreo de radiación, la búsqueda y ubicación de fuentes radiactivas perdidas y detectores de materiales radiactivos y nucleares. La propuesta detallada para un sistema de sensor de radiación basado en IoT (IoRSS), incluida la arquitectura del sistema y el diseño de hardware, se describe en la sección "Arquitectura del sistema y diseño de hardware para un sistema de sensor de radiación basado en IoT (IoRSS)". Los procesos de detección de radiación, identificación, alerta y respuesta a incidentes de radiación se describen en la sección "Protocolos de operación de IoRSS". En la sección "Resultados y análisis de las pruebas", presentamos los resultados de extensas pruebas de campo en plantas de reciclaje y producción de chatarra para evaluar el desempeño de la propuesta. La configuración experimental y los hallazgos de los resultados también se analizan y discuten ampliamente en esta sección. Finalmente, nuestras conclusiones y trabajo futuro se describen en la sección "conclusiones y trabajo futuro".

El Internet de las cosas (IoT) es una de las tecnologías más emergentes en la actualidad y ha comenzado a participar en casi todos los aspectos de nuestra vida social, desde transacciones financieras hasta el sistema de atención médica, comunicación hasta seguridad nacional, campos de batalla hasta hogares inteligentes, etc. en19. Con una amplia gama de dominios de aplicación y predicciones de red IoT de alta densidad20,21, surgen requisitos nuevos y complejos, que necesitan una reevaluación de la asignación de recursos y la conectividad para permitir que se implementen dispositivos para transmitir datos de aplicaciones IoT22,23. Para aumentar el rendimiento y la confiabilidad de las mediciones en las soluciones de IoT, los autores en24,25,26 propusieron el concepto de pasarelas de IoT colaborativas para administrar las conexiones de trabajo de Internet entre dispositivos, otros subsistemas y la conexión a la nube. Sin embargo, el amplio despliegue de IoT también sufre ciertos problemas, como la interoperabilidad, la compatibilidad27 y el procesamiento de una gran cantidad de datos heterogéneos24. Los mecanismos de seguridad y almacenamiento de datos convencionales que se utilizan actualmente parecen no ser adecuados para una cantidad tan grande de datos generados en el sistema IoT. Por lo tanto, los autores en 28 proponen un mecanismo de seguridad de cadena de bloques con permiso público que utiliza una firma digital criptográfica de curva elíptica (ECC) que admite una base de datos de libro mayor distribuida (servidor) para proporcionar una solución de seguridad inmutable, transparencia de transacciones y evitar la manipulación de registros de pacientes en la niebla de IoT. capa. En 19, el investigador explota los beneficios potenciales de un sistema blockchain y lo integra con redes definidas por software (SDN) al tiempo que justifica los problemas de energía y seguridad. El enfoque de la tecnología blockchain también ayuda a mitigar estos problemas de latencia, centralización y escalabilidad en el modelo de niebla28.

Las consecuencias de los accidentes nucleares son enormes, y ha habido muchos incidentes nucleares en todo el mundo que han causado graves consecuencias durante muchos años después. Los ejemplos incluyen la contaminación descontrolada de la tierra que rodea el incidente de la central nuclear de Chernóbil o los daños causados ​​por el tsunami en la central nuclear de Fukushima Daiichi en 2011, en Japón9. Con el enfoque IoT para la detección y el seguimiento de la radiación, los autores en29 presentan un sistema de gestión y vigilancia en tiempo real para la seguridad del material radiactivo (BKRAD) para la seguridad de la fuente radiactiva en Vietnam. El BKRAD integra varias técnicas de posicionamiento y detección que nos permiten monitorear continuamente los dispositivos de fuente de radiación en una variedad de condiciones ambientales desafiantes. El proyecto de seguimiento de fuentes móviles en USA30 es parte de la "Iniciativa para reducir la amenaza global". La misión de esta iniciativa es minimizar los riesgos durante el almacenamiento, el transporte y la operación de fuentes de radiación móviles y proteger los materiales radiactivos y nucleares vulnerables colocados en lugares civiles en todo el mundo. El OIEA desarrolla el sistema de gestión de la información sobre seguridad radiológica (RASIMS)31. Esta es una plataforma basada en la web que permite a los estados miembros y la secretaría del OIEA recopilar, analizar y ver información sobre la infraestructura nacional para la seguridad radiológica y de los desechos. Además de facilitar la identificación de las necesidades nacionales y regionales, la información contenida en RASIMS se utiliza para una variedad de otros propósitos, incluido el diseño de nuevos proyectos de cooperación técnica y en el proceso de autorización de seguridad radiológica antes de la provisión de fuentes de radiación a los miembros. estados

La localización de fuentes radiactivas perdidas de forma rápida, precisa y segura es esencial en las respuestas de emergencia de accidentes con fuentes radiactivas perdidas9,32,33,34,35. Brunelli et al. propuso DRAGoN9, un Drone para la detección de Radiación de Gammas y Neutrones, con el objetivo de diseñar, desarrollar y caracterizar un sistema móvil compuesto por un vehículo aéreo no tripulado (UAV). El UAV está equipado con un sistema de detección capaz de identificar la contaminación radiactiva repartida en unas pocas a decenas de metros cuadrados, que se utilizan principalmente en escenarios de accidentes donde las dosis son demasiado altas para la seguridad humana o en áreas de difícil acceso9,36,37. Los autores en32 describen un enfoque de localización de fuentes utilizando un sistema de monitoreo de radiación UAV desarrollado de forma independiente, que utiliza un algoritmo de localización de fuentes especializado desarrollado sobre la base de la ley del cuadrado inverso y métodos estadísticos. Pavlovsky et al.34 propusieron una plataforma de localización y mapeo (LAMP) para fusionar reconstrucciones tridimensionales (3D) volumétricas en tiempo real de fuentes de radiación con información contextual (por ejemplo, LIDAR, cámara, etc.) derivada del entorno alrededor del detector. sistema. Esta información, particularmente cuando se obtiene en tiempo real, puede ser transformadora para las aplicaciones, incluida la búsqueda dirigida de fuentes perdidas o robadas, la gestión después de la liberación de materiales radiactivos o la prevención de la contaminación en escenarios relacionados con la seguridad o de respuesta a emergencias34. Las fuentes radiactivas como los neutrones y los emisores gamma se pueden detectar en el dron propuesto, que está diseñado para realizar misiones autónomas9. In12, se desarrolló una mochila de detección de radiación que puede ser utilizada discretamente o por una amplia gama de usuarios, utilizando una matriz de fotomultiplicadores de silicio (SiPM) y CsI (Tl)12, y se evaluaron sus características. En38,39 los autores presentan un sistema de adquisición de datos distribuidos (DAQ) para física nuclear experimental, en el que cada tarea relacionada con las diferentes partes del DAQ (adquisición, preproceso, análisis, etc.) se ejecuta en un proceso separado para distribuir el carga computacional, dando excelentes resultados en términos de rendimiento y estabilidad. En10, se han propuesto sensores móviles distribuidos, que utilizan plataformas de vehículos, para detectar materiales nucleares en tránsito en la ciudad de Nueva York utilizando una combinación de transporte de radiación y sistemas de información geográfica. Los resultados muestran que el tiempo hasta la primera detección aumenta con la velocidad de la fuente, disminuye con la cantidad de detectores móviles y alcanza una meseta que depende de la potencia de la fuente.

Las fuentes radiactivas se utilizan en gran medida en aplicaciones industriales y médicas, y pueden eliminarse accidental o intencionalmente en los desechos. En particular, un caso muy crítico se refiere a la presencia de fuentes radiactivas en la chatarra1,4,6,9. Los isótopos más comunes, con largos tiempos de descomposición, que se buscan en la chatarra son el 137Cs (662 keV) y el 60Co (1170 y 1330 keV), ya que se utilizan ampliamente en forma de fuentes selladas de rayos gamma en aplicaciones industriales. como la esterilización de alimentos y, junto con el 192Ir y el 75Se, la tomografía, en particular de materiales de alta densidad, como en metalurgia y verificación de soldaduras8.

