RU2262097C1 - Meethod for detection of explosive in inspected subject - Google Patents
Meethod for detection of explosive in inspected subject Download PDFInfo
- Publication number
- RU2262097C1 RU2262097C1 RU2004107787/28A RU2004107787A RU2262097C1 RU 2262097 C1 RU2262097 C1 RU 2262097C1 RU 2004107787/28 A RU2004107787/28 A RU 2004107787/28A RU 2004107787 A RU2004107787 A RU 2004107787A RU 2262097 C1 RU2262097 C1 RU 2262097C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gamma
- energy
- mev
- radiation
- gamma rays
- Prior art date
Links
- 239000002360 explosive Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title abstract description 22
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 274
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 113
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 73
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 36
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 claims description 78
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 41
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 25
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims description 18
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 16
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 claims description 11
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 7
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 125000001309 chloro group Chemical group Cl* 0.000 claims description 6
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 claims description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 44
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 35
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 22
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 18
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 13
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 7
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 7
- -1 thallium activated sodium iodide Chemical class 0.000 description 7
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 6
- FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M sodium iodide Chemical compound [Na+].[I-] FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 4
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 4
- QJGQUHMNIGDVPM-OUBTZVSYSA-N nitrogen-15 Chemical group [15N] QJGQUHMNIGDVPM-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 4
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 4
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 4
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-IGMARMGPSA-N oxygen-16 atom Chemical group [16O] QVGXLLKOCUKJST-IGMARMGPSA-N 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 235000009518 sodium iodide Nutrition 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 2
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000011888 autopsy Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000010985 leather Substances 0.000 description 1
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001386 lithium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000002601 radiography Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K trilithium;phosphate Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[O-]P([O-])([O-])=O TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
- G01N23/221—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by activation analysis
- G01N23/222—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by activation analysis using neutron activation analysis [NAA]
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
- G01V5/20—Detecting prohibited goods, e.g. weapons, explosives, hazardous substances, contraband or smuggled objects
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
- G01V5/20—Detecting prohibited goods, e.g. weapons, explosives, hazardous substances, contraband or smuggled objects
- G01V5/22—Active interrogation, i.e. by irradiating objects or goods using external radiation sources, e.g. using gamma rays or cosmic rays
- G01V5/234—Measuring induced radiation, e.g. thermal neutron activation analysis
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Предлагаемое изобретение относится к области нейтронно-радиационного анализа материалов и преимущественно может быть использовано в целях борьбы с терроризмом и организованной преступностью для обнаружения азотосодержащих взрывчатых веществ в контролируемых предметах без их вскрытия.The present invention relates to the field of neutron radiation analysis of materials and can mainly be used to combat terrorism and organized crime to detect nitrogen-containing explosives in controlled objects without opening them.
Уровень техникиState of the art
Противодействие незаконному обороту взрывчатых веществ и террористическим актам с их использованием стало одной из основных задач деятельности служб безопасности в борьбе с международным терроризмом и организованной преступностью. Одно из направлений этого противодействия связано с организацией в аэропортах, в государственных и дипломатических учреждениях, на атомных электростанциях контроля таких предметов, как портфели, сумки, баулы, чемоданы, электронная аппаратура, компьютеры, мобильные телефоны и тому подобное, а также почтовых отправлений, поскольку именно они наиболее часто используются преступниками для размещения взрывчатых веществ при их незаконной транспортировке или совершении террористических актов. Необходимость контроля больших потоков почтовых отправлений или проведения досмотра ручной клади и багажа пассажиров, прежде всего, на авиационном транспорте, в условиях ограниченного времени, отводимого для контроля или досмотра, требует применения способов и реализующих их технических средств, не предусматривающих вскрытие и визуальный досмотр каждого контролируемого предмета, но обеспечивающих оперативное обнаружение взрывчатых веществ с высокой вероятностью правильного обнаружения при малом числе ложных тревог.Combating the illicit trafficking of explosives and terrorist acts with their use has become one of the main tasks of the security services in the fight against international terrorism and organized crime. One of the areas of this opposition is connected with the organization at airports, in state and diplomatic institutions, at nuclear power plants of control of such items as briefcases, bags, trunks, suitcases, electronic equipment, computers, mobile phones and the like, as well as mail, since it is they who are most often used by criminals to place explosives during their illegal transportation or committing terrorist acts. The need to control large flows of postal items or to inspect passengers' hand luggage and baggage, especially in air transport, in the conditions of a limited time allocated for control or inspection, requires the use of methods and implementing their technical means that do not include opening and visual inspection of each controlled subject, but providing rapid detection of explosives with a high probability of correct detection with a small number of false alarms.
Среди многочисленных известных способов обнаружения взрывчатых веществ в контролируемых предметах практическое применение в настоящее время нашли три группы способов.Among the many known methods for detecting explosives in controlled objects, three groups of methods have now found practical application.
Первая группа объединяет способы (Patrick Flanagan, "Technology vs. terror", EUSA, 1989, N7, pp.46-49, 51, рекламные проспекты и информационные листы фирмы EG&G Astrophisics Research Corporation, Лонг-Бич, Калифорния, США и фирмы In Vision Technologies, Фостер Сити, Калифорния, США), которые используют для обнаружения взрывчатых веществ рентгеновское излучение и предусматривают облучение контролируемого предмета рентгеновским излучением с энергией 100-150 кэВ, регистрацию прошедшего через контролируемый предмет рентгеновского излучения и идентификацию взрывчатого вещества на основании величины ослабления рентгеновского излучения материалами, содержащимися в контролируемом предмете, в зависимости от атомных номеров входящих в их состав химических элементов.The first group combines the methods (Patrick Flanagan, "Technology vs. terror", EUSA, 1989, N7, pp. 46-49, 51, brochures and information sheets of EG&G Astrophisics Research Corporation, Long Beach, California, USA and In Vision Technologies, Foster City, California, USA), which use X-ray radiation to detect explosives and involve irradiating a controlled object with X-ray energy of 100-150 keV, registering the X-ray radiation transmitted through the controlled object and identifying the explosive based on derogation from the X-ray materials, contained in the test subject, depending on the atomic numbers of their constituent chemical elements.
Поскольку современные взрывчатые вещества, в особенности пластиковые, состоят преимущественно из химических элементов с малым атомным номером, они слабо поглощают рентгеновское излучение с энергией 100-150 кэВ. Это обстоятельство затрудняет эффективное обнаружение взрывчатых веществ в случаях нетрадиционной формы их исполнения или маскировки путем размещения, например, в кусках мыла или электронной аппаратуре. Практика применения способов обнаружения с использованием рентгеновского излучения показала, что с их помощью взрывчатые вещества могут быть обнаружены не более чем в 40-60% случаев.Since modern explosives, especially plastic ones, consist mainly of chemical elements with a small atomic number, they weakly absorb x-rays with an energy of 100-150 keV. This circumstance complicates the effective detection of explosives in cases of unconventional forms of execution or disguise by placing, for example, in pieces of soap or electronic equipment. The practice of using detection methods using x-ray radiation showed that with their help explosives can be detected in no more than 40-60% of cases.
Вторая группа способов основана на том, что большинство взрывчатых веществ относятся к классу высоколетучих органических соединений, характеризующихся высоким давлением паров. Данные способы (Hughes D. Thermedics Begins Production Of Bomb Detection Unit. - Aviation Week & Space Technology, June 19, 1989) предусматривают проведение с использованием методов газовой хромотографии или спектрометрии подвижности ионов химического анализа выделяемых контролируемым предметом паров взрывчатого вещества и его частиц, которые в микроскопических количествах могут находиться на поверхности контролируемого предмета. По результатам этого анализа принимается решение о наличии в контролируемом предмете взрывчатого вещества. Подобный способ реализован, например, в системе обнаружения взрывчатых веществ и наркотиков IONSCAN 350 производства фирмы Barringer Instruments Ltd, Канада (Intersec. The Journal of International Security, Vol.3, No.6, November 1993).The second group of methods is based on the fact that most explosives belong to the class of highly volatile organic compounds characterized by high vapor pressure. These methods (Hughes D. Thermedics Begins Production Of Bomb Detection Unit. - Aviation Week & Space Technology, June 19, 1989) involve gas chromatography or mobility spectrometry methods for the chemical analysis of ions of an explosive substance and its particles emitted by a controlled object that in microscopic amounts can be on the surface of the controlled object. Based on the results of this analysis, a decision is made about the presence of an explosive in a controlled object. A similar method is implemented, for example, in the IONSCAN 350 explosive and drug detection system manufactured by Barringer Instruments Ltd, Canada (Intersec. The Journal of International Security, Vol.3, No.6, November 1993).
Реализующие указанные способы технические средства имеют высокую чувствительность, но не позволяют обнаруживать обладающие наибольшей мощностью пластиковые взрывчатые вещества из-за их очень низкого давления паров. Кроме того, эти способы не обеспечивают обнаружение всех видов взрывчатых веществ, если они размещены в герметичной упаковке или в упаковке, подвергнутой специальной обработке.The technical means that implement these methods have high sensitivity, but do not allow the plastic explosives with the highest power to be detected due to their very low vapor pressure. In addition, these methods do not ensure the detection of all types of explosives if they are placed in sealed packaging or in packaging that has undergone special processing.
Третья группа способов обнаружения взрывчатого вещества основана на определении наличия основных химических элементов, входящих в его состав, с использованием нейтронно-радиационного анализа.The third group of methods for detecting explosives is based on determining the presence of the main chemical elements that make up its composition using neutron radiation analysis.
Относящиеся к этой группе известные способы обнаружения взрывчатого вещества и реализующие их установки (US 5078952, 1992, US 5114662, 1992, US 5144140, 1992, US 5153439, 1992, ЕР 0295429, 1992, ЕР 0297249, 1993, ЕР 0336634, 1993, US 5388128, 1995, RU 2206080, 2003) предусматривают размещение контролируемого предмета в камере с радиационной защитой, облучение его тепловыми нейтронами, регистрацию испускаемого контролируемым предметом гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ, получение на основании результатов регистрации гамма-излучения распределения концентрации азота в контролируемом предмете и определение наличия в нем взрывчатого вещества по факту повышенной концентрации азота.Related to this group are known methods of detecting explosives and implementing their installation (US 5078952, 1992, US 5114662, 1992, US 5144140, 1992, US 5153439, 1992, EP 0295429, 1992, EP 0297249, 1993, EP 0336634, 1993, US 5388128, 1995, RU 2206080, 2003) provide for the placement of a controlled object in a chamber with radiation protection, irradiation with thermal neutrons, registration of gamma radiation emitted by a controlled object with a quantum energy of about 10.8 MeV, obtaining, based on the results of registration of gamma radiation, a concentration distribution nitrogen in a controlled manner You can also determine the presence of explosive in it upon the fact of an increased concentration of nitrogen.
Как известно, все современные взрывчатые вещества содержат довольно большое количество азота, составляющее от 9 до 35 массовых процентов при плотности взрывчатых веществ от 1,25 до 2,00 г/см3. При облучении взрывчатого вещества тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ происходит радиационный захват тепловых нейтронов ядрами атомов азота-14, в результате чего образуются ядра атомов азота-15 в возбужденном состоянии. При переходе из возбужденного состояния в основное состояние в среднем около 14% ядер атомов азота-15 испускают гамма-кванты с энергией около 10,8 МэВ. Регистрация и подсчет гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ позволяет получить информацию о концентрации азота в контролируемом предмете и принять решение о наличии в нем взрывчатого вещества по факту повышенной концентрации азота.As you know, all modern explosives contain a fairly large amount of nitrogen, comprising from 9 to 35 mass percent with a density of explosives from 1.25 to 2.00 g / cm 3 . When an explosive is irradiated with thermal neutrons with an energy of about 0.025 eV, radiation captures thermal neutrons by the nuclei of nitrogen-14 atoms, resulting in the formation of nuclei of nitrogen-15 atoms in an excited state. Upon transition from the excited state to the ground state, on average, about 14% of the nuclei of nitrogen-15 atoms emit gamma rays with an energy of about 10.8 MeV. Registration and counting of gamma rays with an energy of about 10.8 MeV allows you to obtain information about the concentration of nitrogen in a controlled subject and decide on the presence of an explosive in it upon the fact of an increased concentration of nitrogen.
Известны также способы обнаружения взрывчатого вещества и реализующие их установки, основанные на нейтронно-радиационном анализе материалов (US 5080856, 1992, US 5200626, 1993), которые предусматривают помещение контролируемого предмета в камеру с радиационной защитой, одновременное облучение контролируемого предмета тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ и быстрыми нейтронами с энергией около 14 МэВ, регистрацию гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ, испускаемого при радиационном захвате тепловых нейтронов ядрами атомов азота-14, и гамма-излучения с энергией квантов около 6,1 МэВ, испускаемого ядрами атомов кислорода-16 в возбужденном состоянии, образовавшихся в результате взаимодействия быстрых нейтронов со стабильными ядрами атомов кислорода, получение на основании результатов регистрации гамма-излучения информации о концентрации азота и кислорода в контролируемом предмете и принятие решения о наличии в нем взрывчатого вещества по факту повышенной концентрации азота и кислорода, а также по величине их соотношения.There are also known methods for detecting explosives and their installations based on neutron radiation analysis of materials (US 5080856, 1992, US 5200626, 1993), which provide for placing a controlled object in a chamber with radiation protection, simultaneous irradiation of the controlled object with thermal neutrons with energy of about 0.025 eV and fast neutrons with an energy of about 14 MeV, registration of gamma radiation with a quantum energy of about 10.8 MeV, emitted during radiation capture of thermal neutrons by nuclei of nitrogen atoms-14, and g mma radiation with a quantum energy of about 6.1 MeV, emitted by the nuclei of oxygen-16 atoms in an excited state, formed as a result of the interaction of fast neutrons with stable nuclei of oxygen atoms, obtaining information on the concentration of nitrogen and oxygen in a controlled environment based on the results of gamma radiation registration subject and making a decision on the presence of an explosive in it upon the fact of an increased concentration of nitrogen and oxygen, as well as the magnitude of their ratio.
Известно, что все взрывчатые вещества имеют не только большую плотность азота, но и высокую плотность кислорода, величина которой для основных видов взрывчатых веществ лежит в диапазоне примерно от 0,80 до 1,15 г/см3. При этом практически все известные материалы, не являющиеся взрывчатыми веществами, но вызывающие ложные тревоги из-за относительно большой плотности содержащегося в них азота, например нейлон, шелк, шерсть, кожа, меламин и другие, имеют низкую плотность кислорода. Таким образом, стало возможным, используя ядерные взаимодействия быстрых нейтронов с энергией около 14 МэВ с ядрами атомов кислорода-16, зарегистрировать испускаемое ими гамма-излучение с энергией гамма-квантов около 6,1 МэВ и получить дополнительную информацию о плотности кислорода в контролируемом предмете. Совместное рассмотрение полученных результатов регистрации интенсивности гамма-излучения от азота и кислорода дает возможность принять решение о наличии или отсутствии в контролируемом предмете взрывчатого вещества. Такая дополнительная регистрация гамма-излучения с энергией квантов около 6,1 МэВ повышает вероятность правильного обнаружения взрывчатого вещества при осуществлении этих способов.It is known that all explosives have not only a high density of nitrogen, but also a high density of oxygen, the value of which for the main types of explosives lies in the range from about 0.80 to 1.15 g / cm 3 . Moreover, almost all known materials that are not explosives, but which cause false alarms due to the relatively high density of nitrogen contained in them, such as nylon, silk, wool, leather, melamine and others, have a low oxygen density. Thus, it became possible, using nuclear interactions of fast neutrons with an energy of about 14 MeV with nuclei of oxygen-16 atoms, to register the gamma radiation emitted by them with gamma-quanta energy of about 6.1 MeV and to obtain additional information about the oxygen density in a controlled subject. A joint examination of the results of recording the intensity of gamma radiation from nitrogen and oxygen makes it possible to decide on the presence or absence of an explosive in a controlled object. Such additional registration of gamma radiation with a quantum energy of about 6.1 MeV increases the likelihood of correct detection of explosives in the implementation of these methods.
