DE102005039702A1 - Verfahren zur Identifizierung von Substanzen mittels Neutronenrückstreuung - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zum Bestimmen von wasserstoffhaltigen Substanzen mittels Neutronenrückstreuung,
dadurch gekennzeichnet, daß die
zu identifizierende Probe, die sich an einem beliebigen unbekannten
Ort im zu untersuchenden Behältnis
befinden kann, mit einer Neutronenquelle bestrahlt wird, anschließend sowohl
die thermalisierten als auch die schnellen rückgestreuten Neutronen registriert
und gemessen werden, durch eine Quotientenbildung des Signals der
schnellen und der thermalisierten Neutronen eine Unabhängigkeit
von geometrischen Faktoren erreicht wird und daß Meßergebnis mittels bekannter Substanzproben
kalibriert wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren das in der Sicherheitstechnik, z.B. bei der Gepäcküberwachung in sicherheitsrelevanten Bereichen, zum schnellen und zuverlässigen Erkennen und Identifizieren von organischen Substanzen, z.B. Sprengstoffen, chemischen Kampfstoffen oder Drogen Anwendung finden kann.
- Zur Aufspürung von Sprengstoffen, z.B. in der Minensuche sind bereits einige auf dem Signal rückgestreuter, thermalisierter Neutronen basierende Detektoren beschrieben worden. (G. Nebbia et al, MINE'99, Euroconference on: Sensor systems and signal processing techniques applied to the detection of mines and unexploded ordnance, Oct. 1.–3., 1999, Villa Agape, Firenze, Italy; Exploded: advanced nuclear techniques for humanitarian demining) Schnelle Neutronen werden von einer Quelle emittiert, treffen auf das zu untersuchende Objekt und werden durch im zu untersuchenden Objekt enthaltene leichte Elemente, vorzugsweise Wasserstoff, thermalisiert und zurückgestreut. Hierbei ist eine Identifizierung des Stoffes nicht möglich, da in das Meßergebnis eine Vielzahl unabhängiger Unbekannter eingehen: der Abstand Quelle – Objekt, Objekt – Detektor, Größe des Objektes, Quellstärke der Neutronenquelle sowie Menge der thermalisierenden Substanz. Außerdem geht die 1/r2-Abhängigkeit des Abstandes zweimal ins Meßergebnis ein, so daß bei einer Meßanordnung, bei der Detektor und Quelle dicht beieinander liegen, eine 1/r4-Abhängigkeit resultiert, d.h. kleine Veränderungen des Abstandes bewirken eine sehr große Meßsignaländerung.
- Des weiteren sind zum Sprengstoffnachweis Techniken bekannt, die auf einer (n, γ)-Reaktion beruhen. Hierbei wird das Gammaquant, das durch eine Neutronenreaktion in der Probe erzeugt wird, mit einem Gammadetektor registriert und energetisch vermessen. Da das erzeugte Gammaquant charakteristisch für das entsprechende Element ist, ist über eine Bestimmung der Masseverhältnisse der leichten Elemente, z.B. Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff, Wasserstoff und Chlor eine Identifizierung der Verbindung möglich.
- Das Verfahren erfordert einen stickstoffgekühlten, empfindlichen, energetisch hochauflösenden Gammadetektor. Die aufzuwendende Meßzeit, die Probenmenge, die ein auswertbares Signal erzeugt, und die Kosten des Verfahrens sind sehr groß.
- Des weiteren sind Minensuchgeräte (Metallsuchgeräte) zur Identifizierung von Sprengkörpern bekannt. Diese Verfahren beruhen aber auf einem indirekten Prinzip: Sie identifizieren nicht den Sprengstoff sondern die Metallumhüllung von Sprengkörpern. Damit versagen sie, sobald der Sprengstoff nicht metallisch verpackt ist bzw. nur sehr kleine und unauffällige Metallbestandteile, z.B. Zünderteile besitzt.
- Es war also Ziel der Erfindung ein Verfahren anzugeben, das eine schnelle kostengünstige, fehlalarmarme und zuverlässige Identifizierung von in abgeschlossenen Behältnissen befindlichen organischen Substanzen z.B. Sprengstoffen, ermöglicht.
- Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, den Einfluß möglichst vieler variabler und der Natur der Sache nach, bei der Suche in Gepäckstücken, unbekannter Größen, auf das Meßergebnis zu minimieren.
- Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß die zu identifizierende Probe, die sich an einem beliebigen unbekannten Ort im zu untersuchenden Behältnis befinden kann, mit einer Neutronenquelle, z.B. einer Cf-252 Quelle, bestrahlt wird. Es werden anschließend sowohl die thermalisierten als auch die schnellen, rückgestreuten Neutronen registriert und gemessen. Durch eine Quotientenbildung des Signals der schnellen und der thermalisierten Neutronen wird eine Unabhängigkeit von geometrischen Faktoren erreicht, da diese beiden Meßgrößen unabhängige Observable sind und sich bei einer Quotientenbildung die durch geometrische Faktoren bestimmte Eigenschaften herauskürzen und nur noch Materialeigenschaften den Quotienten bestimmen.
- Durch dieses Verfahren wird erreicht, daß die gemessenen Informationen weitgehend unabhängig von geometrischen Gegebenheiten, wie dem Abstand Quelle-Probe, Probe-Detektor, der Probengröße und auch der Quellstärke werden. Eine Identifizierung der Substanz wird z.B. dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß realisierte Vorrichtung mit bekannten Sprengstoffen vorab kalibriert wird.
- Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
- In einer Meßeinheit sind nebeneinander zwei Neutronendetektoren, z.B. Proportionalzählrohre angeordnet. Zwischen den Zählrohren befindet sich die Neutronenquelle, z.B. eine Cf-252-Quelle. Sie ist mit einer Abschirmung gegenüber den Zählrohren versehen, die gleichzeitig den Neutronenfluß auf die vor der Anordnung befindliche Probe lenkt. Die rückgestreuten thermischen Neutronen werden z.B. mit einem BF3-Zählrohr gemessen. Das zweite Zählrohr registriert nur die schnellen Neutronen. Das wird realisiert durch ein He-3-Zählrohr mit geeignetem Fülldruck, das mit einer Cadmiumschicht gegen thermische Neutronen abgeschirmt ist.
- Es ist ebenfalls erfindungsgemäß möglich, eine energiedispersive Detektion der rückgestreuten Neutronen vorzunehmen. Eine entsprechende Zuordnung des Meßergebnisses in thermische und schnelle Neutronen mit entsprechender Quotientenbildung realisiert nach einem Kalibrierungsprozeß gleichfalls eine Identifizierung der aufgefundenen Substanzen.
Claims (1)
- Verfahren zum Bestimmen von wasserstoffhaltigen Substanzen mittels Neutronenrückstreuung, dadurch gekennzeichnet, daß die zu identifizierende Probe, die sich an einem beliebigen unbekannten Ort im zu untersuchenden Behältnis befinden kann, mit einer Neutronenquelle bestrahlt wird, anschließend sowohl die thermalisierten als auch die schnellen rückgestreuten Neutronen registriert und gemessen werden, durch eine Quotientenbildung des Signals der schnellen und der thermalisierten Neutronen eine Unabhängigkeit von geometrischen Faktoren erreicht wird und daß Meßergebnis mittels bekannter Substanzproben kalibriert wird.
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Publications (1)
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2005
- 2005-08-23 DE DE102005039702A patent/DE102005039702A1/de not_active Ceased
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