Frecuentemente, los sistemas de monitoreo de radiación, equipados con detectores de semiconductores, contadores proporcionales, tubos Geiger-Müller (GM)40 o detectores de centelleo como NaI(Tl)32,33; y CsI(Tl)12, están diseñados específicamente para la detección de rayos gamma o neutrones. El uso de un único detector de neutrones/gamma es una solución interesante para la detección e identificación de emisores gamma y materiales nucleares especiales (SNM). En41, los autores presentan una caracterización completa de un detector de centelleo CLLB de tamaño mediano (2″ × 2″), para proporcionar la información necesaria para evaluar su implementación en aplicaciones relacionadas con la seguridad nacional y el monitoreo de radiación. Sin embargo, es importante señalar de 42 que las mediciones de neutrones y gamma son complementarias, en particular para la detección de materiales nucleares especiales (SNM), especialmente cuando están enmascarados o protegidos, los rayos gamma y los neutrones deben detectarse al mismo tiempo para aumentar la sensibilidad contra el fondo natural. Por lo tanto, encontrar una unidad única para detectar ambos tipos de partículas es una excelente solución42. En la literatura, varios autores han reportado el desempeño de centelleadores CLLB de pequeño tamaño34,42,43,44. Sin embargo, teniendo en cuenta que para el control de la radiación (y para otras aplicaciones) sería deseable una mayor eficiencia de detección de gamma y neutrones. Woolf et al.43 informan los resultados de un experimento realizado para identificar contaminantes isotópicos que producen una emisión de fondo medible en una familia de cristales de centelleo inorgánicos conocidos como elpasolites, a saber, Cs2LiYCl6:Ce (CLYC), Cs2LiLaBr6:Ce (CLLB) y Cs2LiLa( Br, Cl)6:Ce (CLLBC), y en otros cristales de centelleo inorgánicos, como NaI:Tl co-dopado con Li (NaIL). Se ha demostrado que el centelleador CLYC es adecuado para la detección dual de rayos γ/neutrones debido a su distinta respuesta a ambos tipos de radiación44. En34, Pavlovsky et al. presentan la expansión de estos conceptos de mapeo de rayos gamma a la localización de fuentes de neutrones. Esto se logra mediante la integración de una plataforma de localización y mapeo (LAMP) con un detector de centelleo CLLBC personalizado sensible tanto a los rayos gamma como a los neutrones. El proyecto europeo titulado "Inspección eficaz de contenedores en los puntos de control BORDER" (C-BORD) se centra en el desarrollo y pruebas in situ de una solución integral y rentable para la Inspección No Intrusiva (NII) generalizada de contenedores y mercancías de gran volumen en la Frontera de la Unión Europea (UE)39. El proyecto hace frente a una amplia gama de objetivos, incluidos explosivos, agentes de guerra química, drogas ilícitas, tabaco y materiales nucleares especiales (SNM). La detección de SNM, como muestras de plutonio, se ha probado con el sistema de inspección móvil SMANDRA42 como un sistema espectroscópico pasivo de alta sensibilidad y como un sistema de inspección activo completo que utiliza neutrones etiquetados. Los resultados de la prueba en42 muestran que la interrogación activa con neutrones marcados puede proporcionar firmas para la discriminación del uranio frente a otros metales pesados.

La arquitectura general de IoRSS, como se muestra en la Fig. 1, consta de los siguientes componentes:

Dispositivo fijo de detección de radiación (dispositivo fijo): Este es el dispositivo estacionario integrado con grandes detectores pasivos y una amplia gama de medidas de energía para detección gamma y detección de neutrones. Los dispositivos estacionarios se montan en los puntos de entrada/salida y otras ubicaciones comerciales de las instalaciones de producción y reciclaje de chatarra para escanear grandes vehículos de desecho, como automóviles y camiones. Desde el punto de vista operativo, los dispositivos estacionarios buscan la presencia de radiación y, por lo general, se combinan con dispositivos móviles de detección de radiación que se utilizan en un modo de exploración secundario para identificar las fuentes de radiación. Los dispositivos estacionarios están equipados con comunicaciones inalámbricas (3G/LTE, LoRa) y por cable (Internet/WiFi), sistemas de sensores y otros actuadores para respaldar su funcionamiento y el intercambio de información entre los componentes del sistema.

Dispositivo móvil de detección de radiación (mobile device): Es un detector portátil y transportable que generalmente utiliza detectores sensibles a rayos gamma para la detección de rayos gamma y de neutrones. Se pueden usar como un dispositivo portátil para vigilancia de área, búsqueda u otras implementaciones temporales, como entre depósitos de chatarra y puertas de entrada/salida de vehículos, o en áreas de preparación de fundición. Este dispositivo también tiene capacidades de radioisótopos incorporadas adecuadas para la identificación isotópica de materiales nucleares y radiactivos. Desde el punto de vista operativo, el dispositivo portátil suele estar acoplado con un dispositivo de detección de radiación fijo que se utiliza en un modo de escaneo secundario para identificar las fuentes de radiación y confirmar la activación de los procedimientos de respuesta a incidentes correspondientes. El dispositivo de mano está integrado con tecnologías de comunicación inalámbrica, como LoRa y ZigBee para comunicarse con un Gateway y 3G/LTE para comunicarse con la red y el servidor en la nube. El dispositivo móvil de detección de radiación está diseñado con un tamaño compacto, es portátil y es fácil de mover, se puede montar en un vehículo aéreo no tripulado (UAV) y es adecuado para las tareas de búsqueda de fuentes radiactivas en un espacio disperso y desenfocado. o áreas contaminadas radiactivamente.

El dispositivo de puerta de enlace centralizada (puerta de enlace): este dispositivo admite múltiples plataformas de conexión inalámbrica para comunicarse con dispositivos fijos/móviles, lo que permite recibir datos de los dispositivos, realizar funciones de procesamiento, combinar datos y transferir datos a la red y al servidor en la nube.

El centro de monitoreo y control (servidores): este es un sistema de servidores y herramientas de software que respaldan el intercambio de información, el desarrollo de protocolos, el diseño de algoritmos avanzados de fusión de datos que combinan información de muchos detectores, automatizan el procesamiento de información para optimizar recursos limitados y mejorar el análisis de datos. en la evaluación de incidentes de radiación y planes de respuesta. Los servidores también brindan servicios para desarrollar aplicaciones para usuarios finales.

El subsistema de detección de radiación consta de dos tipos de dispositivos independientes: dispositivos de detección de radiación fijos y dispositivos de detección de radiación móviles. Cada dispositivo tiene la capacidad de autoconfigurarse y operar de forma independiente. Sin embargo, estos dos tipos de dispositivos se pueden configurar de forma remota por TCP/IP a través de módulos 3G/LTE para trabajar juntos bajo la coordinación del software de control central. Los dispositivos fijos se utilizan a veces como un "cable trampa" para detectar la presencia de radiación, después de lo cual se introducen dispositivos móviles como un método de escaneo secundario para confirmar la presencia e identificar la fuente de la radiación. La arquitectura y función de los componentes del sistema IoRSS se detallarán en las siguientes secciones.

Arquitectura y componentes del sistema sensor de radiación basado en IoT (IoRSS).

Para aprovechar las técnicas de detección y los sensores, los autores eligieron dos tipos diferentes de detectores de radiación al diseñar el sistema. Primero, debido a que se considera una solución de detección primaria, el dispositivo estacionario funciona todo el tiempo para detectar cualquier tasa de dosis de radiación anormal en el área de producción. Por lo tanto, su detector (detector primario) debe ser duradero y de larga duración. Los circuitos simples, de perfil pequeño y de bajo costo también son requisitos adicionales en las implementaciones prácticas. Entre los diversos tipos de detectores de radiación, los tubos Geiger-Müller (GM) pueden cumplir casi todos los criterios mencionados. En segundo lugar, cuando hay una alarma en el dispositivo estacionario, se utiliza el detector secundario en el dispositivo móvil para confirmar la aparición de la fuente de radiación e identificar el radioisótopo. El requisito más importante para el detector secundario es la capacidad de medir la energía de la radiación ionizante con buena resolución. Su tamaño y resistencia mecánica deben ser adecuados para la integración en un dispositivo portátil. Esto conduce al uso de un centelleador, en particular un centelleador CsI(Tl) (yoduro de cesio activado con talio)45. El cristal CsI(Tl) no solo tiene un buen poder de frenado sino también buenas propiedades mecánicas plásticas. Debido a que este material puede dar una salida de luz de 54 fotones/keV y la mayor parte de su emisión es de longitud de onda larga (>500 nm), la combinación entre un centelleador CsI(Tl) y un fotodiodo se ha convertido en una buena solución para el dispositivo móvil.

En el módulo detector primario, se usa una caja de aluminio cilíndrica única como alojamiento para dos tubos GM, amplificadores, circuitos digitales y reguladores de potencia, como se muestra en la Fig. 2. Los autores usaron dos tipos diferentes de tubos GM (71320 y 716 , LND; o 70035 y 70018A, Vacutec) para garantizar la buena capacidad de detección del detector a tasas de dosis altas y bajas. Los tubos GM están alimentados por una fuente de 550 V creada por un convertidor CC-CC de conmutación. Debido a que las señales de los tubos GM son pulsos analógicos débiles, es necesario utilizar amplificadores y circuitos lógicos para amplificar los cambios y convertirlos en ondas cuadradas. El microcontrolador (Atmega128, Microchip Technology) controla el circuito lógico, cuenta los pulsos, procesa los datos y envía el resultado al cuerpo principal del dispositivo estacionario. La Figura 2 muestra la estructura del módulo detector primario con los tubos GM.