Однако использование для облучения контролируемого предмета быстрых нейтронов, обладающих значительно большей энергией, чем тепловые нейтроны, требует применения дополнительной радиационной защиты для камеры в целях обеспечения действующих требований по защите персонала и населения от воздействия ионизирующих излучений, что приводит к увеличению массы, габаритов и стоимости реализующего этот способ устройства. Кроме того, использование быстрых нейтронов вызывает увеличение величины поглощенной контролируемым предметом дозы излучения, что может привести к ухудшению потребительских свойств содержащихся в нем промышленных изделий, например электронной аппаратуры и фотографических материалов.However, the use of fast neutrons for irradiation of a controlled object, which have a significantly higher energy than thermal neutrons, requires the use of additional radiation protection for the camera in order to ensure that the existing requirements for the protection of personnel and the public from exposure to ionizing radiation, which leads to an increase in the mass, size and cost of this device method. In addition, the use of fast neutrons causes an increase in the radiation dose absorbed by a controlled object, which can lead to a deterioration in the consumer properties of industrial products contained in it, such as electronic equipment and photographic materials.
При осуществлении всех перечисленных известных способов обнаружения взрывчатых веществ, основанных на нейтронно-радиационном анализе, регистрацию гамма-излучения выполняют, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения, содержащим сцинтиллятор на основе йодистого натрия, активированного таллием, и находящийся с ним в оптическом контакте фотоэлектронный умножитель. При регистрации гамма-кванты, испускаемые контролируемым предметом и попадающие в сцинтиллятор детектора гамма-излучения, вызывают в нем световые вспышки, яркость которых пропорциональна энергиям гамма-квантов. Фотоэлектронный умножитель детектора гамма-излучения преобразует испускаемое сцинтиллятором оптическое излучение световых вспышек в электрические импульсы с амплитудой, пропорциональной энергиям попавших в сцинтиллятор гамма-квантов, которые после усиления усилителем поступают на амплитудный анализатор, выполняющий выделение электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии испускаемого ядром атома азота гамма-кванта около 10,8 МэВ или энергии испускаемого ядром атома кислорода гамма-кванта около 6,1 МэВ, на основании сравнения их с верхним и нижним пороговыми значениями. Подсчет количества выделенных импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ или с энергиями около 10,8 МэВ и 6,1 МэВ дает информацию о концентрации соответственно только азота или азота и кислорода в контролируемом предмете.When carrying out all of the known methods for detecting explosives based on neutron radiation analysis, the detection of gamma radiation is performed by at least one gamma radiation detector containing a thallium activated sodium iodide scintillator and in optical contact with it photoelectronic multiplier. When registering gamma-rays emitted by a controlled object and falling into the scintillator of a gamma-ray detector cause light flashes in it, the brightness of which is proportional to the energies of gamma-quanta. The gamma-ray photoelectronic multiplier converts the optical radiation of light flashes emitted by the scintillator into electric pulses with an amplitude proportional to the energies of the gamma rays incident on the scintillator, which, after amplification by the amplifier, go to an amplitude analyzer that extracts electric pulses with an amplitude proportional to the energy of the nitrogen atom emitted by the nucleus a gamma ray of about 10.8 MeV or the energy of the oxygen atom emitted by the nucleus of a gamma ray of about 6.1 MeV, based comparing them with upper and lower threshold values. Counting the number of emitted pulses from gamma rays with an energy of about 10.8 MeV or with energies of about 10.8 MeV and 6.1 MeV gives information about the concentration, respectively, only of nitrogen or nitrogen and oxygen in the controlled subject.
Однако, коэффициент передачи оптико-электронного тракта регистрации гамма-излучения, испускаемого контролируемым предметом, от сцинтиллятора до амплитудного анализатора существенно зависит от нестабильности параметров и старения элементов оптико-электронного тракта, нестабильности его напряжения питания, а также от таких условий окружающей среды, как уровень ионизирующего излучения, температура, давление и влажность окружающего воздуха. Кроме того, коэффициент передачи сцинтиллятора во многом зависит также от частоты прихода попадающих в него гамма-квантов, которая может существенно меняться в зависимости от наличия различных химических элементов в составе находящихся в контролируемом предмете материалов.However, the transmission coefficient of the optoelectronic path for detecting gamma radiation emitted by a controlled object from a scintillator to an amplitude analyzer substantially depends on the instability of parameters and aging of the elements of the optoelectronic path, instability of its supply voltage, and also on environmental conditions such as level ionizing radiation, temperature, pressure and humidity of the surrounding air. In addition, the scintillator transmission coefficient also largely depends on the frequency of arrival of gamma rays falling into it, which can vary significantly depending on the presence of various chemical elements in the materials contained in the controlled object.
Во-первых, это приводит к нестабильности амплитудного значения электрических импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ и 6,1 МэВ, испускаемых ядрами атомов соответственно азота и кислорода, и отклонению его от расчетного значения. В результате этого при регистрации гамма-излучения, в случае выхода амплитудного значения этих электрических импульсов за пределы диапазона между нижним и верхним пороговыми значениями, они не будут выделены амплитудным анализатором и поэтому не будут зарегистрированы. Данное обстоятельство вызывает увеличение вероятности пропуска взрывчатого вещества при его обнаружении.Firstly, this leads to instability of the amplitude value of electric pulses from gamma rays with energies of about 10.8 MeV and 6.1 MeV emitted by the nuclei of nitrogen and oxygen atoms, respectively, and its deviation from the calculated value. As a result of this, when registering gamma radiation, if the amplitude value of these electric pulses goes beyond the range between the lower and upper threshold values, they will not be detected by an amplitude analyzer and therefore will not be recorded. This circumstance causes an increase in the probability of missing an explosive when it is detected.
Во-вторых, в условиях, когда в контролируемом предмете содержатся материалы, состоящие, кроме азота и кислорода, из целого ряда других химических элементов, ядра атомов этих химических элементов при взаимодействии с тепловыми нейтронами или с тепловыми и быстрыми нейтронами также испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов достаточно широкого диапазона спектра, в том числе с энергиями, достаточно близкими по значению к 10,8 МэВ и 6,1 МэВ. В частности, ядра атомов таких химических элементов, как, например, хром, селен, железо и кремний, испускают гамма-кванты с энергиями, достаточно близкими по значению к 10,8 МэВ, а ядра атомов таких химических элементов, как, например, хлор, марганец, натрий и железо, испускают гамма-кванты с энергиями, близкими по значению к 6,1 МэВ. При регистрации гамма-излучения из-за нестабильности амплитудного значения электрических импульсов от гамма-квантов, испускаемых ядрами атомов таких химических элементов, возможно попадание амплитудного значения этих электрических импульсов в диапазон между нижним и верхним пороговыми значениями. В результате этого они будут выделены амплитудным анализатором и ошибочно зарегистрированы в качестве электрических импульсов от гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ и 6,1 МэВ, якобы испущенных ядрами атомов соответственно азота и кислорода. Данное обстоятельство вызывает увеличение вероятности ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества.Secondly, under conditions when a controlled object contains materials consisting, in addition to nitrogen and oxygen, of a number of other chemical elements, the nuclei of atoms of these chemical elements when interacting with thermal neutrons or with thermal and fast neutrons also emit gamma radiation with gamma-ray energies of a sufficiently wide range of the spectrum, including those with energies quite close in value to 10.8 MeV and 6.1 MeV. In particular, the atomic nuclei of such chemical elements as, for example, chromium, selenium, iron and silicon, emit gamma rays with energies close enough to 10.8 MeV, and the atomic nuclei of such chemical elements as, for example, chlorine , manganese, sodium and iron, emit gamma rays with energies close to 6.1 MeV. When registering gamma radiation due to the instability of the amplitude value of electric pulses from gamma rays emitted by the atomic nuclei of such chemical elements, it is possible that the amplitude value of these electric pulses falls into the range between the lower and upper threshold values. As a result of this, they will be isolated by an amplitude analyzer and mistakenly detected as electrical pulses from gamma rays with energies of 10.8 MeV and 6.1 MeV, supposedly emitted by the nuclei of nitrogen and oxygen atoms, respectively. This circumstance causes an increase in the probability of false alarm when explosives are detected.
Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению следует считать способ обнаружения оружия и взрывчатых веществ в контролируемых предметах (RU 2065156, 1996, G 01 N 23/222, G 01 N 23/223), основанный на совместном использовании методов рентгенографии и нейтронно-радиационного анализа материалов. Данный известный способ обнаружения оружия и взрывчатых веществ в контролируемых предметах включает после первоначального обнаружения оружия и взрывчатого вещества с использованием рентгенографии размещение контролируемого предмета в камере с радиационной защитой и, по меньшей мере, с одним детектором гамма-излучения, облучение контролируемого предмета тепловыми нейтронами, регистрацию испускаемого контролируемым предметом гамма-излучения путем преобразования гамма-квантов, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения в электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов, и сравнения амплитуд электрических импульсов с пороговыми значениями, выделение электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-кванта около 10,8 МэВ, определение интенсивности гамма-излучения с энергией гамма-квантов около 10,8 МэВ и принятие решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении интенсивностью гамма-излучения с энергией гамма-квантов около 10,8 МэВ ее порогового значения.The closest in technical essence to the present invention should be considered a method for detecting weapons and explosives in controlled objects (RU 2065156, 1996, G 01
Как и при осуществлении всех описанных выше известных способов обнаружения взрывчатого вещества, основанных на использовании нейтронно-радиационного анализа, при осуществлении данного известного способа для обнаружения взрывчатого вещества регистрацию гамма-излучения, испускаемого контролируемым предметом, выполняют, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения, который содержит сцинтиллятор на основе йодистого натрия, активированного таллием, и находящийся с ним в оптическом контакте фотоэлектронный умножитель. При регистрации испускаемые контролируемым предметом и попадающие в сцинтиллятор детектора гамма-излучения гамма-кванты вызывают в нем световые вспышки, яркость которых пропорциональна энергиям гамма-квантов. Фотоэлектронный умножитель детектора гамма-излучения преобразует испускаемое сцинтиллятором оптическое излучение световых вспышек в электрические импульсы с амплитудой, пропорциональной энергиям попавших в сцинтиллятор гамма-квантов, которые после усиления усилителем поступают на амплитудный анализатор, выполняющий выделение электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-кванта около 10,8 МэВ, на основании сравнения их с верхним и нижним пороговыми значениями. Подсчет количества выделенных импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ дает информацию о концентрации азота в контролируемом предмете.As with the implementation of all the known methods of detecting explosives described above, based on the use of neutron radiation analysis, when implementing this known method for detecting explosives, the gamma radiation emitted by a controlled object is recorded by at least one gamma radiation detector , which contains a thallium activated scintillator based on sodium iodide and a photomultiplier tube in optical contact with it. When registering, the gamma rays emitted by the controlled object and entering the scintillator of the gamma radiation detector cause light flashes in it, the brightness of which is proportional to the energies of gamma rays. The gamma-ray photoelectron multiplier converts the optical radiation of light flashes emitted by the scintillator into electric pulses with an amplitude proportional to the energies of the gamma quanta that are incident on the scintillator, which, after amplification by the amplifier, are fed to an amplitude analyzer that extracts electric pulses with an amplitude proportional to the gamma-ray energy near 10.8 MeV, based on a comparison of them with upper and lower threshold values. Counting the number of emitted pulses from gamma rays with an energy of about 10.8 MeV gives information about the concentration of nitrogen in the controlled subject.
Вместе с тем коэффициент передачи оптико-электронного тракта регистрации гамма-излучения, испускаемого контролируемым предметом, от сцинтиллятора до амплитудного анализатора и фоновый электрический сигнал на его выходе существенным образом зависят от нестабильности параметров и старения элементов оптико-электронного тракта, нестабильности его напряжения питания, а также от таких условий окружающей среды, как уровень ионизирующего излучения, температура, давление и влажность окружающего воздуха. При этом коэффициент передачи сцинтиллятора детектора гамма-излучения, а также его фоновые световые вспышки во многом зависят также от частоты прихода попадающих в него гамма-квантов, которая может существенно меняться в зависимости от наличия различных химических элементов в составе находящихся в контролируемом предмете материалов. Так, например, наличие в контролируемом предмете хлора или кадмия в количестве 200-500 г приводит к увеличению частоты прихода гамма-квантов в сцинтиллятор в 1,3-1,5 раза, что вызывает увеличение его коэффициента передачи на 10-17%, а наличие воды в количестве 1 кг уменьшает частоту прихода гамма-квантов в сцинтиллятор в 1,1-1,2 раза, уменьшая его коэффициент передачи на 6-12%.At the same time, the transmission coefficient of the optoelectronic path for detecting gamma radiation emitted by the controlled object from the scintillator to the amplitude analyzer and the background electrical signal at its output substantially depend on the instability of the parameters and aging of the elements of the optoelectronic path, the instability of its supply voltage, and also from environmental conditions such as the level of ionizing radiation, temperature, pressure and humidity of the surrounding air. In this case, the transmission coefficient of the scintillator of the gamma radiation detector, as well as its background light flashes, also largely depend on the frequency of arrival of gamma rays falling into it, which can vary significantly depending on the presence of various chemical elements in the materials contained in the controlled object. So, for example, the presence of 200-500 g of chlorine or cadmium in a controlled object leads to an increase in the frequency of gamma rays entering the scintillator by 1.3-1.5 times, which causes an increase in its transmission coefficient by 10-17%, and the presence of water in an amount of 1 kg reduces the frequency of arrival of gamma rays in the scintillator 1.1-1.2 times, reducing its transmission coefficient by 6-12%.
С одной стороны, это приводит к нестабильности амплитудного значения электрических импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ, испускаемых ядрами атомов азота, и отклонению его от расчетного значения, в результате чего при регистрации, в случае выхода амплитудного значения электрических импульсов за пределы диапазона между нижним и верхним пороговыми значениями, они не будут выделены амплитудным анализатором и поэтому не будут зарегистрированы. Данное обстоятельство вызывает увеличение вероятности пропуска взрывчатого вещества при его обнаружении.On the one hand, this leads to instability of the amplitude value of electric pulses from gamma rays with an energy of about 10.8 MeV emitted by the nuclei of nitrogen atoms, and its deviation from the calculated value, as a result of which, when the amplitude value of the electric pulses exceeds the limits of the range between the lower and upper threshold values, they will not be highlighted by the amplitude analyzer and therefore will not be recorded. This circumstance causes an increase in the probability of missing an explosive when it is detected.
