CN1034884C - 爆炸物检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高空间分辩快中子检测爆炸物系统，包括中子发生器，α粒子位置灵敏探测器和一组γ射线探测器及数据获取、处理、控制计算机。利用本发明检测爆炸物检测准确率高，不受各种伪装的影响，检测灵敏度高，时间短。
Description
本发明涉及快中子检测爆炸物领域。
迄今为止，检测爆炸物方法有X光分析法，气体成分分析法以及炸药中加标记物方法与热中子分析法等，但是，这些方法都存在着很大的局限性。在恐怖分子犯罪活动的手段越来越狡诈，所用技术越来越先进的今天，特别是塑性炸药的出现，由于其密度与常见的许多物品相近，又无金属壳，X光分析法将碰到不可克服的困难；低挥发性炸药，经严密封装后气体成分分析方法亦将失灵；正在研制的在炸药中加入标记物，从而提高探测灵敏度的方法，也是有很大的局限性，一方面各国现存的大量元标记炸药能否全部销毁是个严重问题，另一方面恐怖分子自制炸药时决不会加入标记物。热中子分析技术可以有效地测定待测物中氮的含量，再根据爆炸物中含氮量高于一般物品的特点，确定爆炸物的存在，但是也有不少物品(例如，丝、毛织品、密胺制品、尼龙等)的含氮量与炸药差不多，这样使得热中子分析方法产生严重误检。
本发明的目的就在于针对上述已有技术的不足，提出一种高空间分辩的快中子检测爆炸物系统，可以有效地检测爆炸物的存在及其位置，避开一切伪装包装，而且检测速度很快。
要实现这一目的，对检测爆炸物技术应有下列要求：
(1)能够同时测定爆炸物中的氮、碳、氧等多种元素的含量，而不是一种元素(如氮)的含量，而氮、碳、氧在炸药中的相应含量及比例与其他物品的上述元素的相应含量及比例是明显不同的，从而大大提高检测的准确性，降低误检率。
(2)不受爆炸物的各种伪装的影响。
(3)要有很高的空间分辨率，即使在炸药附近放置有含碳或者氧，或氮很高的物品时，炸药也能被检测出来。
为了实现上述目的，本发明提供了高空间分辨快中子检测爆炸系统，本系统利用的基本原理是：由氘氚反应(d+T→4He+n)所产生的能量约为14Mev的快中子与爆炸物中的氮、碳、氧的原子核相互作用时，将产生各自的特征γ射线，通过测量这些特征γ射线的能谱，确定氮、碳、氧的含量及其比例，从而判定炸药是否存在；在氘氚反应中伴随中子而产生的α粒子(4He核)与中子在时间上是同时的，在空间上是一一对应的。采用伴随α粒子的中子飞行时间谱方法，即同时测量α粒子和中子与氮、碳、氧原子核作用产生的γ射线，并确定它们之间的时间关系；由α粒子的位置与相应的时间特性即可确定中子与爆炸物中氮、碳、氧原子核相互作用的空间坐标，从而得到爆炸物的位置与轮廓。
一种爆炸物检测系统，其特征在于，该系统包括：
a、由氘氚反应产生能量为14Mev的快中子发生器；
b、用于接收上述氘氚反应伴随中子产生的α粒子，并与上述快中子发生器构成一体的α粒子位置灵敏探测器；
c、用于接收上述快中子与爆炸物中的氮、碳氧原子核相互作用产生的各自的特征γ射线的γ探测器；
d、以及与上述装置相连的数据获取，处理与控制电子计算机。
所说的快中子发生器可以是高压倍压器或中子管。
所说的α粒子位置灵敏探测器是由多个α粒子探测器构成的阵列，每个α粒子探测器是由ZnO闪烁体、光纤和光电倍增管构成。
所说的γ探测器可用BaF2闪烁谱仪。