Estructura del módulo detector primario con los tubos GM.

Estructura del módulo detector secundario del centelleador CsI(Tl).

Prototipos de detectores: (a) módulo detector con tubos GM y (b) módulo detector con el centelleador CsI(Tl).

El módulo detector secundario consta de un centelleador, un fotodiodo, un circuito electrónico y una carcasa de aluminio de 2 cámaras, como se muestra en la Fig. 3. El centelleador CsI(Tl), tamaño de 1 × 1 × 3 cm o 2 × 2 × 3 cm, y el fotodiodo de avalancha45 (S8664-55 o S3204-08, Hamamatsu) se pegan con resina óptica (OE-6662, Dow Corning). El fotodiodo está polarizado por una fuente de 380 V creada por un módulo de fuente de alimentación de alto voltaje (C10940-53, Hamamatsu). Debido a que la señal del fotodiodo es ultrasensible, se necesita un preamplificador dedicado (CR110-R2, Cremat); y este amplificador debe estar completamente separado del resto del circuito electrónico. Por lo tanto, en la carcasa de aluminio, la cámara 1 contiene el centelleador, el fotodiodo y el preamplificador, mientras que la cámara 2 contiene el circuito de procesamiento adicional y los módulos de potencia. La Figura 4a es un prototipo del módulo detector de tubo GM y la Figura 4b es un prototipo del módulo detector de centelleo CsI(Tl).

La arquitectura del sistema fijo de detección de radiación consta de bloques funcionales como se describe en la Fig. 5a.

El bloque de comunicación y posicionamiento inalámbrico incluye un transceptor LORA y un receptor GPS. El bloque proporciona un enlace de comunicación inalámbrica desde el dispositivo fijo hasta la puerta de enlace y localiza la posición del dispositivo.

El bloque de procesamiento de señales es un sistema detector de radiactividad equipado con un sistema de tubos GM (tubo Geiger - Muller), que puede funcionar en entornos de alta temperatura, como alrededor de hornos de fundición en instalaciones de reciclaje de chatarra. El bloque detector de radiactividad está configurado en modo de funcionamiento continuo con un rango de detección de rayos gamma de unos 5 my el umbral de detección de 0,1 μSv/h. El bloque también incluye sensores de apoyo que consisten en un sensor de temperatura, un acelerómetro y un sensor de vibración. Están diseñados para detectar y transmitir la temperatura ambiente, la vibración y la velocidad del vehículo a la unidad central de procesamiento. Estos datos se utilizan para ajustar el modo de trabajo del dispositivo.

Los bloques de advertencia y LCD están diseñados para encender las luces y bocinas de advertencia principales y mostrar datos en la pantalla LCD cuando el nivel de radiación supera un umbral predefinido.

El bloque de fuente de alimentación funciona con un voltaje de entrada de CA y genera voltajes de salida de CC para los bloques de funciones del dispositivo.

La unidad de microcontrolador (MCU) controla todas las operaciones del dispositivo fijo, en el que la MCU recibe datos del bloque detector radiométrico y el bloque sensor, realiza análisis, almacena los datos y luego muestra los resultados de los niveles de radiación en la pantalla. pantalla. La MCU enciende advertencias con luces y silbatos cuando detecta niveles de radiación que superan un umbral predeterminado. La MCU encapsula datos, incluido el nivel de radiación, la velocidad del vehículo, la información de ubicación del dispositivo en paquetes y controla el bloque de comunicación inalámbrica para enviar los paquetes de datos a la puerta de enlace (usando el módulo LoRa) o al centro de monitoreo (usando el módulo 3G/LTE).

Todos los componentes del detector de radiactividad fijo están integrados y encerrados en un recinto protector, acompañados de dispositivos mecánicos de montaje adecuados para las condiciones de funcionamiento. La figura 5b es la imagen del detector de radiactividad fijo real.

El dispositivo fijo: a diagramas de bloques de la arquitectura yb una imagen de su prototipo.

El dispositivo móvil se usa por separado para detectar con precisión la ubicación de una fuente de radiación o se usa junto con el dispositivo fijo para confirmar la existencia de la fuente de radiación después de que se active una advertencia principal desde el dispositivo fijo. Este dispositivo se puede considerar un dispositivo secundario de detección y advertencia, ya que proporciona información más específica sobre la fuente de radiación cuando se detecta y se puede utilizar para detectar radiación en casos especiales, como rincones ocultos, ubicaciones protegidas, espacios abiertos y dispersos fuera de la fábrica.

La arquitectura del sistema móvil de detección de radiación consta de bloques funcionales, como se describe en la Fig. 6a.

El bloque de posicionamiento y comunicación inalámbrica está diseñado de manera similar al bloque en el dispositivo fijo. Además, este bloque brinda la capacidad de conectarse e intercambiar información directamente entre dispositivos móviles y fijos en modo de operación coordinada. El receptor GPS del dispositivo móvil permite localizar la fuente de radiación. La ubicación se manejará en el servidor y se mostrará con precisión en el mapa que ayuda a que el monitoreo ocurra de manera continua y efectiva.

El bloque de procesamiento de señales y análisis de espectro está equipado con un detector de centelleo CsI(Tl) y un módulo de análisis de espectro gamma y de neutrones que permite medir fuentes de radiación con energías de 0,03 MeV a 3,0 MeV.

La unidad de microcontrolador (MCU) controla todas las operaciones del dispositivo móvil, en el cual, la MCU recibe datos del bloque de análisis de espectro y procesamiento de señal y el bloque de sensor de soporte realiza el análisis, almacena los datos y luego muestra los resultados de los niveles de radiación en la pantalla de visualización. La MCU encapsula y transmite datos a la puerta de enlace o comparte los datos con el dispositivo fijo a través del bloque de comunicación inalámbrica. Los datos encapsulados incluyen la tasa de dosis instantánea, la tasa de dosis promedio, la tasa de dosis máxima, las fuentes de radiación identificadas y la ubicación de las fuentes.

El bloque alimentado por batería recargable permite que el dispositivo funcione continuamente durante un máximo de 24 horas en el escenario sin advertencia y 8 horas continuas en el escenario de advertencia.

El dispositivo móvil está diseñado con un tamaño compacto y se puede utilizar como un dispositivo de mano, como se muestra en la Fig. 6b. El dispositivo altamente flexible es adecuado para verificar posiciones difíciles, especialmente en rincones ocultos y grietas estrechas, para determinar con precisión la ubicación de la fuente de radiación.

El dispositivo móvil: (a) diagramas de bloques de la arquitectura y (b) una imagen de su prototipo.

El dispositivo de puerta de enlace actúa como una estación centralizada para recibir datos de los dispositivos de detección de radiación y luego realizar funciones de agregación de datos y reenvío de datos al centro de operaciones y control (Servidor). La puerta de enlace también recibe datos de control y comandos de configuración del servidor y luego envía estos comandos a los dispositivos de detección de radiación correspondientes. La puerta de enlace está integrada con plataformas de comunicación multi-radio, como 3G/LTE y LoRa, para comunicarse con dispositivos de detección de radiación. Además, la puerta de enlace también está integrada con módulos WiFi y Ethernet para garantizar una comunicación confiable con el servidor.

Diseños e imágenes prototipo de (a) la puerta de enlace y (b) módulos LoRa, 3G/LTE y GPS equipados para dispositivos móviles y fijos.

La figura 7a es el diseño del diseño y la imagen real del dispositivo de puerta de enlace y la figura 7b es el diseño del diseño y la imagen real del módulo de comunicación integrado LoRa, 3G/LTE y el receptor GPS. El módulo de comunicación integrado se utiliza en todas las puertas de enlace, el dispositivo de detección de radiación fijo y el dispositivo de detección de radiación móvil. Dentro del alcance limitado de este documento, no mostramos en detalle el protocolo de comunicación LoRa de bajo consumo diseñado específicamente para este sistema de detección de radiación.

El centro de monitoreo y control incluye un sistema de servicios de servidor, herramientas de administración, software de monitoreo y alerta, procesos de manejo y procedimientos de detección y alerta de radiación. Sus componentes y funciones son los siguientes.

Los servidores de red y en la nube son responsables de comunicarse con los dispositivos de detección de radiación a través de la puerta de enlace o comunicarse directamente con los dispositivos de detección de radiación a través de la infraestructura de la red de comunicación móvil 3G/LTE. Los servidores de red y en la nube también son responsables de enviar comandos de control de los usuarios a los dispositivos.