С другой стороны, в условиях, когда в контролируемом предмете содержатся материалы, состоящие, кроме азота, из целого ряда других химических элементов, ядра атомов этих химических элементов при взаимодействии с тепловыми нейтронами также испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов достаточно широкого диапазона спектра. При этом ядра атомов таких химических элементов, как, например, хром, селен, железо и кремний, испускают гамма-кванты с энергиями, достаточно близкими по значению к 10,8 МэВ. При регистрации гамма-излучения из-за нестабильности амплитудного значения электрических импульсов от гамма-квантов, испускаемых ядрами атомов таких химических элементов, возможно попадание амплитудного значения этих электрических импульсов в диапазон между нижним и верхним пороговыми значениями, в результате чего они будут выделены амплитудным анализатором и ошибочно зарегистрированы в качестве электрических импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ, якобы испущенных ядрами атомов азота. Данное обстоятельство вызывает увеличение вероятности ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества.On the other hand, under conditions when a controlled object contains materials consisting, in addition to nitrogen, of a number of other chemical elements, the nuclei of atoms of these chemical elements, when interacting with thermal neutrons, also emit gamma radiation with gamma-ray energies of a fairly wide spectrum range . In this case, the atomic nuclei of such chemical elements as, for example, chromium, selenium, iron and silicon, emit gamma rays with energies that are quite close in value to 10.8 MeV. When registering gamma radiation due to the instability of the amplitude value of electric pulses from gamma rays emitted by the atomic nuclei of such chemical elements, it is possible that the amplitude value of these electric pulses falls into the range between the lower and upper threshold values, as a result of which they will be highlighted by an amplitude analyzer and erroneously detected as electrical pulses from gamma rays with an energy of about 10.8 MeV, supposedly emitted by the nuclei of nitrogen atoms. This circumstance causes an increase in the probability of false alarm when explosives are detected.
Недостатками способа обнаружения оружия и взрывчатых веществ в контролируемых предметах, выбранного за ближайший аналог, являются высокие значения вероятностей пропуска взрывчатого вещества и ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества с использованием нейтронно-радиационного анализа.The disadvantages of the method for detecting weapons and explosives in controlled objects selected for the closest analogue are the high probabilities of missing an explosive and false alarm when detecting explosives using neutron radiation analysis.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является снижение вероятностей пропуска взрывчатого вещества и ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества с использованием нейтронно-радиационного анализа.The objective of the present invention is to reduce the likelihood of missed explosives and false alarms when detecting explosives using neutron radiation analysis.
Поставленная задача решается согласно изобретению тем, что предлагаемый способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, включающий в соответствии с ближайшим аналогом размещение контролируемого предмета в камере, оснащенной радиационной защитой и, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения, облучение контролируемого предмета тепловыми нейтронами, регистрацию испускаемого гамма-излучения путем преобразования гамма-квантов, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения в электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов, и сравнения амплитуд электрических импульсов с пороговыми значениями, выделение электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, путем сравнения их амплитуд с нижним и верхним пороговыми значениями, подсчет выделенных электрических импульсов, принятие решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении количеством подсчитанных электрических импульсов его порогового значения, отличается от ближайшего аналога тем, что перед размещением контролируемого предмета облучают тепловыми нейтронами камеру, определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения, по меньшей мере, в интервале энергии гамма-квантов, включающем значение 2,23 МэВ, и в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов, по меньшей мере, одного химического элемента, входящего в состав материалов камеры, радиационной защиты или детектора гамма-излучения, определяют точку максимума энергетического спектра, обусловленного гамма-квантами с энергией около 2,23 МэВ, и точку спада энергетического спектра в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов указанного химического элемента, определяют амплитуды электрических импульсов от гамма-квантов с энергиями, соответствующими энергиям точек максимума и спада энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения, обеспечивают соответствие амплитуд электрических импульсов от гамма-квантов с энергиями, соответствующими энергиям точек максимума и спада энергетического спектра, расчетным значениям, при облучении контролируемого предмета тепловыми нейтронами определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения, по меньшей мере, в интервале энергии гамма-квантов, включающем значение 2,23 МэВ, определяют точку максимума энергетического спектра, обусловленного гамма-квантами с энергией около 2,23 МэВ, определяют амплитуду электрических импульсов от гамма-квантов с энергией, соответствующей энергии точки максимума энергетического спектра, обусловленного гамма-квантами с энергией около 2,23 МэВ, и с учетом указанной амплитуды определяют нижнее и верхнее пороговые значения для выделения электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, при этом определение нижнего и верхнего пороговых значений для выделения электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, осуществляют в соответствии с выражением Uпор=Епор Uв/Ев, где Uпор - соответственно нижнее или верхнее пороговое значение для выделения электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ; Епор - соответственно нижнее или верхнее пороговое значение энергии для выделения гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ; Uв - амплитуда электрических импульсов от гамма-квантов с энергией, соответствующей энергии точки максимума энергетического спектра, обусловленного гамма-квантами с энергией около 2,23 МэВ; Ев - энергия гамма-кванта, испускаемого ядром атома водорода при взаимодействии с тепловым нейтроном, Ев = 2,23 МэВ.The problem is solved according to the invention in that the proposed method for detecting explosives in a controlled object, including, in accordance with the closest analogue, placing the controlled object in a chamber equipped with radiation protection and at least one gamma radiation detector, irradiating the controlled object with thermal neutrons, registration of emitted gamma radiation by converting gamma rays by at least one gamma radiation detector into electrical pulses with amplitude by pulses proportional to the energies of gamma-quanta, and comparing the amplitudes of electrical pulses with threshold values, the selection of electrical pulses with an amplitude proportional to the energy of gamma-quanta, which is in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV, by comparing their amplitudes with the lower and the upper threshold values, the calculation of the allocated electrical impulses, the decision on the presence of explosives in the controlled subject in excess of the number of calculated electrical impulses of its threshold value, differs from the closest analogue in that before placing the controlled object, the camera is irradiated with thermal neutrons, the energy spectrum of the detected gamma radiation is determined, at least in the gamma-ray energy interval including the value of 2.23 MeV, and in the interval energy of gamma rays, including the upper limit of the energy values of gamma rays emitted in the interaction with thermal neutrons by the nuclei of atoms of at least one chemical element that is part of the material in the camera, radiation protection or gamma radiation detector, determine the maximum point of the energy spectrum due to gamma quanta with an energy of about 2.23 MeV, and the decay point of the energy spectrum in the range of gamma-ray energy, including the upper limit of gamma-ray energy values, the atomic nuclei of a specified chemical element emitted during interaction with thermal neutrons determine the amplitudes of electric pulses from gamma rays with energies corresponding to the energies of the maximum and decay points of the spectrum of the detected gamma radiation, ensure that the amplitudes of the electric pulses from the gamma rays correspond to the energies corresponding to the energies of the maximum and decay points of the energy spectrum, to the calculated values, when the controlled object is irradiated with thermal neutrons, the energy spectrum of the detected gamma radiation is determined, at least the energy interval of gamma rays, including the value of 2.23 MeV, determine the maximum point of the energy spectrum due to gamma rays with energies emission of about 2.23 MeV, determine the amplitude of the electrical pulses from gamma rays with energy corresponding to the energy of the maximum point of the energy spectrum due to gamma rays with an energy of about 2.23 MeV, and taking into account the specified amplitude, determine the lower and upper threshold values for electrical pulses with an amplitude proportional to the energy of gamma rays, which is in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV, while determining the lower and upper threshold values for the allocation of ctric pulses with an amplitude proportional to the energy of gamma quanta, which is in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV, is carried out in accordance with the expression U then = E then U in / E in , where U then - respectively the lower or upper threshold a value for separating electrical pulses with an amplitude proportional to the energy of gamma rays, which is in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV; E pore - respectively, the lower or upper threshold energy value for the allocation of gamma rays with energy in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV; U in - the amplitude of the electrical pulses from gamma rays with energy corresponding to the energy of the maximum point of the energy spectrum due to gamma rays with an energy of about 2.23 MeV; Е в - energy of a gamma-ray emitted by the nucleus of a hydrogen atom in interaction with a thermal neutron, Е в = 2.23 MeV.
При этом определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел, равный 6,826 МэВ, значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов йода, входящего в состав материала сцинтиллятора детектора гамма-излучения, или в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел, равный 4,945 МэВ, значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов углерода, входящего в состав материала радиационной защиты камеры, или в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел, равный 8,578 МэВ, значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов хлора, входящего в состав материала радиационной защиты камеры, или в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел, равный 7,724 МэВ, значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов алюминия, входящего в состав конструкционного материала камеры и детектора гамма-излучения, и определяют точку спада энергетического спектра в указанном интервале энергии гамма-квантов. Точки спада энергетического спектра в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов химических элементов, входящих в состав материалов камеры, радиационной защиты или детектора гамма-излучения, определяют путем численного дифференцирования энергетического спектра, соответствие расчетным значениям амплитуд электрических импульсов от гамма-квантов с энергиями, соответствующими энергиям точек максимума и спада энергетического спектра, обеспечивают путем изменения коэффициента передачи электронного тракта преобразования гамма-квантов в электрические импульсы и добавления к электрическим импульсам от гамма-квантов напряжения смещения.In this case, the energy spectrum of the detected gamma radiation is determined in the gamma-ray energy range, including an upper limit of 6.826 MeV, of the gamma-ray energy emitted during the interaction with thermal neutrons by the nuclei of iodine atoms, which is part of the scintillator material of the gamma-ray detector, or in the gamma-ray energy interval, including an upper limit equal to 4.945 MeV, of the gamma-ray energy emitted during the interaction with thermal neutrons by the nuclei of carbon atoms included in av of the radiation protection material of the chamber, or in the gamma-ray energy range, including an upper limit of 8.578 MeV, of the gamma-ray energy emitted when interacting with thermal neutrons by the nuclei of chlorine atoms included in the radiation protection material of the chamber, or in the energy range of gamma quanta, including an upper limit of 7.724 MeV, of gamma quanta energy emitted during interaction with thermal neutrons by the nuclei of aluminum atoms, which is part of the structural material of the camera and the detector and gamma radiation, and determine the point of slowdown energy spectrum in said range of gamma-ray energy. The recession points of the energy spectrum in the gamma-ray energy range, including the upper limit of the gamma-ray energy values emitted when interacting with thermal neutrons by atomic nuclei of chemical elements that are part of the materials of the camera, radiation protection or gamma-ray detector, are determined by numerically differentiating the energy spectrum, compliance with the calculated values of the amplitudes of the electrical pulses from gamma rays with energies corresponding to the energies of the maximum and decay points Skog spectrum provided by changing the electronic transmission path coefficient converting gamma rays into electric pulses and electric pulses to the addition of the gamma quanta bias voltage.
Облучение тепловыми нейтронами перед размещением контролируемого предмета пустой камеры, оснащенной радиационной защитой и, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения, и регистрация испускаемого ею гамма-излучения путем преобразования гамма-квантов, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения в электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов, позволяет определить энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения, по меньшей мере, в интервале энергии гамма-квантов, включающем значение 2,23 МэВ, и в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов, по меньшей мере, одного химического элемента, входящего в состав материалов камеры, радиационной защиты или детектора гамма-излучения.Thermal neutron irradiation before placing a controlled object in an empty chamber equipped with radiation protection and at least one gamma radiation detector, and registering the gamma radiation emitted by it by converting gamma rays by at least one gamma radiation detector into electrical pulses with amplitudes proportional to the energies of gamma-quanta, it is possible to determine the energy spectrum of the detected gamma radiation, at least in the range of gamma-ray energy, including 2.23 MeV, and in the range of gamma-ray energy, including the upper limit of the gamma-ray energy emitted by the interaction of thermal neutrons with atomic nuclei of at least one chemical element that is part of the materials of the camera, radiation protection or detector gamma radiation.
В качестве материала радиационной защиты камеры в большом количестве используется борированный полиэтилен, поскольку он эффективно поглощает нейтроны. Ввиду того что в состав полиэтилена входят водород, а также такие химические элементы, как углерод и хлор, в результате взаимодействия с тепловыми нейтронами ядра атомов этих химических элементов испускают гамма-излучение, которое вносит весьма существенный вклад в энергетический спектр гамма-излучения пустой камеры.Boron polyethylene is used in large quantities as a material for the radiation protection of the chamber, since it effectively absorbs neutrons. Due to the fact that the composition of polyethylene includes hydrogen, as well as such chemical elements as carbon and chlorine, as a result of interaction with thermal neutrons, the nuclei of atoms of these chemical elements emit gamma radiation, which makes a very significant contribution to the energy spectrum of gamma radiation from an empty chamber.
Было установлено, что ядра атомов водорода интенсивно испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов около 2,23 МэВ, что приводит к возникновению в энергетическом спектре гамма-излучения ярко выраженного максимума в интервале энергии гамма-квантов, включающем значение 2,23 МэВ, вблизи указанного значения энергии гамма-квантов.It was found that the nuclei of hydrogen atoms intensively emit gamma radiation with energies of gamma rays of about 2.23 MeV, which leads to the appearance in the energy spectrum of gamma radiation of a pronounced maximum in the energy range of gamma rays, including the value of 2.23 MeV, near the specified value of the energy of gamma rays.
Ядра атомов хлора при взаимодействии с тепловыми нейтронами испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов, не превышающими значения верхнего предела, равного 8,578 МэВ. Из-за наличия хлора в материале радиационной защиты ядра атомов которого не испускают гамма-квантов с энергиями более 8,578 МэВ, энергетический спектр гамма-излучения имеет спад интенсивности для гамма-квантов с энергиями 8,578 МэВ и более. Ядра атомов углерода при взаимодействии с тепловыми нейтронами также испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов, не превышающими значения верхнего предела, равного 4,945 МэВ. Из-за высокой концентрации углерода в материале радиационной защиты ядра атомов которого не испускают гамма-квантов с энергиями более 4,945 МэВ, энергетический спектр гамма-излучения имеет спад интенсивности для гамма-квантов с энергиями 4,945 МэВ и более.When interacting with thermal neutrons, the nuclei of chlorine atoms emit gamma radiation with gamma-ray energies not exceeding the upper limit of 8.578 MeV. Due to the presence of chlorine in the radiation protection material, the atomic nuclei of which do not emit gamma rays with energies of more than 8.578 MeV, the energy spectrum of gamma radiation has a decrease in intensity for gamma rays with energies of 8.578 MeV or more. The nuclei of carbon atoms in interaction with thermal neutrons also emit gamma radiation with gamma-ray energies not exceeding the upper limit of 4.945 MeV. Due to the high concentration of carbon in the radiation protection material, the atomic nuclei of which do not emit gamma rays with energies of more than 4.945 MeV, the energy spectrum of gamma radiation has a decrease in intensity for gamma rays with energies of 4.945 MeV or more.