利用本发明，由于快中子有极强的穿透能力，它将穿透任何能实现的包装层，直接与待测物的原子核相互作用，采用伴随α粒子中子飞行时间谱技术，使本发明实现了相当高的空间分辨本领，所用中子发生器产额很高，因此，本系统能够有效而快速测出待测物品中的爆炸物，例如，空间分辨本领好于8cm×8cm×5cm，检测灵敏度，对于TNT炸药为200克，检测一件待测物品(如手提箱)时间约为6秒。
附图的简单说明：
图1爆炸物检测系统示意图。
图2为本发明实施例示意图。
符号说明：
1.快中子发生器与α粒子位置灵敏探测器
2.被检物品
3.爆炸物
4.γ探测器
5.离子源与加速电极
6.氘束
7.氚靶
8.α粒子
9.α粒子位置灵敏探测器
10.快中子
11.γ射线
12.数据获取、处理与控制电子计算机系统
下面介绍本发明的一个实施例：
快中子发生器部分可选用配有α粒子位置灵敏探测器的中子管它由离子源、氚靶、α闪烁屏等部件构成(图2)。由离子源产生的氘离子，被加速到约150Kev后，轰击氚靶(靶斑≤3mm×4mm)，进行T(d，n)4He反应，产生快中子与α粒子，快中子产额要求达到～5×108秒，α粒子由α闪烁屏记录，α闪烁屏采用ZnO(Ga)，其发光时间常数为1.5ns，能耐高温。α粒子在α闪烁屏上不同位置处产生的荧光，通过光纤导出，分别耦合在不同的光电倍增管上，从光电倍增管输出两个信号：一个是位置信号，用来确定快中子与样品(如手提箱)中碳、氮、氧原子核相互作用点的坐标(设为X、Y)；另一个为时间信号，用作为中子飞行时间谱的终止信号。
由中子管产生的快中子，经过一定路程(例如1米左右)飞行后，照射样品，与其中的碳、氮、氧原子核相互作用，产生各自的、具有确定能量的特征γ射线。这些γ射线由γ探测器记录。γ探测器由BaF20晶体，快速光电倍增管等部件组成，此光电倍增管要输出两个信号：一个为能量信号，用来判断碳、氮、氧的存在，并确定其含量及比例；另一个为时间信号，用作为中子飞行时间谱的起始信号。此时间信号与α探测器给出的时间信号先后输入飞行时间谱仪，即可给出中子飞行时间谱，根据中子飞行时间及其能量即可给出了中子在出射方向(设为Z轴)上飞行的路程，从而确定了样品中碳、氮、氧与中子作用点的Z坐标。
为了抑制杂散的γ射线与中子的干扰，除了采用物质屏蔽外，还利用上述的飞行时间谱仪给出的信号控制γ能谱数据的记录，即只有那些与α探测器记录的α粒子有确定时间关系的快中子所产生的γ射线才被记录下来。
在本实施例中，样品中碳、氮、氧原子核的坐标由α位置灵敏探测器(确定x、y)与中子飞行时间谱仪(确定z)共同确定；而这些元素的含量及其比例，则由分析BaF2探测器所测定的特征γ能谱得到。用计算机分析这些数据，并与各种炸药的相应数据比较，即可确定样品中是否存在爆炸物，并给出它们的空间位置与轮廓，在显示器上显示出来，同时给出报警。
Claims (3)
1、一种爆炸物检测系统，其特征在于，该系统包括：
a、由氘氚反应产生能量为14Mev的快中子发生器；
b、用于接收上述氘氚反应伴随中子产生的α粒子，并与上述快中子发生器构成一体的α粒子位置灵敏探测器；
c、用于接收上述快中子与爆炸物中的氮、碳、氧原子核相互作用产生的各自的特征γ射线的γ探测器；
d、以及与上述装置相连的数据获取，处理与控制电子计算机。
2、根据权利要求1记载的爆炸物检测系统，其特征在于，所说的α粒子位置灵敏探测器是由多个α粒子探测器构成的阵列，每个α粒子探测器是由ZnO闪烁体、光纤和光电倍增管构成。
3、根据权利要求1、2记载的爆炸物检测系统，其特征在于，所说的γ探测器是由BaF2闪烁体与光电倍增管构成。
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