El servidor de base de datos se encarga de almacenar los datos recibidos de los dispositivos de detección de radiación a través de un servidor de red. El servidor de la base de datos también es un lugar para organizar y almacenar el sistema y las bases de datos de los usuarios de acuerdo con la jerarquía de gestión diseñada.

El servidor de aplicaciones es el centro del subsistema de seguimiento y control. El servidor de aplicaciones proporciona herramientas de administración y gestión del sistema, monitoreo de datos, modelos de procesamiento de datos, modelos de advertencia y respuesta a incidentes de radiación. El servidor de aplicaciones crea un entorno que permite a los usuarios interactuar con el sistema y proporciona servicios y datos para las aplicaciones de los usuarios.

La aplicación de escritorio, la aplicación móvil y la aplicación web brindan monitoreo del entorno en tiempo real, controlan el sistema y configuran los modos de operación del dispositivo para revisar el historial de parámetros de detección y buscar la ubicación del dispositivo en un mapa interactivo digital. El software de aplicación de usuario también proporciona interfaces que permiten a los usuarios interactuar y operar el sistema, como crear y enviar comandos de control, crear comandos para configurar los modos de funcionamiento del dispositivo, configurar procesos de detección de radiación y servicios de alerta.

Sobre la base de las directrices técnicas del OIEA para abordar el problema del control de las fuentes huérfanas y otros materiales radiactivos en las industrias de producción y reciclaje de metales1,4,6 y los resultados reales de nuestra encuesta en las instalaciones de producción y reciclaje de metales en Vietnam, en esta sección proponemos: procesos de detección, identificación y alerta de radiación. Estos procesos están diseñados, desarrollados e integrados en el sistema IoRSS mencionado en la sección "Arquitectura del sistema y diseño de hardware para un sistema de sensor de radiación basado en IoT (IoRSS)".

Los objetos en un plan de respuesta a incidentes de radiación incluyen equipos humanos, materiales y especializados. El equipo especializado en el sistema IoRSS propuesto son los dispositivos fijos y móviles de detección de radiación, la puerta de enlace y el sistema de servicio del servidor. Los objetos involucrados en el plan de respuesta a incidentes de radiación pueden gestionarse y configurarse mediante un software funcional con el diagrama de flujo de actividades descrito en la Fig. 8.

Diagrama de flujo de gestión y configuración de objetos en el IoRSS.

El algoritmo para detectar y monitorear fuentes de radiación para activar un nivel de advertencia principal del dispositivo fijo de detección de radiación se muestra en el diagrama de flujo de la Fig. 9. En este algoritmo, el dispositivo fijo desempeña un papel en la detección y medición continuas de los parámetros de radiación y su envío. al servidor a través de una puerta de enlace utilizando la tecnología de comunicación por radio LoRa o transmitiendo directamente al servidor de red a través de una infraestructura de red de comunicación móvil 3G/LTE. Después de recibir los datos, el servidor de red almacena los datos en el servidor de la base de datos. Al mismo tiempo, los datos también se envían al servidor de aplicaciones para su procesamiento, análisis y prestación de servicios de supervisión en tiempo real para el software de aplicación.

Diagrama de flujo de detección de radiación y activación de alerta primaria en el dispositivo fijo.

Diagrama de flujo de confirmación de radiación y activación de alerta secundaria en el dispositivo móvil.

El servidor de aplicaciones proporciona un mapa de monitoreo en línea con la siguiente información: valor actual, valor promedio durante un período de tiempo determinado y valor máximo de radiación medida, ubicación del dispositivo y tiempo de medición. El servidor de aplicaciones también realiza algoritmos de análisis de datos sobre los datos recibidos. En caso de que el valor medido exceda un umbral predefinido, el servidor de la aplicación generará un nivel de alerta primario para que los usuarios puedan usar el dispositivo móvil para confirmar la existencia de la fuente de radiación, identificar el tipo de radiación, el tipo de radioisótopo (basado en el algoritmo de análisis de gráficos espectrales) y la ubicación exacta de la fuente de radiación. Cuando se inicializa el nivel de advertencia principal, el servidor de aplicaciones también envía un comando para controlar los dispositivos correspondientes para activar su alarma local con un altavoz, un zumbador o una linterna. Las advertencias de velocidad también se pueden generar cuando se detecta que un vehículo de transporte de chatarra se mueve demasiado rápido a través del dispositivo fijo de detección de radiación.

Cuando se recibe la advertencia principal del sistema, los usuarios utilizarán el dispositivo móvil para verificar y volver a confirmar. Los parámetros medidos desde los dispositivos móviles seguirán siendo enviados al servidor de red y procesados ​​por el servidor de aplicaciones. En función de la tasa de dosis de radiación confirmada en comparación con el nivel de los umbrales preconfigurados, el sistema activará un procedimiento de respuesta a incidentes correspondiente al nivel de peligro de la fuente de radiación detectada. El algoritmo para confirmar la fuente de radiación y activar el proceso de respuesta a incidentes de radiación del dispositivo móvil se muestra en el diagrama de flujo de la Fig. 10.

Según las recomendaciones del OIEA4, los incidentes de radiación se dividen en 3 niveles: el nivel 1 es peligroso cuando los valores medidos están en el rango: 0,3–1 μSv/h; el nivel 2 es un nivel muy peligroso cuando el valor medido está en el rango de 1 a 100 μSv/h; el nivel 3 es un nivel extremadamente peligroso cuando el valor de medición es superior a 100 μSv/h. Sin embargo, los niveles de umbral también se pueden ajustar de forma correspondiente (mediante un comando de configuración remota) al entorno de fondo en cada área específica. El algoritmo para analizar y procesar datos en el servidor de aplicaciones para activar los niveles de advertencia de incidentes de radiación se muestra en el Algoritmo 1.

Durante el procedimiento de manejo de incidentes de radiación, la persona a cargo es responsable de notificar e instruir a las unidades pertinentes para que manejen el incidente con prontitud. El sistema IoRSS proporciona una interfaz que permite al administrador crear contenidos de mensajes y enviarlos al servidor de aplicaciones. El sistema enviará automáticamente esta información a las unidades y personas pertinentes por SMS y correo electrónico. En la Fig. 11 se muestra el diagrama de flujo de la creación y el intercambio de información para apoyar la solución de problemas de radiación.

Diagrama de flujo de los canales de información de apoyo y proceso de manejo de incidentes radiológicos.

El sistema IoRSS también proporciona comandos para controlar los dispositivos de detección de radiación y consultar los parámetros de radiación de forma remota a través de la interfaz del software de la aplicación. Este mecanismo permite al usuario conocer el estado del dispositivo, configurar el modo de funcionamiento de los dispositivos y recopilar información sobre el entorno operativo del dispositivo sin tener que acercarse al dispositivo suponiendo que el entorno está contaminado radiactivamente.

En los procedimientos de control y actualización de la información de resolución de problemas, el administrador también puede usar la interfaz del sistema para actualizar la información sobre el progreso del control y la resolución de problemas, la recuperación de la fuente de radiación, limpiar el medio ambiente y terminar el problema de acuerdo con el algoritmo que se muestra en la Fig. 12.

Diagrama de flujo de los procesos de control y actualización de incidentes radiológicos.

Además del diseño del hardware y el desarrollo del protocolo de comunicación, un sistema de monitoreo y detección de radiación en tiempo real incluye software para monitorear y proporcionar la ubicación y el estado de los dispositivos de detección de radiación de forma periódica, continua o según se solicite. Este software también proporciona funciones operativas, administración del sistema, descentralización, estadísticas, informes y advertencias sobre situaciones especiales. Para lograr las funciones diseñadas y facilitar la futura expansión e integración del sistema, diseñamos las bibliotecas de la plataforma para brindar servicios basados ​​en la ubicación (LBS) que permiten la implementación de aplicaciones de actualización y acceso rápido a los datos en un proceso sincronizado. El software de utilidad está actualmente en desarrollo: posicionamiento de pantalla y software de vigilancia en tiempo real; software de administración de sistemas para la configuración del modo de funcionamiento y gestión (código, renovación, activo, inactivo, etc.) de los dispositivos; software de búsqueda y consulta de datos; utilidad de diagnóstico, depuración y recuperación del sistema; alerta/aviso automático según cada nivel vía SMS, email o llamada a los responsables en caso de eventos de aviso; el registro de vigilancia de servicios públicos y el suministro de instrucciones sobre cómo manejar situaciones especiales, como la tasa de dosis de radiación que excede el límite prescrito o la detección de material radiactivo en chatarra; y software que muestra los datos analíticos y estadísticos sobre la ubicación, el estado operativo del dispositivo, la tasa de dosis de radiación, la presencia de neutrones y el estado de energía de la batería en forma de tablas y gráficos.