Как отмечалось, для регистрации гамма-излучения используют детекторы гамма-излучения, содержащие сцинтиллятор на основе йодистого натрия. Оказалось, что ядра атомов йода, содержащегося в составе материала сцинтиллятора детектора гамма-излучения, при взаимодействии с тепловыми нейтронами испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов, не превышающими значения верхнего предела, равного 6,826 МэВ. Ввиду того что источником гамма-квантов с энергиями указанных значений является сам материал сцинтиллятора, преобразующего при регистрации гамма-кванты в световые вспышки, практически все гамма-кванты, испущенные ядрами атомов входящего в состав сцинтиллятора йода, регистрируются детектором гамма-излучения. Поскольку ядра атомов йода не испускают гамма-квантов с энергиями более 6,826 МэВ, энергетический спектр гамма-излучения пустой камеры имеет достаточно заметный спад интенсивности для гамма-квантов с энергиями 6,826 МэВ и более.As noted, gamma radiation detectors containing a sodium iodide scintillator are used to record gamma radiation. It turned out that the nuclei of iodine atoms contained in the scintillator material of the gamma radiation detector, when interacting with thermal neutrons, emit gamma radiation with gamma-ray energies not exceeding the upper limit of 6.826 MeV. Due to the fact that the source of gamma quanta with energies of the indicated values is the scintillator material itself, which transforms gamma quanta into light flashes during registration, almost all gamma quanta emitted by the atomic nuclei of the iodine scintillator are detected by a gamma radiation detector. Since the nuclei of iodine atoms do not emit gamma rays with energies of more than 6.826 MeV, the energy spectrum of gamma radiation from an empty chamber has a fairly noticeable decrease in intensity for gamma rays with energies of 6.826 MeV and more.
В качестве конструкционного материала камеры с радиационной защитой широко используют сплавы на основе алюминия, который обладает сравнительно невысокой стоимостью и при облучении тепловыми нейтронами не испускает гамма-излучения с энергиями гамма-квантов, близкими по значению к энергиям испускаемых ядрами атомов азота гамма-квантов. Кроме того, из алюминия выполняют корпус детектора гамма-излучения, поскольку благодаря низкому атомному номеру алюминия такой корпус эффективно пропускает гамма-излучение к детектору гамма-излучения. Ядра атомов алюминия при взаимодействии с тепловыми нейтронами испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов, не превышающими значения верхнего предела, равного 7,724 МэВ. Поэтому в энергетическом спектре гамма-излучения пустой камеры наблюдается спад его интенсивности для гамма-квантов с энергиями 7,724 МэВ и более.Aluminum-based alloys are widely used as a structural material for radiation protection chambers, which has a relatively low cost and, when irradiated with thermal neutrons, does not emit gamma radiation with gamma-ray energies close in value to the energies of gamma-ray nitrogen atoms emitted. In addition, the housing of the gamma radiation detector is made of aluminum, since due to the low atomic number of aluminum, such a housing effectively transmits gamma radiation to the gamma radiation detector. The nuclei of aluminum atoms in the interaction with thermal neutrons emit gamma radiation with gamma-ray energies not exceeding the upper limit value of 7.724 MeV. Therefore, in the energy spectrum of gamma radiation of an empty chamber, a decrease in its intensity is observed for gamma rays with energies of 7.724 MeV or more.
Выполнение, например, численного дифференцирования энергетического спектра гамма-излучения по энергии позволяет выявить, по меньшей мере, одну точку спада энергетического спектра в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов химических элементов, входящих в состав материалов камеры, радиационной защиты или детектора гамма-излучения. Указанная точка спада энергетического спектра гамма-излучения либо соответствует энергии гамма-квантов 6,826 МэВ и обусловлена гамма-излучением, испускаемым при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов входящего в состав материала сцинтиллятора йода, либо соответствует энергии гамма-квантов 4,945 МэВ и обусловлена гамма-излучением, испускаемым при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов входящего в состав материала радиационной защиты углерода, либо соответствует энергии гамма-квантов 8,578 МэВ и обусловлена гамма-излучением, испускаемым при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов входящего в состав материала радиационной защиты хлора, либо соответствует энергии гамма-квантов 7,724 МэВ и обусловлена гамма-излучением, испускаемым при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов входящего в состав конструкционного материала камеры алюминия.Performing, for example, a numerical differentiation of the energy spectrum of gamma radiation by energy allows us to identify at least one point of decline in the energy spectrum in the energy range of gamma rays, including the upper limit of the energy of gamma rays emitted in the interaction with thermal neutrons by the nuclei of chemical atoms elements that make up the materials of the camera, radiation protection or gamma radiation detector. The indicated decay point of the energy spectrum of gamma radiation either corresponds to gamma-ray energy of 6.826 MeV and is caused by gamma radiation emitted during the interaction with thermal neutrons by the nuclei of atoms of the iodine scintillator material, or corresponds to gamma-ray energy of 4.945 MeV and is caused by gamma radiation emitted during the interaction with thermal neutrons by the atomic nuclei of the carbon radiation protection component of the material, or corresponds to the energy of gamma rays of 8.578 MeV and is due to gamma zlucheniem emitted in the interaction of thermal neutrons with nuclei of atoms which is part of the radiation shielding material chlorine or corresponds to the energy of gamma rays and 7.724 MeV due to the gamma radiation emitted in the interaction of thermal neutrons with nuclei of atoms which is part of a structural aluminum material chamber.
Анализ энергетического спектра гамма-излучения позволяет выявить точку максимума энергетического спектра гамма-излучения, которая соответствует энергии около 2,23 МэВ гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов водорода, входящего в состав материала радиационной защиты.An analysis of the energy spectrum of gamma radiation makes it possible to identify the maximum point of the energy spectrum of gamma radiation, which corresponds to an energy of about 2.23 MeV of gamma rays emitted during the interaction with thermal neutrons by the nuclei of hydrogen atoms, which is part of the radiation protection material.
Определение амплитуды электрических импульсов от гамма-квантов с энергиями, соответствующими известным и строго заданным энергиям точек одного максимума и, по меньшей мере, одного спада энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения, испускаемого камерой с радиационной защитой и детектором гамма-излучения, дает возможность обеспечить соответствие амплитуд электрических импульсов от гамма-квантов с энергиями, соответствующими энергиям точек максимума и спада энергетического спектра, расчетным значениям, например, путем изменения коэффициента передачи электронного тракта преобразования гамма-квантов в электрические импульсы и добавления к электрическим импульсам от гамма-квантов напряжения смещения. Такое изменение коэффициента передачи электронного тракта преобразования гамма-квантов в электрические импульсы позволяет компенсировать нестабильность его коэффициента передачи, а добавление к электрическому импульсу от гамма-кванта постоянного напряжения смещения обеспечивает компенсацию нестабильности фонового электрического сигнала. При этом коэффициент передачи электронного тракта преобразования гамма-квантов в электрические импульсы изменяют, а постоянное напряжение смещения добавляют до тех пор, пока амплитуды электрических импульсов от гамма-квантов с энергиями, соответствующими энергиям точек максимума и спада энергетического спектра, не станут равны заданным расчетным значениям. Это обеспечивает непосредственно перед проведением нейтронно-радиационного анализа контролируемого предмета компенсацию в оптико-электронном тракте регистрации гамма-излучения как искажений типа смещения нуля, вызванных нестабильностью фонового электрического сигнала, так и искажений коэффициента передачи оптико-электронного тракта из-за его нестабильности.Determination of the amplitude of electric pulses from gamma rays with energies corresponding to known and strictly specified energies of the points of one maximum and at least one decay of the energy spectrum of the detected gamma radiation emitted by the radiation protection camera and gamma radiation detector makes it possible to ensure compliance amplitudes of electrical pulses from gamma rays with energies corresponding to the energies of the maximum and decay points of the energy spectrum, calculated values, for example, m changes the transmission coefficient of the electronic path for converting gamma rays into electrical pulses and adding bias voltage to the electrical pulses from gamma rays. Such a change in the transmission coefficient of the electronic path for converting gamma quanta into electrical pulses makes it possible to compensate for the instability of its transmission coefficient, and the addition of a constant bias voltage to the electric pulse from the gamma quantum provides compensation for the instability of the background electrical signal. In this case, the transmission coefficient of the electronic path for converting gamma rays into electrical pulses is changed, and a constant bias voltage is added until the amplitudes of the electrical pulses from gamma rays with energies corresponding to the energies of the maximum and decay points of the energy spectrum become equal to the specified calculated values . This provides compensation immediately before the neutron-radiation analysis of the controlled object in the optoelectronic path for detecting gamma radiation, both distortions such as zero bias caused by the instability of the background electrical signal and distortions of the transmission coefficient of the optoelectronic path due to its instability.
С одной стороны, это компенсирует изменение из-за нестабильности амплитудного значения электрических импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ, испускаемых ядрами атомов азота, и приближает его к расчетному значению. В результате этого при регистрации амплитудное значение электрических импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ не будет выходить за пределы диапазона между нижним и верхним пороговыми значениями, поэтому они будут выделены амплитудным анализатором и зарегистрированы. Данное обстоятельство приводит к уменьшению вероятности пропуска взрывчатого вещества при его обнаружении.On the one hand, this compensates for the change due to the instability of the amplitude value of electric pulses from gamma rays with an energy of about 10.8 MeV emitted by the nuclei of nitrogen atoms, and brings it closer to the calculated value. As a result of this, during registration, the amplitude value of electric pulses from gamma rays with an energy of about 10.8 MeV will not go beyond the range between the lower and upper threshold values, so they will be extracted by an amplitude analyzer and recorded. This circumstance leads to a decrease in the probability of missing an explosive when it is detected.
Как отмечалось, в условиях, когда в контролируемом предмете содержатся материалы, состоящие, кроме азота, из целого ряда других химических элементов, ядра атомов этих химических элементов при взаимодействии с тепловыми нейтронами также испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов достаточно широкого диапазона спектра. При этом ядра атомов таких химических элементов, как, например, хром, селен, железо и кремний, испускают гамма-кванты с энергиями, достаточно близкими по значению к 10,8 МэВ. Поэтому, с другой стороны, при регистрации гамма-излучения вследствие уменьшения нестабильности амплитудного значения электрических импульсов от испускаемых ядрами атомов таких химических элементов гамма-квантов, достигаемого компенсацией вызванного нестабильностью фонового электрического сигнала искажения типа смещения нуля и нестабильности коэффициента передачи оптико-электронного тракта, попадания амплитудного значения этих электрических импульсов в диапазон между нижним и верхним пороговыми значениями происходить не будет. В результате этого такие электрические импульсы не будут выделены амплитудным анализатором и не будут ошибочно зарегистрированы в качестве электрических импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ. Данное обстоятельство приводит к уменьшению вероятности ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества.As noted, under conditions when a controlled object contains materials consisting, in addition to nitrogen, of a number of other chemical elements, the nuclei of atoms of these chemical elements, when interacting with thermal neutrons, also emit gamma radiation with gamma-ray energies of a fairly wide range of the spectrum. In this case, the atomic nuclei of such chemical elements as, for example, chromium, selenium, iron and silicon, emit gamma rays with energies that are quite close in value to 10.8 MeV. Therefore, on the other hand, when registering gamma radiation due to a decrease in the instability of the amplitude value of electric pulses from the chemical elements of gamma quanta emitted by the atomic nuclei, this is achieved by compensation caused by the instability of the background electrical signal of distortion such as zero offset and instability of the transmission coefficient of the optoelectronic path, hit the amplitude value of these electrical pulses in the range between the lower and upper threshold values will not occur . As a result of this, such electrical pulses will not be isolated by an amplitude analyzer and will not be erroneously recorded as electrical pulses from gamma rays with an energy of about 10.8 MeV. This circumstance leads to a decrease in the probability of false alarm when explosives are detected.
При облучении контролируемого предмета тепловыми нейтронами регистрация гамма-излучения, испускаемого контролируемым предметом и камерой с радиационной защитой, позволяет определить энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения, по меньшей мере, в интервале энергии гамма-квантов, включающем значение 2,23 МэВ.When a controlled object is irradiated with thermal neutrons, the registration of gamma radiation emitted by the controlled object and a camera with radiation protection makes it possible to determine the energy spectrum of the detected gamma radiation, at least in the gamma-ray energy range including 2.23 MeV.
При этом анализ энергетического спектра гамма-излучения позволяет определить точку максимума энергетического спектра в интервале энергии гамма-квантов, включающем значение 2,23 МэВ, который обусловлен гамма-квантами, испускаемыми в результате взаимодействия с тепловыми нейтронами ядрами атомов водорода. Определение амплитуды электрических импульсов от гамма-квантов с энергией, соответствующей энергии точки максимума энергетического спектра, дает возможность определить нижнее и верхнее пороговые значения для выделения электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ. Такое определение нижнего и верхнего пороговых значений для выделения электрических импульсов осуществляют, например, в соответствии с выражением Uпор = Епор Uв/Ев, где Uпор - соответственно нижнее или верхнее пороговое значение для выделения электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ; Епор - соответственно нижнее или верхнее пороговое значение энергии для выделения гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ; Uв - амплитуда электрических импульсов от гамма-квантов с энергией, соответствующей энергии точки максимума энергетического спектра, обусловленного гамма-квантами с энергией около 2,23 МэВ; Ев - энергия гамма-кванта, испускаемого ядром атома водорода при взаимодействии с тепловым нейтроном, Ев = 2,23 МэВ.An analysis of the energy spectrum of gamma radiation allows us to determine the maximum point of the energy spectrum in the energy range of gamma rays, including the value of 2.23 MeV, which is due to gamma rays emitted as a result of interaction with thermal neutrons by the nuclei of hydrogen atoms. The determination of the amplitude of electric pulses from gamma rays with energy corresponding to the energy of the maximum point of the energy spectrum makes it possible to determine the lower and upper threshold values for the extraction of electric pulses with an amplitude proportional to the energy of gamma rays, which is in a given range of energy values, including a value of 10, 8 MeV. Such a determination of the lower and upper threshold values for the extraction of electrical pulses is carried out, for example, in accordance with the expression U pore = E pores U in / E c , where U pores are respectively the lower or upper threshold value for the selection of electrical pulses with an amplitude proportional to gamma energy - quanta located in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV; E pore - respectively, the lower or upper threshold energy value for the allocation of gamma rays with energy in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV; U in - the amplitude of the electrical pulses from gamma rays with energy corresponding to the energy of the maximum point of the energy spectrum due to gamma rays with an energy of about 2.23 MeV; Е в - energy of a gamma-ray emitted by the nucleus of a hydrogen atom in interaction with a thermal neutron, Е в = 2.23 MeV.
Это обеспечивает возможность непосредственно при обнаружении взрывчатого вещества в конкретном контролируемом предмете с его специфическим содержанием химических элементов в находящихся в нем материалах перед сравнением амплитуд электрических импульсов от гамма-квантов с их пороговыми значениями определить уточненные нижнее и верхнее пороговые значения для выделения электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, то есть для выделения электрических импульсов от гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, испускаемых ядрами атомов азота.This makes it possible, directly upon detection of an explosive in a specific controlled object with its specific content of chemical elements in the materials contained therein, before comparing the amplitudes of the electrical pulses from gamma rays with their threshold values, to determine the specified lower and upper threshold values for the separation of electrical pulses with an amplitude proportional to the energy of gamma rays, which is in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV, i.e. to isolate electrical pulses from gamma rays with an energy of 10.8 MeV emitted by the nuclei of nitrogen atoms.
Использование при определении уточненных нижнего и верхнего пороговых значений для выделения электрических импульсов результата определения амплитуды Uв электрического импульса от гамма-кванта с энергией Ев = 2,23 МэВ, которая соответствует энергии точки максимума энергетического спектра гамма-излучения, обусловленного ядрами атомов водорода, позволяет непосредственно при проведении нейтронно-радиационного анализа конкретного контролируемого предмета со свойственным только ему содержанием химических элементов в находящихся в нем материалах компенсировать влияние в оптико-электронном тракте регистрации гамма-излучения искажений типа смещения нуля, вызванных нестабильностью фонового электрического сигнала. При этом в данном случае компенсацию влияния фонового электрического сигнала осуществляют с учетом специфического содержания входящих в состав находящихся в контролируемом предмете материалов химических элементов, свойственного конкретному контролируемому предмету, подвергаемому в данный момент нейтронно-радиационному анализу.The use in determining the refined lower and upper thresholds for the isolation of electrical pulses determination result of the amplitude U in the electrical impulse from the gamma-ray with energy E = 2.23 MeV, which corresponds to the maximum power point of the energy spectrum of gamma rays resulting from the nuclei of hydrogen atoms, allows directly during the neutron-radiation analysis of a specific controlled object with its only characteristic content of chemical elements in it materials to compensate for the influence of distortions such as zero shift caused by the instability of the background electrical signal in the optoelectronic path of detecting gamma radiation. Moreover, in this case, the influence of the background electrical signal is compensated for taking into account the specific content of the chemical elements contained in the controlled item materials that are specific to the specific controlled item that is currently undergoing neutron radiation analysis.
Во-первых, использование таких уточненных нижнего и верхнего пороговых значений при регистрации гамма-квантов компенсирует влияние изменения из-за искажений амплитудного значения электрических импульсов от гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, испускаемых ядрами атомов азота. В результате этого при регистрации амплитудное значение электрических импульсов от гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, несмотря на искажения, не будет выходить за пределы диапазона между нижним и верхним пороговыми значениями. Поэтому такие электрические импульсы будут выделены амплитудным анализатором и зарегистрированы. Данное обстоятельство приводит к уменьшению вероятности пропуска взрывчатого вещества при его обнаружении.First, the use of such refined lower and upper threshold values when registering gamma rays compensates for the effect of the change due to distortions in the amplitude value of electric pulses from 10.8 MeV gamma rays emitted by the nuclei of nitrogen atoms. As a result of this, during registration, the amplitude value of electric pulses from gamma quanta with an energy of 10.8 MeV, despite distortions, will not go beyond the range between the lower and upper threshold values. Therefore, such electrical pulses will be detected by an amplitude analyzer and recorded. This circumstance leads to a decrease in the probability of missing an explosive when it is detected.
Во-вторых, использование при регистрации гамма-квантов таких уточненных нижнего и верхнего пороговых значений компенсирует влияние изменения из-за искажений амплитудного значения электрических импульсов от гамма-квантов с энергиями, близкими по значению к 10,8 МэВ, которые испускают ядра атомов не азота, а других химических элементов, например хрома, селена, железа и кремния, способных вызвать ложную тревогу. При регистрации амплитудное значение электрических импульсов от гамма-квантов, испускаемых ядрами атомов таких химических элементов, несмотря на искажения не будет попадать между уточненными нижним и верхним пороговыми значениями. Поэтому такие электрические импульсы не будут выделены амплитудным анализатором и ошибочно зарегистрированы в качестве электрических импульсов от гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ. Данные причины приводят к уменьшению вероятности ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества.Second, the use of such refined lower and upper threshold values when registering gamma quanta compensates for the effect of changes due to distortions in the amplitude value of electric pulses from gamma quanta with energies close to 10.8 MeV that emit non-nitrogen atomic nuclei and other chemical elements, such as chromium, selenium, iron and silicon, which can cause a false alarm. When registering, the amplitude value of the electrical impulses from gamma rays emitted by the atomic nuclei of such chemical elements, despite the distortions, will not fall between the specified lower and upper threshold values. Therefore, such electrical pulses will not be isolated by an amplitude analyzer and are erroneously recorded as electrical pulses from gamma rays with an energy of 10.8 MeV. These reasons lead to a decrease in the probability of false alarm when explosives are detected.
Указанные обстоятельства подтверждают достижение декларированного в задаче настоящего изобретения технического результата благодаря наличию у предлагаемого способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете перечисленных отличительных признаков.These circumstances confirm the achievement of the technical result declared in the task of the present invention due to the presence of the listed distinguishing features in the proposed method for detecting explosives in a controlled subject.
Сущность предлагаемого способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете заключается в следующем:The essence of the proposed method for detecting explosives in a controlled subject is as follows:
- перед размещением контролируемого предмета облучают тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ камеру, оснащенную радиационной защитой и, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения;- before placing the controlled object is irradiated with thermal neutrons with an energy of about 0.025 eV, a camera equipped with radiation protection and at least one gamma radiation detector;
- регистрируют гамма-излучение, испускаемое камерой, радиационной защитой и детектором гамма-излучения, путем преобразования гамма-квантов, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения в электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов, и сравнения амплитуд электрических импульсов с пороговыми значениями. На практике наиболее предпочтительна регистрация гамма-излучения с энергией гамма-квантов в диапазоне 1-13 МэВ;- register gamma radiation emitted by the camera, radiation protection and a gamma radiation detector, by converting gamma rays by at least one gamma radiation detector into electrical pulses with amplitudes proportional to the energies of gamma quanta, and comparing the amplitudes of the electrical pulses with threshold values. In practice, the most preferred registration of gamma radiation with gamma-ray energy in the range of 1-13 MeV;
- определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения, по меньшей мере, в интервале энергии гамма-квантов, включающем значение 2,23 МэВ, и в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов, по меньшей мере, одного химического элемента, входящего в состав материалов камеры, радиационной защиты или детектора гамма-излучения. На практике предпочтительным является определение энергетического спектра в диапазоне значений энергии от 1 до 13 МэВ;- determine the energy spectrum of the detected gamma radiation, at least in the energy range of gamma rays, including the value of 2.23 MeV, and in the energy range of gamma rays, including the upper limit of the energy values of gamma rays emitted during interaction with thermal neutrons atomic nuclei of at least one chemical element that is part of the materials of the camera, radiation protection or gamma radiation detector. In practice, it is preferable to determine the energy spectrum in the range of energy values from 1 to 13 MeV;
- выявляют в полученном энергетическом спектре, например, путем сравнения точку максимума. При этом выявляют точку максимума энергетического спектра гамма-излучения, обусловленного гамма-квантами с энергией около 2,23 МэВ, испускаемыми при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов водорода;- identify in the resulting energy spectrum, for example, by comparing the maximum point. In this case, the maximum point of the energy spectrum of gamma radiation due to gamma rays with an energy of about 2.23 MeV, emitted during the interaction with thermal neutrons by the nuclei of hydrogen atoms, is revealed;
- выявляют, например, с использованием численного дифференцирования полученного энергетического спектра точку спада энергетического спектра гамма-излучения, испускаемого камерой, радиационной защитой и детектором гамма-излучения, которая обусловлена гамма-излучением, испускаемым в результате взаимодействия с тепловыми нейтронами ядрами атомов, по меньшей мере, одного химического элемента, входящего в состав материалов камеры, радиационной защиты и детектора гамма-излучения. При этом выявляют, по меньшей мере, одну точку спада энергетического спектра гамма-излучения, обусловленного либо гамма-квантами с энергией до 6,826 МэВ, испускаемыми при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов йода, входящего в состав материала сцинтиллятора детектора гамма-излучения, либо гамма-квантами с энергией до 4,945 МэВ, испускаемыми при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов углерода, входящего в состав материала радиационной защиты, либо гамма-квантами с энергией до 8,578 МэВ, испускаемыми при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов хлора, входящего в состав материала радиационной защиты, либо гамма-квантами с энергией до 7,724 МэВ, испускаемыми при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов алюминия, входящего в состав конструкционного материала камеры. Поскольку источниками гамма-квантов с энергиями до 6,826 МэВ являются ядра атомов йода, которые входят в состав материала сцинтиллятора детектора гамма-излучения, преобразующего при регистрации гамма-кванты в световые вспышки, практически все указанные гамма-кванты регистрируются детектором гамма-излучения. Поэтому точка спада энергетического спектра гамма-излучения, которая обусловлена гамма-квантами с энергией до 6,826 МэВ, испускаемыми при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов йода, оказывается наиболее ярко выраженной и выявление ее в энергетическом спектре гамма-излучения является наиболее предпочтительным;- identify, for example, using numerical differentiation of the obtained energy spectrum, the decay point of the energy spectrum of gamma radiation emitted by the camera, radiation protection and gamma radiation detector, which is caused by gamma radiation emitted as a result of interaction with thermal neutrons by atomic nuclei, at least , one chemical element that is part of the materials of the camera, radiation protection and gamma radiation detector. At the same time, at least one point of recession of the energy spectrum of gamma radiation due to either gamma rays with energies up to 6.826 MeV, emitted during interaction with thermal neutrons by the nuclei of iodine atoms, which is part of the scintillator material of the gamma radiation detector, or gamma is detected -quantums with energies up to 4.945 MeV, emitted when interacting with thermal neutrons by the nuclei of carbon atoms included in the radiation protection material, or gamma-quanta with energies up to 8.578 MeV, emitted during the interaction with thermal neutrons by nuclei of atoms of chlorine, which is part of the radiation shielding material, or gamma photons with energies up to 7.724 MeV emitted during the interaction of thermal neutrons with nuclei of aluminum atoms constituting the structural material chamber. Since the sources of gamma rays with energies up to 6.826 MeV are the nuclei of iodine atoms, which are part of the scintillator material of the gamma radiation detector, which converts gamma quanta into light flashes when registering, almost all of these gamma quanta are detected by the gamma radiation detector. Therefore, the recession point of the energy spectrum of gamma radiation, which is caused by gamma quanta with energies up to 6.826 MeV, emitted by the nuclei of iodine atoms interacting with thermal neutrons, is most pronounced and its identification in the energy spectrum of gamma radiation is most preferable;
- определяют амплитуды электрических импульсов от гамма-квантов с энергиями, соответствующими энергиям точек максимума и спада энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения, испущенного камерой, радиационной защитой и детектором гамма-излучения;- determine the amplitudes of the electrical pulses from gamma rays with energies corresponding to the energies of the maximum and decay points of the energy spectrum of the detected gamma radiation emitted by the camera, radiation protection and a gamma radiation detector;
- обеспечивают соответствие амплитуд электрических импульсов от гамма-квантов с энергиями, соответствующими энергиям точек максимума и спада энергетического спектра, расчетным значениям, например, путем изменения коэффициента передачи электронного тракта преобразования гамма-квантов в электрические импульсы и добавления к электрическим импульсам от гамма-квантов напряжения смещения. При этом коэффициент передачи электронного тракта преобразования гамма-квантов в электрические импульсы изменяют, а постоянное напряжение смещения добавляют до тех пор, пока амплитуды электрических импульсов от гамма-квантов с энергиями, соответствующими энергиям точек максимума и спада энергетического спектра, не станут равны заданным расчетным значениям;- ensure that the amplitudes of the electrical pulses from gamma rays correspond to the energies corresponding to the energies of the maximum and decay points of the energy spectrum, to the calculated values, for example, by changing the transmission coefficient of the electronic path for converting gamma rays into electrical impulses and adding voltage to the electrical impulses from gamma rays displacement. In this case, the transmission coefficient of the electronic path for converting gamma rays into electrical pulses is changed, and a constant bias voltage is added until the amplitudes of the electrical pulses from gamma rays with energies corresponding to the energies of the maximum and decay points of the energy spectrum become equal to the specified calculated values ;
- затем размещают контролируемый предмет в камере, оснащенной радиационной защитой и, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения;- then place the controlled object in a chamber equipped with radiation protection and at least one gamma radiation detector;
- облучают тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ контролируемый предмет, находящийся в камере с радиационной защитой и, по меньшей мере, с одним детектором гамма-излучения;- irradiated with thermal neutrons with an energy of about 0.025 eV, a controlled object located in a chamber with radiation protection and at least one gamma radiation detector;
- регистрируют испускаемое контролируемым предметом и камерой с радиационной защитой гамма-излучение путем преобразования гамма-квантов, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения в электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов, и сравнения амплитуд электрических импульсов с пороговыми значениями. На практике наиболее предпочтительна регистрация гамма-излучения с энергией гамма-квантов в диапазоне 1-13 МэВ;- register the gamma radiation emitted by the controlled object and the camera with radiation protection by converting gamma rays by at least one gamma radiation detector into electrical pulses with amplitudes proportional to the energies of gamma quanta and comparing the amplitudes of the electrical pulses with threshold values. In practice, the most preferred registration of gamma radiation with gamma-ray energy in the range of 1-13 MeV;
- определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения, по меньшей мере, в интервале энергии гамма-квантов, включающем значение 2,23 МэВ. На практике предпочтительным является определение энергетического спектра в диапазоне значений энергии от 1 до 13 МэВ;- determine the energy spectrum of the detected gamma radiation, at least in the energy range of gamma rays, including a value of 2.23 MeV. In practice, it is preferable to determine the energy spectrum in the range of energy values from 1 to 13 MeV;
- выявляют в полученном энергетическом спектре, например, посредством сравнения точку максимума. При этом выявляют точку максимума энергетического спектра гамма-излучения, обусловленного гамма-квантами с энергией около 2,23 МэВ, испускаемыми при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов водорода;- identify in the resulting energy spectrum, for example, by comparing the maximum point. In this case, the maximum point of the energy spectrum of gamma radiation due to gamma rays with an energy of about 2.23 MeV, emitted during the interaction with thermal neutrons by the nuclei of hydrogen atoms, is revealed;
- определяют амплитуду электрических импульсов от гамма-квантов с энергией, соответствующей энергии точки максимума энергетического спектра гамма-излучения, обусловленного гамма-квантами с энергией около 2,23 МэВ, испускаемыми при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов водорода;- determine the amplitude of the electrical pulses from gamma rays with energy corresponding to the energy of the maximum point of the energy spectrum of gamma radiation due to gamma rays with an energy of about 2.23 MeV emitted by the interaction of thermal neutrons with the nuclei of hydrogen atoms;
- определяют нижнее и верхнее пороговые значения для выделения электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, например, в соответствии с выражением Uпор = Епор Uв/Ев, где Uпор - соответственно нижнее или верхнее пороговое напряжение для выделения электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ; Епор - соответственно нижнее или верхнее пороговое значение энергии для выделения гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ; Uв - амплитуда электрических импульсов от гамма-квантов с энергией, соответствующей энергии точки максимума энергетического спектра, обусловленного гамма-квантами с энергией около 2,23 МэВ; Ев - энергия гамма-кванта, испускаемого ядром атома водорода при взаимодействии с тепловым нейтроном, Ев = 2,23 МэВ;- determine the lower and upper threshold values for the extraction of electrical pulses with an amplitude proportional to the energy of gamma rays, which is in a given range of energy values, including a value of 10.8 MeV, for example, in accordance with the expression U pore = E pore U in / E in where U then - respectively, the lower or upper threshold voltage for separating electric pulses with an amplitude proportional to the energy of gamma rays, which is in a given range of energy values, including a value of 10.8 MeV; E pore - respectively, the lower or upper threshold energy value for the allocation of gamma rays with energy in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV; U in - the amplitude of the electrical pulses from gamma rays with energy corresponding to the energy of the maximum point of the energy spectrum due to gamma rays with an energy of about 2.23 MeV; Е в - energy of a gamma-ray emitted by the nucleus of a hydrogen atom in interaction with a thermal neutron, Е в = 2.23 MeV;
- выделяют электрические импульсы с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, посредством сравнения их амплитуд с полученными нижним и верхним пороговыми значениями;- emit electrical pulses with an amplitude proportional to the energy of gamma rays, which is in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV, by comparing their amplitudes with the obtained lower and upper threshold values;
- подсчитывают количество выделенных электрических импульсов;- count the number of selected electrical pulses;
- принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении количеством подсчитанных электрических импульсов его порогового значения, после чего контролируемый предмет извлекают из камеры с радиационной защитой.- decide on the presence of explosive in the controlled object when the number of calculated electrical pulses exceeds its threshold value, after which the controlled object is removed from the camera with radiation protection.