Las Figuras 13 y 14 son algunas imágenes de aplicaciones basadas en la web y aplicaciones para teléfonos inteligentes, respectivamente, que muestran las funciones de administración y configuración de objetos, detección y advertencia de radiación, manejo de incidentes de radiación, control y actualización de incidentes de radiación, y vigilancia de fuentes de radiación en tiempo real. .

Aplicación de usuario con una interfaz basada en web, personalizada para usuarios vietnamitas.

Aplicación de usuario en un teléfono inteligente, personalizada para usuarios vietnamitas.

En esta sección, presentamos los resultados de extensas pruebas de campo en instalaciones de producción y reciclaje de chatarra para evaluar el desempeño de la propuesta.

Las fuentes radiactivas, si están presentes en la chatarra metálica, suelen estar protegidas por materiales metálicos, lo que da como resultado niveles muy bajos de radiación que se liberan al medio ambiente. Por tanto, para aumentar la probabilidad de ser detectado, la ubicación de la instalación del sistema de detección de radiación en este caso es fundamental. Con base en los resultados reales de la encuesta, sugerimos algunas de las mejores ubicaciones de instalación, que se encuentran en la entrada del camión de chatarra entrante, al lado de la estación de pesaje, en la grúa utilizada para transportar materiales, al lado del control deslizante de entrada/salida, en el electroimán utilizado para levantar y manipular la chatarra en el patio, o frente a la puerta del horno de metal. Los dispositivos de detección de radiación instalados en estos lugares permitirían una mayor sensibilidad en la detección de fuentes huérfanas al tiempo que garantizarían un impacto mínimo en las actividades de producción de la instalación.

Diagrama del despliegue e instalación de IoRSS en una planta de reciclaje de chatarra.

Prueba del sistema de detección radiactiva en una planta de reciclaje de chatarra.

La figura 15 ilustra un escenario para la instalación de un sistema de detección radiactiva en una instalación de reciclaje de chatarra. En consecuencia, se dispone un dispositivo fijo de detección de radiación en un lado de la entrada para medir los niveles de radiación de los vehículos que transportan chatarra al ingresar a la instalación de reciclaje. El detector de radiación se puede instalar en el gancho de la grúa, que es movido por el mecanismo de movimiento de la grúa. El detector de radiación está conectado a la unidad central de procesamiento del dispositivo fijo a través de un cable dispuesto en el conducto colgante. El sistema de grúa lleva la chatarra del vehículo de transporte al área de recolección de chatarra de entrada para prepararla para colocarla en el horno o transportar el producto fundido de salida al patio de salida. Según esta instalación, el detector radiactivo se acerca siempre a la chatarra de entrada y al producto de salida a la mejor distancia para poder detectar la menor fuente radiactiva, si la hubiera, bien en la chatarra o en el producto de salida (en el peor de los casos). , se pierde la capacidad de detectar radiactividad en la entrada). Si se detecta radiación, el dispositivo fijo emitirá una alerta local y enviará una advertencia principal al servidor. Los radiólogos pueden usar dispositivos móviles para verificar la advertencia principal y detectar con precisión la ubicación, el nivel y el tipo de fuente de radiación. Además, también se pueden colocar cámaras y acelerómetros (que no se muestran en la figura) en lugares adecuados para registrar imágenes y determinar la velocidad de cada vehículo al salir y dirigirse a la instalación de reciclaje.

Después de ser ensamblado y dosificado en el laboratorio, el sistema propuesto fue probado varias veces en el campo. La configuración de prueba incluye un dispositivo fijo y dos dispositivos móviles. El dispositivo fijo se instala de acuerdo con el esquema recomendado, como se muestra en la Fig. 15. La Figura 16 incluye imágenes de un sistema de prueba en una instalación de fundición de chatarra. Los resultados muestran que el sistema de detección de radiación funciona de manera estable y no afecta el funcionamiento de la fundición. Las principales actividades de prueba y sus resultados se muestran en la Tabla 1.

El dispositivo fijo de detección de radiación está estandarizado a un campo de referencia radiométrica (medición de tasa de dosis) con fuentes gamma estándar como 137Cs, 60Co, 133Ba, 241Am y 228Th. El dispositivo móvil de detección de radiación es un analizador de espectro (recuentos registrados en el tiempo) y también está estandarizado con las fuentes radiactivas anteriores. La precisión y fiabilidad de los dispositivos de detección de radiactividad se han confirmado mediante pruebas reales. Después de que el dispositivo fijo con sistema de monitoreo de la tasa de dosis detecta un cambio en el campo de radiación (tasa de dosis aumentada) y emite una alarma principal, se activa el dispositivo móvil para determinar el tipo de fuente de radiación y su fuente de actividad mediante el análisis del espectro de radiación registrado. en la pantalla del dispositivo.

Para evaluar la capacidad de detectar fuentes radiactivas del sistema IoRSS propuesto, probamos un sistema prototipo que consiste en un detector radiactivo fijo y un detector radiactivo móvil en una instalación de reciclaje de chatarra en la provincia de Bac Ninh, Vietnam.

La medición de la tasa de dosis gamma promedio durante el período de prueba del 19 de marzo de 2021 al 20 de abril de 2021.

La Figura 17 es el resultado de la medición de la tasa de dosis gamma promedio durante el período de prueba del 19 de marzo de 2021 al 20 de abril de 2021. Se puede ver que el valor gamma registrado por el sistema IoRSS varía con el nivel de fondo de radiación promedio del área de prueba (alrededor de 0,06 μSv/h). Durante el período de prueba, el sistema IoRSS no detectó fuentes radiactivas en la instalación de reciclaje de chatarra. El gráfico de la Figura 19 muestra que los días 6 y 7 de abril de 2021 se produjo un aumento repentino del nivel medio de radiación gamma (alrededor de 0,2 μSv/h). El motivo es que durante este tiempo, el equipo de investigación utilizó una fuente radiactiva de baja actividad (fuente radiactiva utilizada en investigación) colocada aleatoriamente en la chatarra para comprobar la capacidad de detección, alerta e identificación de la fuente radiactiva del sistema IoRSS. . Los resultados de las pruebas mostraron que el sistema IoRSS detectó con precisión la ubicación de la fuente radiactiva, activó el nivel de advertencia de radiación correspondiente y reconoció esta fuente radiactiva (137Cs).

El sistema propuesto se diseñó inicialmente para identificar tres tipos comunes de fuentes de radiación industrial que emiten rayos gamma: 192Ir, 137Cs y 60Co. Las energías de rayos gamma de estas fuentes son 317 keV, 662 keV, 1173 keV y 1332 keV, respectivamente46. En los experimentos, los autores utilizaron 133Ba (356 keV) en lugar de 192Ir debido a la disponibilidad en el laboratorio de calibración. Los rayos gamma de estas dos fuentes tienen niveles de energía relativamente cercanos.

En el espectro de radiación de rayos gamma medido, aparecerán tres regiones pico correspondientes a las energías anteriores. Por lo tanto, el algoritmo para determinar los nombres de las fuentes radiactivas se diseña de la siguiente manera.

Si hay un pico local en el rango de 300-400 keV mientras que el nivel de 400 keV es bajo, el isótopo de radiación se considera 133Ba.

Si hay un pico local en el rango de 600-720 keV mientras que el nivel de 800 keV es bajo, el isótopo de radiación se considera 137Cs.

Si hay dos picos locales con niveles de energía superiores a 1100 keV, podría haber una fuente de 60Co.

Determinar el nombre de la fuente según la región de energía es más cómodo, fácil y rápido que tener que ajustar la máquina, calculando el canal exacto correspondiente al pico. Los espectrómetros de radiación en condiciones de funcionamiento en el entorno, cerca de la fuente de calor, a menudo se desvían un 10 %, por lo que es razonable tomar la región del pico de forma que el pico del espectro, incluso si se desvía, sigue estando en la región seleccionada.