В случае принятия решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете его направляют на вскрытие и визуальный досмотр.If a decision is made about the presence of an explosive in a controlled object, it is sent for autopsy and visual inspection.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Осуществление предлагаемого способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете поясняется следующими графическими материалами.The implementation of the proposed method for detecting explosives in a controlled object is illustrated by the following graphic materials.
На фиг.1 показана реализующая предлагаемый способ система для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, где 1 - контролируемый предмет, 2 - установка для нейтронно-радиационного анализа, 3 - горизонтальная шахта, 4 - транспортер, 5 - компьютер и 6 - сигнализатор тревоги.Figure 1 shows the system implementing the proposed method for detecting explosives in a controlled subject, where 1 is a controlled subject, 2 is a neutron radiation analysis facility, 3 is a horizontal shaft, 4 is a conveyor, 5 is a computer and 6 is an alarm.
На фиг.2 показан продольный разрез по А-А установки 2 для нейтронно-радиационного анализа (фиг.1), где 7 - корпус, 8 - радиационная защита, 9 - камера, 10 - излучатель тепловых нейтронов, 11 - детектор гамма-излучения, 12 - боковой отражатель нейтронов и 13 - нижний отражатель нейтронов.Figure 2 shows a longitudinal section along aa of the
На фиг.3 показан продольный разрез детектора 11 гамма-излучения, где 14 - корпус детектора, 15 - стакан нейтронного фильтра, 16 - сцинтиллятор и 17 - фотоэлектронный умножитель.Figure 3 shows a longitudinal section of a
На фиг.4 показана структурная схема входящей в установку 2 для нейтронно-радиационного анализа электронной аппаратуры, где 11 - детектор гамма-излучения, 18 - предварительный усилитель, 19 - умножитель, 20 - сумматор, 21 - аналого-цифровой преобразователь, 22 - первый цифроаналоговый преобразователь и 23 - второй цифроаналоговый преобразователь.Figure 4 shows the structural diagram included in the
На фиг.5 показан полученный экспериментально в диапазоне энергии гамма-квантов от 1 до 13 МэВ энергетический спектр гамма-излучения, испущенного камерой с радиационной защитой и детекторами гамма-излучения, но без контролируемого предмета и зарегистрированного за 1000 с, где количество зарегистрированных гамма-квантов приведено по оси ординат в логарифмическом масштабе.Figure 5 shows the energy spectrum of gamma radiation obtained experimentally in the gamma-ray energy range from 1 to 13 MeV, emitted by a camera with radiation protection and gamma radiation detectors, but without a controlled object and recorded for 1000 s, where the number of registered gamma quanta are given along the ordinate axis on a logarithmic scale.
На фиг.6 показан численно продифференцированный в диапазоне энергии от 4 до 12 МэВ приведенный на фиг.5 энергетический спектр гамма-излучения, испущенного камерой с радиационной защитой и детектором гамма-излучения, но без контролируемого предмета и зарегистрированного за 1000 с.Figure 6 shows the energy spectrum of gamma radiation numerically differentiated in the energy range from 4 to 12 MeV shown in Fig.5, emitted by a camera with radiation protection and a gamma radiation detector, but without a controlled object and recorded for 1000 s.
На фиг.7 показан полученный экспериментально в диапазоне энергии гамма-квантов от 1 до 13 МэВ энергетический спектр гамма-излучения, испущенного контролируемым предметом без взрывчатого вещества и камерой с радиационной защитой и детектором гамма-излучения и зарегистрированного за 1000 с, где количество зарегистрированных гамма-квантов приведено по оси ординат в логарифмическом масштабе.7 shows the experimentally obtained in the energy range of gamma rays from 1 to 13 MeV the energy spectrum of gamma radiation emitted by a controlled object without explosive and a camera with radiation protection and a gamma radiation detector and recorded for 1000 s, where the number of registered gamma quanta are given along the ordinate axis on a logarithmic scale.
На фиг.8 показан полученный экспериментально в диапазоне энергии гамма-квантов от 1 до 13 МэВ энергетический спектр гамма-излучения, испущенного контролируемым предметом, содержащим около 200 г азотосодержащего взрывчатого вещества, и камерой с радиационной защитой и детектором гамма-излучения и зарегистрированного за 1000 с, где количество зарегистрированных гамма-квантов приведено по оси ординат в логарифмическом масштабе.On Fig shows the experimentally obtained in the energy range of gamma rays from 1 to 13 MeV the energy spectrum of gamma radiation emitted by a controlled object containing about 200 g of nitrogen-containing explosive, and a camera with radiation protection and a gamma radiation detector and recorded for 1000 c, where the number of registered gamma rays is given along the ordinate axis in a logarithmic scale.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Реализующая предлагаемый способ система для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете содержит (фиг.1) установку 2 для нейтронно-радиационного анализа, проходящий через горизонтальную шахту 3 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа транспортер 4, компьютер 5 с сигнализатором 6 тревоги и электронную аппаратуру, структурная схема которой приведена на фиг.4. Транспортер 4 предназначен для перемещения контролируемого предмета 1 через горизонтальную шахту 3 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа и выполнен с возможностью останова с малым выбегом. В качестве компьютера 5 может быть использована персональная ЭВМ.Implementing the proposed method, a system for detecting explosives in a controlled object contains (Fig. 1) a neutron
Установка 2 для нейтронно-радиационного анализа содержит (фиг.2) корпус 7, внутри которого размещена радиационная защита 8, выполненная из борированного полиэтилена для снижения уровня нейтронного излучения и свинца для снижения уровня гамма-излучения до допустимых значений. Сквозь корпус 7 и радиационную защиту 8 проходит горизонтальная шахта 3 с расположенной вдоль нее в нижней ее части лентой транспортера 4. В центральной части горизонтальной шахты 3 находится камера 9, образованная двумя боковыми отражателями 12 нейтронов и нижним отражателем 13 нейтронов и предназначенная для размещения контролируемого предмета 1 при его облучении тепловыми нейтронами. Боковые отражатели 12 нейтронов и нижний отражатель 13 нейтронов выполнены из полиэтилена в виде пластин с размерами не менее соответствующих габаритных размеров камеры 9 и установлены вдоль нее соответственно вертикально и горизонтально заподлицо с ее соответствующими стенками. Боковые отражатели 12 нейтронов и нижний отражатель 13 нейтронов предназначены для увеличения доли тепловых нейтронов за счет замедления в материале отражателей быстрых нейтронов, попавших из излучателя 10 тепловых нейтронов, и обеспечения равномерности распределения тепловых нейтронов по объему облучаемой области контролируемого предмета 1. Над камерой 9 в выполненной в радиационной защите 8 полости установлен излучатель 10 тепловых нейтронов, который выполнен в виде радионуклидного источника быстрых нейтронов на основе калифорния-252 с возможностью их последующего замедления полиэтиленом до тепловых значений энергии около 0,025 эВ и подобен по конструкции излучателю тепловых нейтронов, используемому при осуществлении способа, выбранного за ближайший аналог. В выполненных в радиационной защите 8 полостях под камерой 9 за нижним отражателем 13 нейтронов установлены детекторы 11 гамма-излучения. Для обеспечения возможности останова ленты транспортера 4, когда контролируемый предмет 1 попадает в камеру 9 горизонтальной шахты 3, установка 2 для нейтронно-радиационного анализа снабжена датчиком останова, который размещен в камере 9, может быть выполнен в виде концевых контактов или на основе источника и приемника оптического излучения и на фигурах не показан.
Детектор 11 гамма-излучения (фиг.3) содержит выполненный из алюминия корпус 14 детектора с размещенным внутри него фотоэлектронным умножителем 17, находящимся в оптическом контакте с помещенным в стакан 15 нейтронного фильтра сцинтиллятором 16. В качестве сцинтиллятора 16 наиболее предпочтительно применение неорганического сцинтиллятора, например, на основе йодистого натрия, активированного таллием. Для уменьшения воздействия на сцинтиллятор 16 тепловых нейтронов, проникающих из камеры 9, он размещен в стакане 15 нейтронного фильтра, который выполнен герметичным с двойными стенками и двойным дном, полость между которыми заполнена материалом, снижающим поток тепловых нейтронов, например карбонатом лития, фторидом лития или фосфатом лития.The gamma radiation detector 11 (Fig. 3) comprises a detector housing made of aluminum with a
Входящая в состав установки 2 для нейтронно-радиационного анализа электронная аппаратура содержит несколько идентичных по структуре каналов, количество которых равно числу используемых детекторов 11 гамма-излучения. Каждый канал содержит (фиг.4) последовательно соединенные детектор 11 гамма-излучения, предварительный усилитель 18, умножитель 19, сумматор 20 и аналого-цифровой преобразователь 21, а также первый и второй цифроаналоговые преобразователи 22 и 23, выходы которых подключены ко вторым входам соответственно сумматора 20 и умножителя 19. Выход аналого-цифрового преобразователя 21 каждого канала подключен к входу компьютера 5, а входы первого и второго цифроаналоговых преобразователей 22 и 23 подключены к выходам компьютера 5. Кроме того, выходы компьютера 5 соединены с входом сигнализатора 6 тревоги, предназначенного для формирования сигналов наличия или отсутствия взрывчатого вещества в контролируемом предмете 1, а также с приводом транспортера 4 для подачи сигналов пуска и останова транспортера 4.The electronic equipment included in the
Система, реализующая предлагаемый способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, работает следующим образом.A system that implements the proposed method for detecting explosives in a controlled object, works as follows.
Открывают заслонку (на фигурах не показана) излучателя 10 тепловых нейтронов, который испускает тепловые нейтроны с энергией около 0,025 эВ во внутреннюю полость камеры 9. При облучении тепловыми нейтронами камеры 9, радиационной защиты 8, детекторов 11 гамма-излучения и других элементов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа происходит радиационный захват тепловых нейтронов ядрами атомов химических элементов, входящих в состав использованных в них материалов, в результате чего эти ядра атомов переходят в возбужденное состояние. Переход ядер атомов из возбужденного состояния в основное сопровождается испусканием гамма-квантов с различными значениями энергии.Open the shutter (not shown in the figures) of a
При этом гамма-излучение испускают в том числе ядра атомов водорода, входящего в состав материала радиационной защиты 8 и испускающего гамма-кванты с энергией около 2,23 МэВ, ядра атомов углерода, входящего в состав материала радиационной защиты 8 и испускающего гамма-кванты с энергией до 4,945 МэВ, ядра атомов хлора, входящего в состав материала радиационной защиты 8 и испускающего гамма-кванты с энергией до 8,578 МэВ, ядра атомов йода, входящего в состав материала сцинтиллятора 16 детектора 11 гамма-излучения и испускающего гамма-кванты с энергией до 6,826 МэВ, и ядра атомов алюминия, входящего в состав конструкционных материалов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа, а также материала корпуса 14 детектора 11 гамма-излучения и испускающего гамма-кванты с энергией до 7,724 МэВ.In this case, gamma radiation is also emitted by the nuclei of hydrogen atoms, which are part of the
Некоторая часть указанных гамма-квантов попадает в сцинтилляторы 16 детекторов 11 гамма-излучения (фиг.3) и вызывает в них световые вспышки, яркость которых пропорциональна энергиям гамма-квантов. Фотоэлектронный умножитель 17 детектора 11 гамма-излучения преобразует испускаемое сцинтиллятором 16 оптическое излучение световой вспышки от каждого гамма-кванта в электрический импульс с амплитудой, пропорциональной энергии попавшего в сцинтиллятор 16 гамма-кванта. После усиления предварительным усилителем 18 (фиг.4) электрические импульсы от гамма-квантов поступают на первый вход умножителя 19. Одновременно с выхода компьютера 5 на второй цифроаналоговый преобразователь 23 поступает хранящийся в запоминающем устройстве компьютера 5 цифровой код, который соответствует расчетному значению коэффициента передачи оптико-электронного тракта регистрации гамма-излучения от сцинтиллятора 16 до сумматора 20 включительно. Этот цифровой код преобразуется вторым цифроаналоговым преобразователем 23 в аналоговый электрический сигнал, который поступает на второй вход умножителя 19, осуществляющего перемножение его с мгновенными значениями напряжения электрических импульсов от гамма-квантов. Выходной сигнал с умножителя 19 поступает на первый вход сумматора 20. В это время с выхода компьютера 5 на первый цифроаналоговый преобразователь 22 поступает нулевой цифровой код, соответствующий нулевому фоновому электрическому сигналу, и поэтому с первого цифроаналогового преобразователя 22 на второй вход сумматора 20 поступает нулевой аналоговый сигнал. В результате на выходе сумматора 20 формируются электрические импульсы от гамма-квантов, амплитуда которых прямо пропорциональна энергии гамма-квантов с коэффициентом пропорциональности, равным коэффициенту передачи оптико-электронного тракта регистрации гамма-излучения от сцинтиллятора 16 до сумматора 20 включительно. При этом амплитуда каждого электрического импульса от гамма-кванта была бы равна своему расчетному значению, если бы коэффициент передачи оптико-электронного тракта регистрации гамма-излучения был равен своему расчетному значению, а фоновый электрический сигнал был равен нулю.A certain part of these gamma rays gets into the
Однако коэффициент передачи оптико-электронного тракта регистрации гамма-излучения от сцинтиллятора 16 до сумматора 20 и фоновый электрический сигнал на выходе сумматора 20 существенным образом зависят от нестабильности и разброса параметров и старения элементов оптико-электронного тракта, нестабильности его напряжения питания, а также от таких условий окружающей среды, как уровень ионизирующего излучения, температура, давление и влажность окружающего воздуха. При этом коэффициент передачи сцинтиллятора 16 детектора 11 гамма-излучения, а также его фоновые световые вспышки во многом зависят также от частоты прихода попадающих в него гамма-квантов, которая может существенно меняться в зависимости от наличия различных химических элементов в составе находящихся в контролируемом предмете 1 материалов, а также от плотности потока тепловых нейтронов, попадающих в камеру 9.However, the transmission coefficient of the optoelectronic path for detecting gamma radiation from the
Аналого-цифровой преобразователь 21 преобразует амплитудное значение каждого электрического импульса от гамма-кванта, поступившего с выхода сумматора 20, в цифровой код, который вводится в компьютер 5. Компьютер 5 посредством сравнения с пороговыми значениями поступивших цифровых кодов, соответствующих амплитудным значениям электрических импульсов от гамма-квантов и, следовательно, энергиям зарегистрированных гамма-квантов, определяет, к какому из поддиапазонов энергии шириной, например, ΔЕ = 12-13 кэВ в диапазоне энергии от 1 до 13 МэВ по значению своей энергии принадлежит каждый зарегистрированный гамма-квант, и подсчитывает и запоминает число зарегистрированных за время 5-10 минут гамма-квантов, имеющих значение энергии в пределах каждого поддиапазона. В результате этого получают энергетический спектр гамма-излучения, испускаемого в отсутствии контролируемого предмета 1 материалами камеры 9, радиационной защиты 8, детекторов 11 гамма-излучения и других элементов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа, который заносится в запоминающее устройство компьютера 5.An analog-to-
Пример такого энергетического спектра гамма-излучения, экспериментально полученного авторами изобретения за время 1000 с, показан на фиг.5, где количество зарегистрированных гамма-квантов по оси ординат приведено в логарифмическом масштабе. На приведенном энергетическом спектре гамма-излучения отчетливо виден максимум в области энергии гамма-квантов около 2,23 МэВ, который обусловлен гамма-квантами, испускаемыми ядрами атомов водорода, входящего в состав материала радиационной защиты 8. На этом энергетическом спектре можно заметить и точки спада энергетического спектра, во-первых, в области значения энергии гамма-квантов 4,945 МэВ, что связано с испусканием гамма-квантов ядрами атомов углерода, входящего в состав материала радиационной защиты 8, во-вторых, в области значений энергии гамма-квантов 6,826 МэВ, что связано с испусканием гамма-квантов ядрами атомов йода, входящего в состав материала сцинтилляторов 16 детекторов 11 гамма-излучения, в-третьих, в области значений энергии гамма-квантов 7,724 МэВ, что связано с испусканием гамма-квантов ядрами атомов алюминия, входящего в состав конструкционных материалов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа, и, в-четвертых, в области значений энергии гамма-квантов 8,578 МэВ, что связано с испусканием гамма-квантов ядрами атомов хлора, входящего в состав материала радиационной защиты 8.An example of such an energy spectrum of gamma radiation experimentally obtained by the inventors during 1000 s is shown in FIG. 5, where the number of registered gamma quanta along the ordinate axis is shown on a logarithmic scale. The maximum gamma-ray energy spectrum of about 2.23 MeV is clearly visible in the gamma-ray energy spectrum shown, which is due to gamma-rays emitted by the nuclei of hydrogen atoms, which is part of the
Затем для выявления точек спада энергетического спектра гамма-излучения компьютер 5 выполняет численное дифференцирование полученного и запомненного энергетического спектра гамма-излучения в диапазоне энергий от 1 до 13 МэВ. При этом значение производной от энергетического спектра для каждого поддиапазона энергии с номером i определяют, например, при значении энергии, соответствующем правой границе поддиапазона энергии, например, согласно выражения P=(Ni+1 - Ni)/(2ΔE), i = 1, 2,..., М, где Ni+1 - количество зарегистрированных гамма-квантов с энергией, соответствующей поддиапазону энергии с номером i+1; Ni - количество зарегистрированных гамма-квантов с энергией, соответствующей поддиапазону энергии с номером i; ΔЕ - ширина поддиапазона энергии; М - число поддиапазонов энергии.Then, to identify the decay points of the energy spectrum of gamma radiation,
Результат численного дифференцирования энергетического спектра гамма-излучения, показанного на фиг.5, приведен на фиг.6. На приведенном продифференцированном энергетическом спектре гамма-излучения отчетливо видны максимумы, соответствующие точкам спада энергетического спектра, во-первых, в области значений энергии гамма-квантов 4,945 МэВ, что связано с испусканием гамма-квантов ядрами атомов углерода, входящего в состав материала радиационной защиты 8, во-вторых, в области значений энергии гамма-квантов 6,826 МэВ, что связано с испусканием гамма-квантов ядрами атомов йода, входящего в состав материала сцинтилляторов 16 детекторов 11 гамма-излучения, в-третьих, в области значений энергии гамма-квантов 7,724 МэВ, что связано с испусканием гамма-квантов ядрами атомов алюминия, входящего в состав конструкционных материалов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа, и, в-четвертых, в области значений энергии гамма-квантов 8,578 МэВ, что связано с испусканием гамма-квантов ядрами атомов хлора, входящего в состав материала радиационной защиты 8. Как видно, наибольшее значение имеет максимум продифференцированного энергетического спектра в области значений энергии гамма-квантов 6,826 МэВ, связанный с испусканием гамма-квантов ядрами атомов йода, входящего в состав материала сцинтилляторов 16 детекторов 11 гамма-излучения, чем и обусловлено предпочтительное выявление именно соответствующей этому максимуму точки спада энергетического спектра при осуществлении предлагаемого способа.The result of numerical differentiation of the energy spectrum of gamma radiation, shown in Fig.5, shown in Fig.6. The differentiated energy spectrum of gamma radiation clearly shows the maxima corresponding to the points of decline of the energy spectrum, firstly, in the range of energy of gamma rays of 4.945 MeV, which is associated with the emission of gamma rays by the nuclei of carbon atoms, which is part of the
Затем компьютер 5 выявляет путем сравнения максимум энергетического спектра (см. фиг.5) гамма-излучения в диапазоне энергии от 1 до 13 МэВ и, по меньшей мере, один из максимумов продифференцированного энергетического спектра (см. фиг.6), предпочтительно в области энергии гамма-квантов 6,826 МэВ, который обусловлен гамма-квантами, испускаемыми ядрами атомов йода. Например, при выявлении максимума энергетического спектра гамма-излучения компьютер 5 осуществляет в пределах диапазона значений энергии гамма-квантов от 1 до 13 МэВ последовательное сравнение количества Ni+1 зарегистрированных гамма-квантов с энергией, соответствующей поддиапазону энергии с номером i+1, и количества N зарегистрированных гамма-квантов с энергией, соответствующей поддиапазону энергии с номером i, для каждых двух соседних поддиапазонов энергии шириной ΔЕ из общего числа М поддиапазонов энергии. В результате такого сравнения компьютер 5 определяет поддиапазон энергии шириной ΔЕ, в котором зарегистрировано наибольшее количество гамма-квантов, и присваивает выявляемому значению энергии гамма-квантов, соответствующему максимуму энергетического спектра гамма-излучения, значение энергии, равное энергии, соответствующей, например, середине указанного поддиапазона. Аналогичным образом компьютер 5 выявляет, по меньшей мере, один из максимумов продифференцированного энергетического спектра.Then, the
Далее компьютер 5 определяет значения ранее поступивших из аналого-цифрового преобразователя 21 соответствующих амплитудным значениям электрических импульсов от зарегистрированных гамма-квантов и, следовательно, их энергиям цифровых кодов, которым соответствуют положения выявленных максимума энергетического спектра (см. фиг.5) гамма-излучения в области энергии гамма-квантов около 2,23 МэВ и максимума продифференцированного энергетического спектра (см. фиг.6), например, в области энергии гамма-квантов 6,826 МэВ. Указанные цифровые коды компьютер 5 сравнивает с их эталонными расчетными значениями, хранящимися в его запоминающем устройстве.Next, the
Если, например, в результате такого сравнения оказалось, что цифровой код, соответствующий амплитуде импульса от гамма-кванта с энергией около 2,23 МэВ, меньше эталонного расчетного значения, то это означает, что фоновый электрический сигнал из-за искажений стал меньше расчетной величины. В этом случае компьютер 5 формирует нарастающий во времени положительный цифровой код, который преобразуется первым цифроаналоговым преобразователем 22 в положительный аналоговый электрический сигнал, поступающий на сумматор 20 и суммируемый им с поступающими электрическими импульсами от гамма-квантов. За счет добавления такого напряжения смещения амплитудное значение электрических импульсов от всех гамма-квантов, в том числе и с энергией около 2,23 МэВ, становится больше. После преобразования аналого-цифровым преобразователем 21 амплитудных значений электрических импульсов от гамма-квантов в цифровые коды последние также поступают в компьютер 5, в котором цифровые коды, соответствующие гамма-квантам с энергией около 2,23 МэВ, сравниваются с их эталонным расчетным значением. Такое добавление напряжения смещения осуществляют до тех пор, пока цифровые коды, соответствующие гамма-квантам с энергией около 2,23 МэВ, не станут равны их эталонному расчетному значению, после чего цифровой код на входе первого цифроаналогового преобразователя 22 перестает нарастать.If, for example, as a result of such a comparison, it turned out that the digital code corresponding to the amplitude of the pulse from a gamma quantum with an energy of about 2.23 MeV is less than the reference calculated value, then this means that the background electric signal has become smaller than the calculated value due to distortions . In this case, the
Если же в результате сравнения цифрового кода, соответствующего гамма-квантам с энергией около 2,23 МэВ, с его эталонным расчетным значением оказалось, что цифровой код, соответствующий амплитуде импульса от гамма-кванта с энергией около 2,23 МэВ, больше эталонного расчетного значения, то это означает, что фоновый электрический сигнал из-за искажений стал больше расчетной величины. В этом случае все происходит наоборот.If, however, comparing the digital code corresponding to gamma quanta with an energy of about 2.23 MeV with its reference calculated value, it turned out that the digital code corresponding to the amplitude of the pulse from a gamma quantum with an energy of about 2.23 MeV is larger than the reference calculated value , this means that the background electrical signal due to distortion has become larger than the calculated value. In this case, everything happens the other way around.
Таким образом осуществляют компенсацию изменений фонового электрического сигнала из-за его нестабильности.Thus, compensation is made for changes in the background electrical signal due to its instability.
Если после подобной компенсации изменений фонового электрического сигнала, когда цифровой код, соответствующий гамма-квантам с энергией около 2,23 МэВ, равен его эталонному расчетному значению, в результате сравнения оказалось, что, например, цифровой код, соответствующий амплитуде импульса от гамма-кванта с энергией 6,826 МэВ, меньше его эталонного расчетного значения, то это означает, что коэффициент передачи оптико-электронного тракта регистрации гамма-излучения от сцинтиллятора 16 до сумматора 20 включительно из-за нестабильности стал меньше расчетной величины. В этом случае компьютер 5 формирует цифровой код, нарастающий во времени от значения, соответствующего расчетному значению коэффициента передачи. Этот цифровой код после преобразования вторым цифроаналоговым преобразователем 23 в аналоговый электрический сигнал подается на второй вход умножителя 19, осуществляющего его перемножение с мгновенным значением напряжения электрических импульсов от гамма-квантов. За счет этого коэффициент передачи оптико-электронного тракта регистрации гамма-излучения возрастает и амплитудное значение электрических импульсов от всех гамма-квантов, в том числе и с энергией 6,826 МэВ, становится больше. После преобразования аналого-цифровым преобразователем 21 амплитудных значений электрических импульсов от гамма-квантов в цифровые коды последние также поступают в компьютер 5, в котором цифровые коды, соответствующие гамма-квантам с энергией 6,826 МэВ, сравниваются с их эталонным расчетным значением. Такое увеличение коэффициента передачи оптико-электронного тракта осуществляют до тех пор, пока цифровые коды, соответствующие гамма-квантам с энергией 6,826 МэВ, не станут, равны их эталонному расчетному значению, после чего цифровой код на входе второго цифроаналогового преобразователя 23 перестает нарастать.If after such compensation for changes in the background electric signal, when the digital code corresponding to gamma quanta with an energy of about 2.23 MeV is equal to its reference calculated value, as a result of the comparison, it turned out that, for example, a digital code corresponding to the amplitude of the pulse from the gamma quantum with an energy of 6.826 MeV, less than its reference calculated value, this means that the transmission coefficient of the optoelectronic path for registering gamma radiation from the
Таким образом осуществляют компенсацию нестабильности коэффициента передачи оптико-электронного тракта регистрации гамма-излучения от сцинтиллятора 16 до сумматора 20 включительно.Thus, compensation is made for the instability of the transmission coefficient of the optoelectronic path for registering gamma radiation from the
Подобную компенсацию нестабильности коэффициента передачи оптико-электронного тракта регистрации гамма-излучения и изменений фонового электрического сигнала из-за его нестабильности осуществляют до тех пор, пока оба цифровых кода, соответствующие амплитудам электрических импульсов от гамма-квантов с энергиями около 2,23 и 6,826 МэВ, не станут равны их соответствующим эталонным расчетным значениям.Such compensation for the instability of the transmission coefficient of the optoelectronic path for detecting gamma radiation and changes in the background electrical signal due to its instability is carried out until both digital codes corresponding to the amplitudes of the electrical pulses from gamma rays with energies of about 2.23 and 6.826 MeV will not be equal to their respective reference design values.