La fuente de neutrones utilizada en la industria suele ser una fuente Ra-Be o Am-Be. Aunque son fuentes de neutrones, estas fuentes siempre producen un campo de radiación gamma acompañante. Eso es porque el polvo Ra, además de emitir partículas alfa que forman neutrones, también emite radiación gamma. La fuente 241Am emite una gamma suave de 59 keV, pero el neutrón generado interactúa con la materia circundante en respuesta a la captura de radiación, por lo que todavía produce fluctuaciones en la tasa de dosis del campo gamma. Los sistemas de medición de neutrones en general tienen una baja eficiencia de registro (debido a la pequeña probabilidad de interacción de neutrones con el detector) y el uso de registradores de neutrones requiere operadores bien capacitados. Sin embargo, hay una manera simple de detectar neutrones: use un convertidor de parafina mezclado con polvo de Bo. Los neutrones frenados por la parafina serán absorbidos por B10 en Bo (que tiene una proporción de isótopos del 19,5%) y emiten gamma de 478 keV. Estos detectores de centelleo de registro gamma tienen una eficiencia de registro gamma muy alta, cercana al 100% con un espesor de cristal de 3 cm. Esta es una forma eficiente de detectar neutrones. Las regiones espectrales específicas para identificar las fuentes de 192Ir, 137Cs y 60Co son independientes de la región de 478 keV, por lo que la región de 478 keV (tomada de aproximadamente 420 a 550) se usa para confirmar la presencia de neutrones. Debido a que la gamma emitida de 478 keV es un pico grande, la evaluación de los neutrones se basa en el siguiente algoritmo:

Sin picos de 192Ir o 133Ba, 137Cs y 60Co (como el algoritmo descriptor de la función de detección de fuente gamma).

La tasa de conteo aumenta en la región de 420 keV a 550 keV.

Las fuentes radiactivas que deben identificarse son las utilizadas en la industria, la medicina y la irradiación para la conservación y esterilización de alimentos. Estas son fuentes de impacto en la salud humana si se pierden en el medio ambiente y son objetos que necesitan ser detectados e identificados si se mezclan con chatarra. Las fuentes de radiómetro estándar en el laboratorio no están incluidas en la detección de este sistema.

El rendimiento y las especificaciones de los dispositivos de radiación fijos y móviles se enumeran en los Cuadros 2 y 3, respectivamente. La Figura 18 muestra los espectros de energía de algunas fuentes radiactivas medidos por dispositivos móviles. Los picos en los gráficos de 137Cs, 133Ba y 60Co están alrededor de 670 keV, 345 keV, 1160 keV y 1345 keV, respectivamente. En comparación con los datos de 46, los errores correspondientes son de aproximadamente 1,2 %, 3,1 %, 1,1 % y 1,0 %. Los pequeños desplazamientos de los picos no tienen efecto a la hora de identificar los tres isótopos de radiación. Sin embargo, al identificar fuentes con niveles de energía cercanos, estos errores pueden causar confusión. En este caso, las posibles soluciones podrían ser ampliar el tiempo de captura, aplicar un filtro o personalizar el algoritmo de identificación.

Gráfico espectral de fuentes radiactivas detectadas por dispositivos móviles (cada canal corresponde a aproximadamente 2,06 keV).

Para evaluar la confiabilidad de las comunicaciones inalámbricas de LoRa y garantizar un intercambio de datos confiable y cumplir con los requisitos en tiempo real de IoRSS, configuramos las siguientes configuraciones y escenarios. Una puerta de enlace está en un lugar fijo y de 1 a 15 dispositivos móviles (con módulos LoRa) se implementan a su alrededor como nodos LoRa. La distancia desde la puerta de entrada a los nodos va desde los 500 ma los 3500 m en el medio urbano. El factor de dispersión, el ancho de banda, la tasa de codificación, la potencia de transmisión y el tamaño de la carga útil de los nodos son 10, 125 kHz, 4/8 y 17 dBm, respectivamente. Evaluamos la tasa de pérdida de paquetes sobre la cantidad de nodos (densidad de la red), la distancia de transmisión, el ciclo de trabajo (ciclo de envío de paquetes) y la longitud del paquete.

En la primera prueba, enviamos 200 mensajes de 100 bytes de longitud cada 30 s. Como se muestra en la Fig. 19, todos los nodos tienen la misma forma del gráfico, que muestra la relación entre la distancia de transmisión y la tasa de pérdida de paquetes. Esto significa que los nodos de prueba tienen una buena confiabilidad de comunicación si la distancia es inferior a 2,5 km y la tasa de pérdida de paquetes comienza a aumentar drásticamente si la distancia es superior a 2,5 km. En teoría, la distancia de transmisión de LoRa oscila entre 2 y 3 km en entornos urbanos, y los resultados de esta prueba han demostrado que nuestro sistema propuesto, en la práctica, aún garantiza la distancia de transmisión, de acuerdo con la teoría. Aunque existe una alta tasa de pérdida de paquetes cuando la distancia es superior a 3 km, podemos reducir esta tasa utilizando una antena de mayor ganancia o colocando la puerta de enlace en una posición más alta para garantizar la línea de visión de la propagación.

Tasa de pérdida de paquetes promedio en función del rango de transmisión.

La Figura 20 muestra la relación entre la tasa de pérdida de paquetes, el ciclo de trabajo y la cantidad de nodos activos. En este escenario de prueba, el tamaño de cada paquete de longitud fija es de 100 bytes. A medida que aumenta el número de nodos, también aumenta la tasa de pérdida de paquetes. Esto es obvio porque a medida que aumenta la cantidad de nodos activos, aumenta la cantidad de paquetes enviados al sistema, lo que genera un aumento en la probabilidad de colisiones de paquetes y un aumento en la tasa de pérdida de paquetes. Sin embargo, cuando la frecuencia de envío de paquetes es baja, aunque aumente la cantidad de nodos, el sistema aún funciona de manera estable y confiable con una tasa de pérdida de paquetes de menos del 2%.

Cuando el ciclo de envío de paquetes es de hasta 160 paquetes/hora (es decir, se envía un paquete cada 22,5 s en promedio), la tasa de pérdida de paquetes es bastante alta, hasta un 10 % y un 6 %, respectivamente, para 15 y 10 nodos activos. Sin embargo, el protocolo de comunicación LoRa en este sistema está diseñado para operar con el mecanismo de reconocimiento (ACK), por lo que en un ciclo de trabajo alto, aún garantiza que los paquetes lleguen a la puerta de enlace/servidor correctamente. Cabe destacar que este es un escenario de prueba con una distancia de transmisión de hasta 2,5 km. De hecho, el rango operativo de los dispositivos es normalmente de unos pocos cientos de metros en el área de las instalaciones populares de reciclaje de chatarra. A esta distancia, la tasa de pérdida de paquetes es casi cero, como se muestra en la Fig. 19. Si los dispositivos de detección de radiación necesitan operar fuera de la cobertura de la puerta de enlace, el módulo de comunicación 3G/LTE en estos dispositivos se activará para garantizar una conexión confiable. conexión entre los dispositivos y el servidor.

Tasa promedio de pérdida de paquetes en función de los ciclos de trabajo.

El siguiente escenario de prueba evalúa el efecto de la longitud del paquete en el rendimiento del sistema. A medida que aumenta la longitud del paquete, también aumenta el tiempo para realizar la modulación en el nodo y la demodulación en la puerta de enlace. Además, aumentar el tamaño del paquete conduce a aumentar el tiempo en el aire del paquete. Por lo tanto, durante el procesamiento de paquetes, si también se envía otro paquete, el nuevo paquete entrante se considerará una interferencia y se descartará.

La Figura 21 representa la relación entre la tasa de pérdida de paquetes, la longitud del paquete y la cantidad de nodos activos. En este escenario de prueba, cada nodo envía cinco paquetes por minuto. Los resultados muestran que a medida que aumenta la longitud del mensaje, también aumenta la tasa general de pérdida de paquetes. Sin embargo, a diferencia del efecto del ciclo de trabajo, la longitud del paquete tiene poco impacto en el rendimiento del sistema. Cuando la longitud del mensaje es de hasta 200 bytes y hay 15 nodos activos, la tasa de pérdida de paquetes es solo del 0,9 %. Este resultado muestra que la puerta de enlace logra un alto rendimiento bajo una carga alta.

Tasa de pérdida de paquetes promedio en función de la longitud del paquete.

En esta subsección, evaluamos la latencia y el retraso en el procesamiento de la comunicación por radio entre los dispositivos de detección de radiación y la puerta de enlace en función del parámetro de tiempo en el aire (ToA). Debido a que el módulo de comunicación de los dispositivos de detección de radiación y la puerta de enlace están integrados con el módulo LoRa SX1276, utilizamos la herramienta Calculadora de módem LoRa47 para calcular, seleccionar y configurar los parámetros del módem LoRa, la configuración de paquetes y la frecuencia de radio relevantes para el IoRSS propuesto. sistema. LoRa Modem Calculator Tool47 es un software de código abierto, proporcionado gratuitamente por Semtech. Esta es una herramienta común utilizada por muchos investigadores para el desarrollo de hardware LoRa. La Figura 22 es una captura de pantalla de la interfaz de la herramienta calculadora de módem LoRa que está instalada en la computadora HUST, con parámetros específicos seleccionados de acuerdo con el sistema IoRSS propuesto. Por ejemplo, como se muestra en la Fig. 22, la longitud de carga útil = 57 bytes y el preámbulo programado = 8 bytes corresponden a la estructura de mensaje diseñada intercambiada entre los detectores de radiación y el concentrador de puerta de enlace IoRSS en el sistema IoRSS (la estructura de mensaje diseñada no es presentado en este artículo debido a limitaciones de espacio), la frecuencia seleccionada es 915 MHz, que es una banda de frecuencia no registrada en Vietnam, la potencia de transmisión se establece en 17 dB, lo que permite una comunicación confiable entre dispositivos inalámbricos dentro de unos pocos cientos de metros de acuerdo con el tamaño de instalaciones típicas de reciclaje de metales en Vietnam. Los parámetros utilizados para calcular la latencia y el retraso de procesamiento se mencionan en la hoja de datos de LoRa SX127x48. En la próxima prueba, mediremos y evaluaremos dos parámetros: el tiempo de ida y vuelta (RTT) y el tiempo de procesamiento en la puerta de enlace. El RTT es la duración, medida en milisegundos, calculada desde el momento en que un nodo envía un mensaje hasta el momento en que recibe una respuesta de un servidor. La formulación para calcular RTT es como se muestra en la ecuación. (1), donde \(T_p\) es el tiempo de propagación, que es igual al tiempo en el aire (ToA) en esta prueba, y \(T_s\) es el tiempo de procesamiento en la puerta de enlace.

Para medir el tiempo de procesamiento \(T_s\), usamos la misma configuración para la puerta de enlace y los nodos que en el escenario de prueba de distancia y confiabilidad anterior. En esta prueba, cada nodo transfiere aleatoriamente 100 bytes a la puerta de enlace. La distancia entre los nodos y la puerta de enlace se fija en 1 km. El número de nodos varía de 5 a 50. Capturamos el momento en que un nodo comienza a enviar un mensaje y el momento en que el nodo recibe un mensaje ACK de la puerta de enlace para calcular los RTT. También capturamos la hora en que la puerta de enlace recibió mensajes de los nodos y la hora en que la puerta de enlace envió mensajes ACK para calcular el tiempo de procesamiento en la puerta de enlace. Los parámetros ToA se calculan según la fórmula que se muestra en la hoja de datos del SX127x48. En esta prueba, usamos LoRa Modem Calculator Tool47 para calcular el valor exacto del parámetro ToA correspondiente a la configuración en este escenario de prueba. Como se muestra en la Fig. 22, ToA en este escenario de prueba es 985,09 ms.

Cálculo de ToA en LoRa Modem Calculator Tool48.

Latencia y retardo de procesamiento en función del número de nodos.

Los resultados analizados en la Fig. 23 muestran que a medida que aumenta la cantidad de nodos que se conectan y envían datos a la puerta de enlace, aumenta el tiempo de procesamiento en la puerta de enlace y, por lo tanto, aumenta el RTT. Esto es obvio porque a medida que aumenta la cantidad de nodos, aumenta la cantidad de datos enviados a la puerta de enlace, lo que lleva a un aumento en el tiempo de procesamiento y los recursos en la puerta de enlace. Sin embargo, en el sistema propuesto, el tiempo de procesamiento en la puerta de enlace oscila entre 20 ms para 10 nodos y 250 ms para 50 nodos. Este resultado es aceptable y satisface absolutamente el requisito de latencia (la latencia es inferior a 300 ms en un sistema LoRa común con la misma configuración).

El consumo de energía de un nodo depende de dos componentes principales: el funcionamiento del procesador y el funcionamiento del transceptor del módulo LoRa. En el sistema propuesto, el nodo usa un STM32L072RBT649 como unidad procesadora (MCU), y el módulo LoRa usa el chip RFM9550 para el transceptor de radio. Los resultados de los cálculos teóricos (basados ​​en la hoja de datos de STM32L072RBT6 y RFM95) y los resultados de las pruebas prácticas muestran que en un modo de funcionamiento normal (16 MHz), el nodo (solo funciona la MCU) consume aproximadamente 1,8 (μA). En modo de suspensión, el consumo de corriente es de 0,35 (μA). Para el módulo Lora, a distancias de transmisión cortas, la corriente consumida al transmitir es de 23 mA y la corriente consumida al recibir es de 11 mA. La Figura 24 es una imagen de la prueba de rendimiento del nodo LoRa y la medición del consumo de energía. Los resultados experimentales se comparan con los resultados de los cálculos teóricos publicados en los documentos de diseño del módulo transceptor LoRa (módulo LoRa SX1278 utilizando el chip RFM95) y la unidad de microprocesador (STM32L072RBT6) para demostrar el rendimiento del hardware diseñado y prototipado en este trabajo. La Tabla 4 resume los resultados de la medición.

Prueba de rendimiento del nodo Lora y medición del consumo de energía.

En esta sección, los autores discuten algunos temas importantes relacionados con el desempeño y la aplicabilidad del sistema propuesto. Los puntos de discusión incluyen la evaluación de los resultados actuales, limitaciones y posibles aplicaciones; el costo del sistema y la relación costo-eficiencia; la necesidad de pruebas más intensivas en condiciones reales de trabajo; y trabajos futuros.

En este estudio, los autores han propuesto una Internet completa del sistema de sensores de radiación. El trabajo es un diseño experimental aplicable a un problema técnico que es realmente significativo para la sociedad. Entre los resultados clave de este estudio, el hardware de detección de radiación y el sistema IoT son los más importantes. Primero, con respecto a la medición de la radiación y la resolución de la energía de los rayos gamma, en comparación con el estudio similar12 que utilizó un detector más grande, este estudio logra un resultado relativamente bueno. Los espectros de energía del estudio de referencia son un poco mejores que los del estudio propuesto; esto podría deberse al mayor tamaño del cristal de centelleo. Sin embargo, los detectores de ambos estudios son excelentes para identificar los isótopos radiactivos industriales comunes. En segundo lugar, la red y el protocolo IoT del sistema propuesto se construyen en base a diseños robustos. Este podría ser uno de los primeros sistemas IoT regionales y de bajo costo en el campo de la detección de radiación para el reciclaje de chatarra. Por lo tanto, los autores midieron los parámetros de comunicación en lugar de comparar el sistema IoT propuesto con un diseño de referencia. Aunque esto podría ser una limitación que debería abordarse en el próximo estudio, el sistema IoT propuesto se adapta bien a los requisitos para conectar los dispositivos en el sistema propuesto.

Debido a que todo el sistema está totalmente modularizado, el IoRSS propuesto se puede personalizar fácilmente no solo con detectores y otro hardware, sino también con la red y el protocolo de IoT. Esto hace que el sistema sea más flexible y factible. El diseño propuesto podría ser una buena opción para que los países en desarrollo sigan las recomendaciones de la Agencia Internacional de Energía Atómica. El sistema también es una solución para que las fábricas de reciclaje mejoren la clasificación de sus productos al equipar dispositivos de control de seguridad radiológica. Esto significa que el sistema propuesto beneficia no solo a las plantas de reciclaje de metales, sino a toda la sociedad.

El costo del sistema puede no ser un gran problema cuando está ampliamente equipado para muchas instalaciones de reciclaje de chatarra. Las principales razones son: (i) el costo del sistema propuesto no es muy alto y se reducirá fuertemente en la producción en masa; (ii) tanto los costos de inversión como los ingresos de las fábricas de reciclaje de metales suelen ser elevados; y (iii) existe regulación sobre la responsabilidad de detectar fuentes radiactivas para el reciclaje de chatarra4. Con respecto a (i), el costo de todo el sistema depende principalmente de los detectores de radiación, las unidades de hardware y el sistema IoT. En la configuración propuesta, el uso de dos tipos bien conocidos de detectores de radiación hace que el costo sea menos efectivo que los sistemas de un solo detector. Sin embargo, la arquitectura y el diseño del sistema permiten que varias fábricas compartan el mismo dispositivo móvil y el mismo sistema IoT. Esta utilización podría ser una buena solución para los países en desarrollo, donde muchas instalaciones de reciclaje de metales de pequeña y mediana escala están distribuidas en la misma región. Al considerar (ii), los autores comparan el costo del sistema propuesto (unidades de diez mil USD) y los costos de inversión (unidad de millones de USD) y los ingresos (unidad de millones de USD) del reciclaje de chatarra de mediana escala. instalaciones. En fábricas de pequeña escala, el sistema propuesto podría ser un equipo de lujo; sin embargo, existe el hecho de que la salida de las instalaciones de pequeña escala es comúnmente la entrada de las fábricas más grandes. Por lo tanto, la instalación de fábricas de reciclaje de metales de gran y mediana escala todavía tiene un significado para la sociedad. Además, cuando todos los países obliguen a todas las plantas de reciclaje de metales a estar equipadas con detectores de radiación, como se menciona en (iii), el pequeño aumento en el costo de producción será un problema mundial; por lo tanto, no es un problema para ninguna fábrica específica.

Además del problema financiero, existe una compensación entre el costo de inversión, la capacidad de detección de radiación y la velocidad de respuesta. El primer punto aquí sería la densidad de los dispositivos de detección de radiación en el sistema IoRSS en comparación con la efectividad de la detección y los costos asociados con esa densidad. Para aumentar la probabilidad de detección de radiación en un área grande, se requiere instalar una gran cantidad y densidad de dispositivos. La eficiencia de detección también depende del tipo y tamaño de los detectores de radiación; los detectores más avanzados y más grandes presentan un mejor rendimiento41. Sin embargo, en este estudio no se ha realizado ningún análisis económico para comprender la relación entre el dinero gastado en dispositivos y la probabilidad de detección.

El siguiente punto aquí sería la relación entre la tasa de alarmas molestas y la velocidad de respuesta del sistema. El dispositivo estacionario está configurado para actualizar la tasa de dosis cada 1 segundo. Sin embargo, para reducir la alarma molesta a tasas de dosis bajas, el algoritmo del software requiere hasta 5 segundos para la confirmación. Incluso cuando la alarma es inestable, se necesita más tiempo para poner en funcionamiento el dispositivo móvil. El algoritmo del software se puede configurar fácilmente para responder más rápido; sin embargo, una tasa de dosis de fondo alta puede activar una falsa alarma y perturbar el funcionamiento de la fábrica. Por lo tanto, en términos de velocidad de respuesta, el sistema propuesto no es en tiempo real como el significado genérico. Sin embargo, en comparación con el tiempo de espera de la producción de metales, esta velocidad es suficiente para detectar y aislar el riesgo de reciclar materiales radiactivos.

Para validar completamente el sistema propuesto, pruebas más intensivas en condiciones reales de trabajo. Realizar más experimentos en fábricas de reciclaje de chatarra podría hacer que el sistema propuesto sea más completo y práctico. Además, probar el sistema en condiciones idénticas ayuda a los autores a aislar los efectos de asociación. Aunque esto podría ser una limitación actual del estudio, no es fácil realizar muchos experimentos en plantas de reciclaje de chatarra. La razón es que en los países en desarrollo, el reciclaje de chatarra comúnmente contamina el medio ambiente; en particular, contaminando el aire al fundir la chatarra. Por lo tanto, los propietarios de las instalaciones desconfían de todas las investigaciones relacionadas con las mediciones en sus fábricas, independientemente de las explicaciones. Por lo tanto, los investigadores tuvieron pocas oportunidades de realizar los experimentos en las condiciones de trabajo deseadas dentro de las fábricas. Para superar este desafío, el apoyo y los permisos legales de los gobiernos son útiles.

La aplicabilidad del IoRSS se ampliaría si el hardware de medición mejorara significativamente en tamaño y costo; el sistema de comunicación IoT se valida con escalas más grandes en condiciones ambientales adversas; todo el sistema se prueba intensamente en varios tipos y escalas de instalaciones de reciclaje de metales. Además, la realización de más estudios para abordar el equilibrio entre la alarma molesta y la sensibilidad haría que IoRSS fuera más eficaz.

En este artículo, hemos diseñado y desarrollado Internet of Radiation Sensor System (IoRSS) para detectar fuentes radiactivas fuera del control regulatorio en instalaciones de reciclaje y recolección de chatarra de hierro y acero. El IoRSS consiste en una red de dispositivos de detección de radiación estacionarios y móviles conectados de forma inalámbrica que utilizan el protocolo de comunicación por radio LoRa. El dispositivo de detección de radiación, basado en la combinación de tubos GM y centelladores CsI(Tl), se probó exhaustivamente en múltiples condiciones, incluida la operación a alta temperatura, alta aceleración y en un campo magnético alto en instalaciones reales de reciclaje y producción de chatarra. Los resultados de las pruebas muestran que con la propuesta de algoritmos, enfoques, herramientas de software, especificaciones para la integración de datos y la automatización del procesamiento de la información para optimizar los recursos limitados, los IoRSS brindan una capacidad de detección más robusta y mejoran el uso del análisis de datos en el evaluación de la detección y respuesta a incidentes de radiación. Además, construir un sistema de detección de radiación basado en un sistema IoT ahorra una gran cantidad de energía, aumenta las tasas de transferencia de datos y reduce la latencia.

Las principales características técnicas del sistema IoRSS propuesto se pueden resumir de la siguiente manera:

Comunicación: uso de tecnología de comunicación por radio LoRa de baja potencia para comunicarse entre los dispositivos de detección de radiación y la estación de entrada. Uso de la infraestructura de la red de comunicación móvil para comunicarse entre la puerta de enlace y el centro de control (nube/servidor).

Monitoreo de ubicación: proporcione y muestre una ubicación precisa del dispositivo con una precisión de posicionamiento GPS de alrededor de 5 m en buenas condiciones climáticas y ambientales.

Detección e identificación de fuentes de radiación: proporciona información sobre la cantidad de pulsos de radiación y la tasa de dosis en el sitio de medición, y activa una alerta cuando la radiación supera un umbral determinado. Capaz de identificar fuentes radiactivas sobre la base de una función de análisis de gráficos espectrales.

Estructura mecánica: El dispositivo tiene una estructura mecánica adecuada para su instalación en pequeñas y medianas instalaciones de reciclaje de chatarra y acero. El método de montaje garantiza la seguridad del dispositivo y no afecta el funcionamiento normal de las instalaciones. El tamaño físico del dispositivo móvil es adecuado para el uso portátil.

Control y configuración: el dispositivo tiene la función de ajuste/consulta de configuración remota a través de SMS (configuración de ajuste/consulta por mensaje de teléfono móvil) o TCP/IP (utilizando la interfaz web).

Procedimientos de alerta y respuesta a incidentes de radiación: El sistema IoRSS proporciona niveles de alerta y activa los procedimientos de detección de radiación y respuesta a incidentes correspondientes al nivel de peligro de la fuente radiactiva que se detecta.

Alimentado por batería: Dispositivos móviles alimentados por baterías recargables. El tiempo medio de funcionamiento de cada carga completa de la batería es de 3 días.

Software de monitoreo: el software funciona de manera estable con las funciones de acceso descentralizado, informes estadísticos, monitoreo en línea y en tiempo real, control y configuración remotos y funciones de alta seguridad.

En el futuro, el sistema IoRSS se expandirá para que sea compatible con varias otras tecnologías de detección nuclear y se conectará para formar un sistema inteligente de monitoreo y vigilancia. También se integrarán varios tipos de sensores y detectores en el sistema para permitir la detección de otros tipos de materiales peligrosos, como explosivos, agentes biológicos y armas. La incorporación de sensores y detectores estacionarios de diversos tipos montados en una variedad de plataformas portátiles, como vehículos aéreos no tripulados y dispositivos portátiles, podría mejorar drásticamente la eficacia de IoRSS y se puede implementar fácilmente en nuestros procesos y dispositivos operativos existentes. El próximo estudio previsto se centrará en mitigar algunos de los desafíos relacionados con las redes basadas en IoT, como la heterogeneidad de los dispositivos, el procesamiento de la generación de grandes datos heterogéneos no estructurados mediante sensores y la seguridad de los datos. También desarrollaremos algoritmos avanzados y modelos de procesamiento de datos utilizando inteligencia artificial para proporcionar servicios y aplicaciones inteligentes.

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Descargar referencias

Este trabajo fue apoyado por el Departamento de Ciencia y Tecnología de Bac Ninh (DOST) bajo el código de proyecto KCBN-(07).18.

Universidad de Ciencia y Tecnología de Hanoi, Hanoi, Vietnam

Vinh Tran-Quang y Hung Dao-Viet

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T.-QV contribuyó a la arquitectura del sistema para un sistema de sensor de radiación basado en IoT (IoRSS) y los protocolos de operación de IoRSS, D.-VH realizó el diseño del hardware, probó y analizó los resultados. Todos los autores contribuyeron a escribir el manuscrito.

Correspondencia a Vinh Tran-Quang.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Tran-Quang, V., Dao-Viet, H. Un sistema de sensor de radiación de Internet (IoRSS) para detectar fuentes radiactivas fuera del control regulatorio. Informe científico 12, 7195 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-11264-y

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Recibido: 03 Diciembre 2021

Aceptado: 20 de abril de 2022

Publicado: 03 mayo 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-11264-y

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