После этого система готова к выполнению нейтронно-радиационного анализа контролируемого предмета 1.After that, the system is ready to perform neutron radiation analysis of the controlled
Контролируемый предмет 1 устанавливают на ленту транспортера 4 и с клавиатуры компьютера 5 запускают транспортер 4. Когда контролируемый предмет 1 будет доставлен транспортером 4 в камеру 9 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа сигналом с датчика останова, не показанного на фигурах, будет остановлена лента транспортера 4 с контролируемым предметом 1.The controlled
Тепловые нейтроны с энергией около 0,025 эВ испускаются излучателем 10 тепловых нейтронов во внутреннюю полость камеры 9 и облучают в том числе контролируемый предмет 1. При облучении тепловыми нейтронами контролируемого предмета 1, камеры 9, радиационной защиты 8, детекторов 11 гамма-излучения и других элементов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа происходит радиационный захват тепловых нейтронов ядрами атомов химических элементов, входящих в состав содержащихся в них материалов, в результате чего эти ядра атомов переходят в возбужденное состояние. Переход ядер атомов из возбужденного состояния в основное сопровождается испусканием гамма-квантов с различными значениями энергии.Thermal neutrons with an energy of about 0.025 eV are emitted by a
В частности, при облучении тепловыми нейтронами азотосодержащих материалов, находящихся в контролируемом предмете 1, будет происходить радиационный захват тепловых нейтронов ядрами атомов азота-14, в результате чего образуются ядра атомов азота-15 в возбужденном состоянии. Переход из возбужденного состояния ядер атомов азота-15 в основное будет происходить с испусканием гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ с вероятностью перехода около 0,14. При этом гамма-излучение испускают также в том числе ядра атомов водорода, испускающего гамма-кванты с энергией около 2,23 МэВ.In particular, when thermal neutrons are irradiated with nitrogen-containing materials located in the controlled
Некоторая часть указанных гамма-квантов попадает в сцинтилляторы 16 детекторов 11 гамма-излучения (фиг.3) и аналогично описанному выше преобразуется в поступающие в компьютер 5 цифровые коды, пропорциональные энергиям этих гамма-квантов.Some of these gamma quanta fall into the
Компьютер 5 посредством сравнения с пороговыми значениями поступивших цифровых кодов, соответствующих энергиям зарегистрированных гамма-квантов, определяет, к какому из поддиапазонов энергии шириной, например, ΔЕ = 12-13 кэВ в диапазоне энергии от 1 до 13 МэВ по значению своей энергии принадлежит каждый зарегистрированный гамма-квант, и подсчитывает и запоминает число зарегистрированных за время 5-10 секунд гамма-квантов, имеющих значение энергии в пределах каждого поддиапазона. В результате этого получают энергетический спектр гамма-излучения, испускаемого контролируемым предметом 1, а также материалами камеры 9, радиационной защиты 8, детекторов 11 гамма-излучения и других элементов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа, который заносится в запоминающее устройство компьютера 5.
Пример такого энергетического спектра гамма-излучения, экспериментально полученного авторами за время 1000 с, когда контролируемый предмет 1 не содержит азотосодержащего взрывчатого вещества, показан на фиг.7, где количество зарегистрированных гамма-квантов по оси ординат приведено в логарифмическом масштабе. Пример энергетического спектра гамма-излучения, экспериментально полученного авторами за время 1000 с, когда контролируемый предмет 1 содержит азотосодержащее взрывчатое вещество, показан на фиг.8, где количество зарегистрированных гамма-квантов по оси ординат приведено в логарифмическом масштабе. Приведенные здесь энергетические спектры получены за 1000 с, то есть за достаточно продолжительный интервал времени, что связано с необходимостью большей наглядности их графического представления на данных фигурах и удобства восприятия. На практике непосредственно при обнаружении взрывчатого вещества в контролируемом предмете 1 подобный энергетический спектр снимают за существенно меньшее время, равное 5-10 с. На обоих приведенных энергетических спектрах гамма-излучения в случаях как отсутствия, так и наличия взрывчатого вещества в контролируемом предмете 1 отчетливо видны максимумы в области энергии гамма-квантов около 2,23 МэВ, которые обусловлены гамма-квантами, испускаемыми ядрами атомов водорода. При этом на втором энергетическом спектре (фиг.8) наблюдается сравнительно высокое количество зарегистрированных гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ, что связано с наличием в контролируемом предмете 1 азотосодержащего взрывчатого вещества.An example of such an energy spectrum of gamma radiation experimentally obtained by the authors during 1000 s, when the controlled
Затем компьютер 5 выявляет путем сравнения, как это было рассмотрено выше, максимум энергетического спектра (см. фиг.7 и 8) гамма-излучения в диапазоне энергии от 1 до 13 МэВ в области энергии около 2,23 МэВ, который обусловлен гамма-излучением ядер атомов водорода. Далее компьютер 5 определяет значение ранее поступивших из аналого-цифрового преобразователя 21 цифровых кодов, соответствующих амплитудным значениям электрических импульсов от зарегистрированных гамма-квантов и, следовательно, их энергиям, которым соответствует положение выявленного максимума энергетического спектра (см. фиг.7 и 8) гамма-излучения в области энергии гамма-квантов около 2,23 МэВ.Then, the
Потом компьютер 5 выполняет определение нижнего и верхнего пороговых значений для выделения электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ. На практике указанный интервал значений энергии гамма-квантов предпочтительно задавать от 9,2 до 11,0 МэВ. Для этого на основании цифрового кода, соответствующего амплитудному значению электрического импульса от гамма-кванта с энергией около 2,23 МэВ, компьютер 5 производит вычисление нижнего и верхнего пороговых значений для цифрового кода, соответствующего амплитудному значению выделяемых электрических импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ, например, в соответствии с выражением Uпор = Епор Uв/Ев, где Uпор - соответственно нижнее или верхнее пороговое значение для цифрового кода, соответствующего амплитудному значению выделяемых электрических импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ; Епор - заданные соответственно нижнее или верхнее пороговое значение энергии для выделения гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, которые на практике предпочтительно выбирать равными соответственно 9,2 и 11,0 МэВ; Uв - цифровой код, соответствующий амплитудному значению электрических импульсов от гамма-квантов с энергией, соответствующей энергии точки максимума энергетического спектра, обусловленного гамма-квантами с энергией около 2,23 МэВ; Ев - энергия гамма-кванта, испускаемого ядром атома водорода при взаимодействии с тепловым нейтроном, Ев = 2,23 МэВ.Then, the
Далее компьютер 5 осуществляет выделение цифровых кодов, соответствующих амплитудному значению электрических импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ, посредством сравнения всех цифровых кодов, соответствующих амплитудному значению электрических импульсов от зарегистрированных гамма-квантов, с полученными нижним и верхним пороговыми значениями для цифрового кода, соответствующего амплитудному значению электрических импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ, и подсчитывает их число, определяя количество зарегистрированных гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ и, следовательно, оценивая интенсивность гамма-излучения с такой энергией гамма-квантов.Then,
Затем компьютер 5 выполняет сравнение полученного количества зарегистрированных гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ с установленным для этого количества пороговым значением, хранящимся в его запоминающем устройстве.Then, the
Если в результате сравнения количество зарегистрированных гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ окажется меньше установленного для него порогового значения, компьютер 5 выдает сигнал об отсутствии взрывчатого вещества на сигнализатор 6 тревоги, индицирующий его оператору системы, и подает сигнал на привод транспортера 4, запускающий транспортер 4, а контролируемый предмет 1 снимается с контроля, отправляясь по транспортеру 4 из зоны контроля.If, as a result of the comparison, the number of registered gamma rays with an energy of about 10.8 MeV is less than the threshold value set for it,
Если в результате сравнения количество зарегистрированных гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ окажется больше установленного для него порогового значения, компьютер 5 выдает сигнал о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете 1 на сигнализатор 6 тревоги, индицирующий его оператору системы, и подает сигнал на привод транспортера 4, запускающий транспортер 4. Транспортер 4 перемещает контролируемый предмет 1 из горизонтальной шахты 3 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа и после выхода контролируемого предмета 1 из горизонтальной шахты 3 его снимают с ленты транспортера 4 и отправляют на досмотр.If, as a result of the comparison, the number of registered gamma rays with an energy of about 10.8 MeV is greater than the threshold value set for it,
Авторами изобретения была создана и реализована на персональном компьютере математическая модель системы обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, реализующей предлагаемый способ. Проведенные с помощью данной математической модели исследования подтвердили уменьшение вероятностей пропуска взрывчатого вещества и ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества с использованием настоящего изобретения.The inventors created and implemented on a personal computer a mathematical model of an explosive detection system in a controlled subject that implements the proposed method. Studies conducted using this mathematical model confirmed the reduction in the probability of missing an explosive and false alarm when detecting an explosive using the present invention.
В частности, например, было исследовано влияние изменения температуры оптико-электронного тракта регистрации гамма-излучения от сцинтиллятора 16 детектора 11 гамма-излучения до аналого-цифрового преобразователя 21 включительно на вероятности ложной тревоги и пропуска взрывчатого вещества при его обнаружении. Например, исследования показали, что изменение температуры детекторов 11 гамма-излучения системы обнаружения взрывчатого вещества, реализующей известный способ (RU 2065156, 1996), выбранный за ближайший аналог, от 20 до 30°С приводит к увеличению вероятности пропуска взрывчатого вещества с 0,01 до 0,08 при неизменной вероятности ложной тревоги, равной 0,05, или к увеличению вероятности ложной тревоги с 0,05 до 0,22 при неизменной вероятности пропуска взрывчатого вещества, имеющей значение 0,01.In particular, for example, the effect of changes in the temperature of the optoelectronic path for detecting gamma radiation from the
Вместе с тем при тех же исходных данных такое же изменение температуры детекторов 11 гамма-излучения системы обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, реализованной в соответствии с настоящим изобретением, приводит к возрастанию вероятности пропуска взрывчатого вещества с 0,01 только до 0,02 при неизменном значении вероятности ложной тревоги, равном 0,05, или к увеличению вероятности ложной тревоги с 0,05 лишь до 0,08 при неизменной вероятности пропуска взрывчатого вещества, равной 0,1.However, with the same initial data, the same temperature change of the gamma-
Данные результаты подтверждают решение задачи настоящего изобретения, заключающейся в снижении вероятностей пропуска взрывчатого вещества и ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества с использованием нейтронно-радиационного анализа.These results confirm the solution of the problem of the present invention, which consists in reducing the likelihood of missing an explosive and false alarm when detecting explosives using neutron radiation analysis.
Испытания опытного образца системы обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, созданной в соответствии с настоящим изобретением, показали принципиальную возможность обнаруживать с ее помощью современные азотосодержащие взрывчатые вещества с минимальной массой 100-200 г в типовом багаже авиапассажиров с обычной для багажа плотностью азота азотосодержащих материалов, не являющихся взрывчатыми веществами, от 2,3 до 2,4 г/дм3. Оцененная экспериментально вероятность правильного обнаружения взрывчатого вещества минимальной массы составила 0,95-0,97 при вероятности ложных тревог, не превышающей 0,02-0,04.Tests of a prototype explosive detection system in a controlled object, created in accordance with the present invention, showed the fundamental possibility of using it to detect modern nitrogen-containing explosives with a minimum mass of 100-200 g in the typical baggage of air passengers with baggage nitrogen density of nitrogen-containing materials, not being explosives, from 2.3 to 2.4 g / DM 3 . The experimentally estimated probability of correct detection of the minimum explosive was 0.95-0.97 with a false alarm probability not exceeding 0.02-0.04.
Система обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете показала достаточно высокую производительность процесса контроля багажа, обеспечивая проведение проверки 170-190 единиц багажа в час. Такая производительность системы обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете может считаться приемлемой даже при контроле багажа такого большого числа авиапассажиров, которое принимают на борт широкофюзеляжные авиалайнеры.The system for detecting explosives in a controlled object showed a sufficiently high productivity of the baggage control process, providing verification of 170-190 pieces of baggage per hour. Such a performance of an explosive detection system in a controlled object can be considered acceptable even when controlling the baggage of such a large number of air passengers that wide-body airliners take on board.
Claims (7)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004107787/28A RU2262097C1 (en) | 2004-03-17 | 2004-03-17 | Meethod for detection of explosive in inspected subject |
PCT/RU2005/000117 WO2005088282A1 (en) | 2004-03-17 | 2005-03-10 | Method for detecting explosive material in a controllable object |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004107787/28A RU2262097C1 (en) | 2004-03-17 | 2004-03-17 | Meethod for detection of explosive in inspected subject |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2262097C1 true RU2262097C1 (en) | 2005-10-10 |
Family
ID=34971078
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004107787/28A RU2262097C1 (en) | 2004-03-17 | 2004-03-17 | Meethod for detection of explosive in inspected subject |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2262097C1 (en) |
WO (1) | WO2005088282A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2558012C2 (en) * | 2010-03-14 | 2015-07-27 | Рапискан Системз, Инк. | Multiple-screen detection systems |
RU2593766C1 (en) * | 2015-06-10 | 2016-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "РатэкЛаб" | Method of detecting explosive in controlled object |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109351652B (en) * | 2018-10-27 | 2021-01-01 | 安徽深泽电子股份有限公司 | Detection apparatus for PCB board etching mark |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB8918484D0 (en) * | 1989-08-14 | 1989-09-20 | Cogent Ltd | Detection of explosives |
GB9003851D0 (en) * | 1990-02-20 | 1990-04-18 | Rolls Royce Business Ventures | Explosives detector |
US6580079B1 (en) * | 2000-09-06 | 2003-06-17 | Battelle Memorial Institute | Method to measure hydrogen-bearing constituent in a material using neutron spectroscopy |
-
2004
- 2004-03-17 RU RU2004107787/28A patent/RU2262097C1/en active IP Right Revival
-
2005
- 2005-03-10 WO PCT/RU2005/000117 patent/WO2005088282A1/en active Application Filing
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2558012C2 (en) * | 2010-03-14 | 2015-07-27 | Рапискан Системз, Инк. | Multiple-screen detection systems |
RU2593766C1 (en) * | 2015-06-10 | 2016-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "РатэкЛаб" | Method of detecting explosive in controlled object |
WO2016200290A1 (en) * | 2015-06-10 | 2016-12-15 | Общество с ограниченной ответственностью "РатэкЛаб" | Method for detecting an explosive substance in an object under inspection |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2005088282A1 (en) | 2005-09-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2206080C1 (en) | Method for detecting explosive substance availability in an article under examination | |
US4251726A (en) | Deuterium tagged articles such as explosives and method for detection thereof | |
Peerani et al. | Testing on novel neutron detectors as alternative to 3He for security applications | |
US7485877B2 (en) | Integrative and real-time radiation measurement methods and systems | |
US20110204243A1 (en) | Composite Gamma-Neutron Detection System | |
US20140197321A1 (en) | Composite gamma-neutron detection system | |
US7301150B2 (en) | Method and apparatus for material identification using characteristic radiative emissions | |
US20120155592A1 (en) | Systems and methods for detecting nuclear material | |
US7877340B2 (en) | System and method for resolving gamma-ray spectra | |
AU6359090A (en) | Multi-sensor explosive detection system | |
EP2517050A2 (en) | Composite gamma-neutron detection system | |
Chilingarian et al. | Measurements of energy spectra of relativistic electrons and gamma-rays from avalanches developed in the thunderous atmosphere with Aragats Solar Neutron Telescope | |
WO2006016835A1 (en) | Method for detecting an explosive in an inspectable object | |
US11035963B2 (en) | Method for detecting radionuclide, process for detecting radionuclide using the same, and radiation detector for the same | |
RU2262097C1 (en) | Meethod for detection of explosive in inspected subject | |
Streicher et al. | Fast neutron detection using pixelated CdZnTe spectrometers | |
RU2343460C1 (en) | Method of controlled object analysis for explosives | |
RU2593766C1 (en) | Method of detecting explosive in controlled object | |
Kouzes | Radiation Detection Technology for Homeland Security | |
WO1990013900A1 (en) | Photoneutron method of detection of explosives in luggage | |
US20050205799A1 (en) | Radionuclide detector and software for controlling same | |
RU55139U1 (en) | CONTAINER | |
Brajnik et al. | Determination of high energy β-emitters with a Ge spectrometer or Cherenkov radiation in an aerogel | |
Megahid et al. | Low cost combined systems for detection of contraband hidden in cargo containers | |
Gentile et al. | System and method for resolving gamma-ray spectra |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20110827 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |