DE2347672A1 - Geraet zur erfassung von explosivstoffen - Google Patents
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Description
DiPL-ING. KLAUS NEU
Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9
234767?
Düsseldorf, 21. Sept. 1973
Westinghouse Electric Corp.
Pittsburgh, Pa., V. St.A.
Pittsburgh, Pa., V. St.A.
Gerät zur Erfassung von Explosivstoffen
Die erhebliche Bedrohung menschlichen Lebens und von Sachwerten aufgrund von in Gepäckstücken, Paketen, Gebäuden, Flugzeugen etc.
verborgenen Explosionsstoffen hat sowohl im öffentlichen als auch im privaten Bereich das BedürSiis nach einer zuverlässigen Möglichkeit
zur Erfassung solcher Explosivstoffe hervorgerufen.
Ein Verfahren, das Explosionsstoffe nur auf der Basis des gesamten
Stickstoffgehalts zu erfassen sucht, ist im Hinblick auf den Stickstoffgehalt, wie er sich in aus Wolle, Seide,
Nylon, Orion und Leder hergestellten Gegenstände findet,unzureichend.
Damit ein System zufriedenstellend arbeitet, muß es unbedingt in der Lage sei, bestimmte atisgesuchte Gruppen stickstoffhaltiger
Materialien zu identifizieren und im übrigen eine niedrige Fehlalarm-Charakteristik sowie eine verhältnismäßg rasche
Ansprech-Charakteristik aufweisen. Die letztgenannte Charakteristik
ist besonders wichtig in Verbindung mit der überprüfungvon Gepäck
und Paketen auf Flugplätzen, wo eine unzulässig lange Verzögerung bei der überprüfung zu einer nicht tragbaren Belästigung
der Passagiere sowie zu einer Störung der Flugpläne fuhrenkönnte.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Gerät zur Erfassung
von Explosionsstoffen zu schaffen, das sowohl zuver-
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Telefon (0211) 32 08 58
Telegramme Custopat
lässig als auch rasch arbeitet.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Gerät zur Erfassung diskreter Bereiche eines Gegenstandes zwecks Ermittlung der Stickstof
fkonzentration in den jeweiligen Bereichen und zwecks Bildung von die Stickstoffkonzentration in den jeweiligen Bereichen
repräsentierenden AusgangsSignalen, so daß sich das
Stickstoffkonzentrationsprofil des Gegenstandes bilden läßt,
mit einer ersten Einrichtung, um einen Gegenstand einer Umgebung thermischer Neutronen zu unterwerfen, erfindungsgemäß
geleinzeichnet durch eine zweite Einrichtung mit einer Anordnung von Gammastrahlen-Detektoren, die jeweils so angeordnet sind, daß ein bestimmter Bereich des Gegenstandes beobachtet
und in Abhängigkeit von durch Reaktionen zwischen dem Stickstoff in dem bestimmten Bereich des Gegenstandes
und der Umgebung thermischer Neutronen erzeugter Gammastrahlen-Energie ein Ausgangssignal-erzeugt wird, das für den in dem
jeweiligen Bereich des Gegenstandes enthaltenen Stickstoff repräsentativ ist, daß jeder der Gammastrahlen-Detektoren einen
Szintillator mit einer Endfläche für die Beobachtung des jeweiligen Bereiches des Gegenstandes und einer Länge, die wesentlich
größer als der effektive Durchmesser der Endfläche ist, aufweist und daß eine dritte Einrichtung wirkungsmäßig mit der
zweiten Einrichtung gekoppelt ist, um den Wert der von den einzelnen bestimmten Bereichen des Gegenstandes emittierten
Gammastrahlung zu bestimmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 schematisch, teilweise in Blockschaltbild-Darstellung, ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 schematisch die Signalverarbeitungsschaltung der Ausführung
nach Fig. 1;
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Fig. 3 schematisch eine abgewandelte Möglichkeit der Aiordnung
der -Neutronenquelle in dem Gehäuse der Ausführung nach Fig. 1;
Fig. 4 schematisch eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 einen Vergleich des Ausgangs der Neutronen-Detektoranordnung
der Fig. 1 für einen Explosionsstoff und für einen Wollpullover;
Fig. 6 schematisch eine weitere Abwandlung der Ausführung nach Fig. 1; und
Fig. 7 schematisch ein elektrisches Schaltbild für die abgewandelte
Ausfuhrungsform nach Fig. 6.
Stickstoff ist ein gemeinsames Element/ das sich in Explosionsstoffen in reichlichen, zwischen 8 bis 50%, durchschnittlich
etwa 15%, schwankenden Mengen findet.
Nachstehend wird eine auf der Basis eines Nuklearverfahrens arbeitende Ausführung der Erfindung zur Erfassung der Anwesenheit
eines speziellen stickstoffhaltenden Materials beschrieben. Bei diesem Material handelt es sich im vorliegenden
Fall speziell um Explosionsstoffe. Die Erfassung erfolgt aufgrund von Stickstoffreaktionen, wie sie durch Gegenstände hervorgerufen
v/erden, die einer Umgebung thermischen Neutronenflusses unterworfen sind. Diese Ausführungsform der Erfindung weist eine
Station zur Untersuchung eines Gegenstandes auf, wobei ein Neutronenmoderatormaterial wie Paraffin einen Gegenstands-Durchgangskanal
mit einer geeigneten Öffnung für die Aufnahme des zu untersuchenden Gegenstandes, beispielsweise Gepäck, hat.
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In dem Durchgangskanal wird eine Umgebung thermischen Neutronenflusses in Abhängigkeit von der thermischen Beaufschlagung
schneller Neutronen erzeugt, die in den Durchgangskanal von einer schnellen Neutronenquelle eingeführt werden.
Die Anwesenheit stickstoffhaltigen Materials in dem Gegenstand führt zum Einfangen thermischer Neutronen durch das MateiLal
und zu einer nachfolgenden Reaktion, so daß in Abhängigkeit von der Stickstoff-Charakteristik des Materials schnelle Gammastrahlen
emittiert werden.
Bei dem veranschaulichten typischen Ausführungsbeispiel spricht
ein erster Satz Gammastrahlen-Detektoren mit einem Durchmesser von etwa 1,3 - 1,8 cm auf die von dem Gegenstand emittierte
Gammastrahlung an, indem Ausgangssignale erzeugt werden, die so verarbeitet werden, daß sie den Stickstoffgehalt des Gegenstandes
anzeigen. Ein zweiter Satz Gammastrahlen-Detektoren, die etwa 0,2 - 0,8 cm Durchmesser haben und matrixartig angeordnet
sind, sprechen auf die von dem Gegenstand emittierte Gammastrahlung an, so daß eine Aufzeichnung des Gegenstandes
erzeugt und eine Mehrzahl Signale geliefert wird, die so verarbeitet werden, daß das Stickstoffkonzentrationsprofil In
dem Gegenstand ermittelt wird.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung weist eine zweite
Matrix mit einen Durchmesser von 0,2 - 0,8 cm aufweisenden Detektoren auf, die mit den Detektoren des ersten Satzes
identisch und zu diesen gegenüberliegend angeordnet sind, so daß eine lineare Ausrichtung zwischen den jeweiligen Detektoren der
ersten und der zweiten Matrix gewährleistet ist. Die Anordnung mit zwei Detektor-Matrizes gewährleistet eine zuverlässigere
Analyse eines zwischen den Matrizes angeordneten Gegenstandes.
Es steht zwar eine Vielzahl Gammastrahlen-Detektoren einschl. Natriumjodid-Szintillatoren und Cerenkov-Zählern zur Verfügung
jedoch hat es den Anschein, daß Flüssig- und Plastisch-
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Szintillatoren ein geeigneteres Ansprechen ermöglichen, um
so zu einer genauen und schnellen Identifizierung des in
einem Gegenstand befindlichen stickstoffhaltigen Materials zu gelangen*
Zu für den praktischen Einsatz zur Verfügung stehenden Neutronenquellen gehören Deuterium-Tritiura-Beschleuniger oder
Gemische aus Beryllium und einem alpha-emittierenden radioaktiven
Element.
Statt dessen kann eine Californium 252-Quelle verwendetwerden.
Californium-Neutronenquellen sind klein und lassen sich daher günstig einsetzen. Hinzu kommt, daß Californium 252 Neutronen
durch Spontanspaltung erzeugt und die erzeugten Neutronen eine verhältnismäßig niedrige Energie haben. Da die Erfindung sich
auf die Messung der durch thermische Neutronen erzeugten Aktivierung erstreckt, macht die verhältnismäßig niedrige
Energie von Californium 252-Neutronen eine soiche Quelle für
bestimmte Ausfuhrungsformen der Erfindung vorteilhaft.
14 15 Von speziellem Interesse ist die Stickstoffreaktion N(η,ν) Ν.
Bei der Stickstoffreaktion 14(n,y) N, wird eintiiermisches
14 Neutron oder ein Neutron niedriger Energie durch einen N-Kern
eingefangen, so daß ein angeregter N-Kern entsteht, der sich
unmittelbar auf seinen stabilen Zustand durch die Emission von Gammastrahlung entregt. Das Bemerkenswerte dieser Reaktion, die
die Anwendbarkeit für die Erfassung von Explosionsstoffen erhöht, ist die Tatsache, daß für 14 % aller Stickstoffreaktionen eine
Gammastrahlung hoher Energie von 10,8 MeV erzeugt wird. Gammastrahlen dieses Energieniveaus sind in anderen elementaren Neutronenreaktionen
selten.Im Gegensatz dazu erzeugt die schnelle Neutronen-Stickstoff
reaktion N(n,2n) N ein Gammastrahlenniveau
von etwa 0,511 MeV. Dieses letztgenannte Gammastrahlenniveau läßt sich infolge seines niedrigen Wertes nicht nur schwieriger
genau erfassen, sondern der Wert entspricht auch der Gammastrahlung, die durch andere stickstoffhaltige Materialien
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erzeugt wird, so daß es schwieriger wird, zwischen explosiven
und nicht explosiven stickstoffhaltigen Materialien wie Wolle, Orion (R), Nylon, Seide, Leder etc. zu unterscheiden.
Bei einem nachstehend beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wird mit einem Explosionsstoff-Erfassungssystem
gearbeitet, um Gepäck zu überprüfen (auf der Basis der Stickstoffreaktion 14N(n,Y) 15l4 wobei das Gepäck
auf einen Förderer gestellt wird, der das Gepäck duxh einen
geschlossenen Durchgangskanal hindurchführt, der durch einen Neutronenmoderator begrenzt ist, innerhalb dessen die schnelle
Neutronenquelle (isotopisch oder Maschine! sowie der erste und
der zweite Satz Gammastrahlen-Detektoren angeordnet sind. Eine mit dem ersten und dem zweiten Satz Gammastrahlen-Detektoren
verbundene Signalverarbeitungsschaltung spricht an,indem eine Anzeige geliefert wird, wenn ein Gepäckstück Stickstoff enthält,
der nach Gehalt und Konzentrationsprofil für eine spezielle Gruppe stickstoffhaltigen Materials, d.h. Explosivstoffe,
repräsentativ ist.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 schematisch ein Explosions-Erfassungssystem
mit einer allgemein mit 20 bezeichneten Station zur überprüfung von Gegenständen, einem Signalverarbeitungskreis
4O sowie einem Anzeigekreis 5O. Die Station 2O weist ein Gehäuse
22 aus Kernmoderatormaterial auf, durch das sich ein Durchgang P für das Einführen und Ausführen des auf die Anwesenheit
von Explosionsstoffen zu untersuchenden Gegenstandes erstreckt. Eine in der Wand des Gehäuses 22 untergebrachte
Quelle 24 schneller Neutronen wie Californium 252 emittiert schnelle Neutronen in die Wände des Durchgangskanals P, und
diese schnellen Neutronen werden anschließend in langsame oder thermische Neutronen umgewandelt, nachdem sie in Kontakt mit
dem Kernmoderatormaterial des Gehäuses 22 gekommen sind. Die Moderatorwirkung des Kernmoderatormaterials des Gehäuses 22
wirkt dahingehend, da ein im wesentlichen thermisches Neutronengas oder ein im wesentlichen thermischer Neutronenfluß
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in dem Durchgangskanal P in Nachbarschaft zu der Neutronen Quelle 24 aufgebaut wird. Die Einleitung eines hier als Gepäck L
bezeichneten Gegenstandes mittels eines sich durch den Durchgangskanal P erstreckenden Fördersystems C in den thermischen
Neutronenfluß führt zur Strahlungsabgabe des Gepäcks L. Gammastrahlen
, die von dem Gepäck L in Abhängigkeit von neutroneninduzierten Reaktionen hervorgerufen werden, die sich aus der
Strahlung des Gepäcks L ergeben, werden typischerweise durch
einen ersten und einen zweiten Satz Gammastrahlen-Detektoren bzw. 28 überprüft. Die Verwirklichung von N-neutroneninduzierten
Reaktionen für die Erfassung der Anwesenheitvon Explosionsstoffen
hat sich infolge der verhältnismäßig hohen Durchtrittsenergie von Neutronen und des verhältnismäßig hohen Anteils
an Stickstoff in allen Explosionsstoffen als praktisch möglich
14
erwiesen. Von den beiden N-neutroneninduzierten Reaktionen,
erwiesen. Von den beiden N-neutroneninduzierten Reaktionen,
nämlich 14N(n,y)15N und 14N(n, 2n)13N, ist die erstgenannte
Reaktion eine thermische Neutronen-Reaktion, die bestimmte Vorteile
aufweist, da 14 % aller durch stickstoffhaltiges Material
emittierten Gammastrahlen/Energien von annähernd 10,8MeV haben, die beträchtlich höher als für die meisten anderen neutroneninduzierten
Stickstoff-Reaktionen liegen.
In Verbindung mit dem Fördersystem C sind im Abstand voneinander
vertikal angeordnete Teilerplattai D vorgesehen, die das Fördersystem
C in Kammern oder Abschnitte für die Aufnahme von durch
die Überprüfungs-Station 20 zu fördernden Gegenständen unterteilen. Vorzugsweise sind die Teilerplatten D aus Neutronenmoderator-Material
ähnlich dem das Gehäuse 22 bildenden aufgebaut, so daß sie mit den Wandungen des Durchgangskanals P des
Gehäuses 22 dahingehend zusammenwirken, daß eine abgeschlossene Umgebung thermischer Neutronen gebildet wird, indem die Endöffnungen
des Durchgangskanals P wirksam abgeschlossen werden. Die aus einem Neutronenmoderator-Material aufgebauten Teilerplatten
D wirken somit als Abschirmelement, um den Verlust an thermischen Neutronen an die äußere Umgebung des Gehäuses
zu minimieren, so daß für eine wirksame Erhöhung
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der in dem Durchgangskanal P verbleibenden thermischen Neutronen und damit für einen optimalen thermischen Neutronenfluß
gesorgt wird, um den Stickstoffgehalt des von dem Gepäck L gebildeten Gegenstandes zu überprüfen.
Es stehen zwar verschiedene Verfahren zur Bildung des gewünschten thermischen Neutronenfluss zur Verfügung, jedoch
ist mit Fig. 1 eine Ausfuhrungsform der Erfindung veranschaulicht,
bei der mit einem der einfacheren Verfahren der Auswertung einer Quelle 24 schneller Neutronen in Verbindung
mit einem geeigneten Moderatormaterial gearbeitet wird,wobei
die Kollision der schnellen Neutronen mit dem Moderatormaterial zur thermischen Anregung der schnellen Neutronen führt.
Dieses Verfahren ist in der US-PS 3 124 679 vom 10. März 1964 Nuclear
Determination of Nitrogen Content - beschrieben.
Eine Untersuchung der Kollisionskinetik zeigt, daß der Energieübergang
je Kollisionsvorgang um so größer ist, je näher die Massenzahl des Elements an derjenigen eines Neutrons
(annähernd 1) liegt. Um eine optimale thermische Anregung der schnellen Neutronen zu erhalten, ist es daher vorteilhaft, bei
dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ein wasserstoffreiches
Material wie Wasser oder Paraffin als Moderatormaterial für das Gehäuse 22 zu wäh-len. Die vollständige Umschließung des
Durchgangskanals P durch Moderatormaterial sorgt für eine optimale Kollisionsoberfläche für die von der Quelle 24
schneller Neutronen emittierten schnellen Neutronen. Die endgültige
Empfindlichkeit des Systems hängt vom Niveau des thermischen Flusses an der Erfassungsstelle innerhalb des
Durchgangskanals P ab. Wie oben erwähnt, dienen die Teilerplatten D zur Erhöhung des Niveaus des thermischen Flusses.
Außer den erwähnten wasserstoffreichen Materialien können weitere Elemente mit niedriger Atomzahl wie Kohlenstoff,
Deuterium etc. als Moderatormaterialien brauchbar sein. Die Empfindlichkeit des Systems kann weiter durch den Einsatz TOn
vorwiegend organischen Materialien bei der Herstellung der Überprüfungs-Station 20 und des Fördersystems C erhöht werden,
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da durch neutroneninduzierte Reaktionen hervorgerufene Gammastrahlen
in organischen Stoffen eine sehr niedrige Energie haben und sich insofern leicht von den interessierenden 10,8 MeV-Gammastrahlen
unterscheiden lassen.
Eine experimentelle Analyse hat gezeigt, daß der thermische Fluß innerhalb eines Durchgangskanals ungefähr proportional
zum Reziprokwert der Fläche des Durchgangskanal ist.Es ist daher vorteilhaft, die Fläche des Durchgangskanals auf einem
Minimalwert zu halten, der gerade zur Aufnahme dar zu untersuchenden
Gegenstände ausreicht. Ferner ist bestimmter den, daß das Verhältnis des thermischen Flusses zum Fluß schneller
Neutronen an einer Stelle in Nähe einer Wand des Duchgangskanals
für eine bestimmte Hohlraumgeometrie eine Konstante ist. Durch Messung der Flußwerte an verschiedenen Stellen in einem
Hohlraum bestimmter Größe und Geometrie können somit die entsprechenden Werte für ähnlich geformte Hohlräume anderer
Großenabmessungen bestimmt werden.
Die Wahl und Lage der Quelle 24 schneller Neutronen innerhalb des Gehäuses 22 wirkt sich auch signifikant auf die Erzielung
des gewünschten hohen Verhältnisses von thermischem Fluß zu schnellem Fluß aus. Eine Untersuchung der Änderung im thermischen
Fluß infolge einer Änderung der Lage der Quelle 24 schneller Neutronen zeigt, daß sich eine beträchtliche Erhöhung des thermischen
Flusses erzielen läßt, wenn die Neutronen-Quelle in einer Aussparung R in der Wand des Moderator-Gehäuses 22 angeordnet
wird, wie das typischerweise mit Fig. 3 gezeigt ist. Die Aussparung R schafft eine zusätzliche Wandfläche zur Reflexion
thermisch angeregter Neutronen in dem DurchgangskanalP. Eine
weitere Erhöhung des thermischen Flusses läßt sich verwirklichen, indem die Neutronen-Quelle 24 im wesentlichen durch Moderator-Mater·2-ial
2 5 umschlossen wird. Das die Neutronen-Quelle 24 umschließende oder kapselnde Moderator-Material 25 ist als eine
erste Stufe zur thermischen Anregung der Neutronen wirksam. Es erhöht den Fluß thermischer Neutronen
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in dem Durchgangskanal P, in„dera eine Vielzahl Neutronen vor
ihrem Auftreffen auf die Wände des Durchgangskanals P verlangsamt
werden. Dadurch befinden sich die Neutronen auf einem herabgesetzten Energieniveau, wenn sie die Wände treffen,
so daß sie leichter in den Durchgang P reflektiertwerden können.
Die Kapselung der Neutronen-Quelle 24 mit dem Moderator-Material
25 setzt die Zahl schneller Neutronen wesentlich herab, die ihre thermische Anregung tief in dem WandJrungsmateri'al des Moderator-Gehäuse
22 erfahren, wo eine größere Wahrscheinlichkeit des Eingefangenwerdens und somit eine geringere Aussicht darauf
besteht, daß sie in den Durchgangskanal P zurückgeworfen werden.
Die erste Gruppe Gamma-Detektoren 26 der Fig. 1 umfaßt mehrere
LVD (large volume detectors)- Detektoren großen Volumens, für die hier Plastisch- oder Flüssig-Szintillatoren gewähltworden
sind. Der Durchmesser der LVD-Gamma-Detektoren liegt typischerweise im Bereich von 13-17 cm^bei einer Tiefe vonmindestens
13 cm. Die LVD-Gammastrahlen-Detektoren 26 liefern einen Zählwert, der für den Gesamt-Stickstoffgehalt des bestrahlten,
von dem Gepäck L gebildeten Gegenstandes repräsentativ 1st. Die Anzahl der in der ersten Gruppe LVD-Gammastrahlen-Detektoren
26 verwendeten Detektoren ist grundsätzlich eine Funktion der Stärke der Neutronen-Quelle, des zu erfassenden Stickstoffgehalts
und der Geschwindigkeit, mit der die Gegenstände durch die Überprüfungs-Station 20 gefördert werden. Wenn der von dem
Gepäck L gebildete Gegenstand stationär wäre, würde ein einzelner LVD-Gammastrahlen-Detektor sich bereits als ausreichend erweisen.
Der zweite Satz Gammastrahlen-Detektoren 28 ist von einer X-Y-Matrix
aus typischerweise 20 bis 30 Schmal-Gammastrahlen-Detektor
en ND mit Durchmessern von typischerweise zwiscten 2,5-7,5 cm gebildet, deren MittelpunkteAbstände von 10 cm voneinander
aufweisen, wie das mit Fig. 5 angedeutet ist. Im Gegensatz zu den LVD-rGammastrahlen-Detektoren 26 der ersten Gruppe, die auf
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die insgesamt von dem Gegenstand emittierten 10,8 MeV-Gammastrahlen
ansprechen, sprechen die Schmal-Gammastrahlen-Detektoren
ND 28 der zweiten Gruppe auf die Gammastrahlen an, die von einem vorgegebenen Bereich des Gegenstandes emittiert
werden, so daß ein Zählausgangssignal erzeugt wird, das für den Stickstoffgehalt innerhalb eines vorgegebenen Bereiches
des Gegenstandes repräsentativ ist.
Die Arbeitsweise der Schmal-Gammastrahlen-Detektoren NDüber
ein begrenztes Gebiet erklärt sich aus der Tatsache, daß die
Gammastrahlen hoher Energie mit Flüssig- oder Plastisch-Szintillatoren hauptsächlich mittels einer Compton-Wechselwirkung
zusammenwirken, die sich aus der Erzeugung von Rückstoßelektronen ergibt. Die aus der Stickstoffreaktion N(η,y) N
hervorgegangenen 10,ß MeV-Gammastrahlen erzeugen Elektronen
mit Energien im Bereich von 0-10,6 MeV. Die Elektronen, die mit der höchsten Energie zurückgestoßen werden, sind die
Elektronen, die durch die einfallende! Gammastrahlung in Vorwärtsrichtung
angetrieben werden. Der Bereich eines 10MsV-Elektrons
in einem Plastisch- oder Flüssig-Szintillator ist etwa 5 g/cm
für den plastischen Zustand. Das bedeutet, daß viele der durch Gammastrahlen, die in die Seite eines Schmal-Detektors/eintreten,
erzeugten Hochenergie-Elektronen den Schmal-Detektorferlassen, ehe sie ihre gesamte Energie verloren haben. Im Gegensatz dazu
erzeugen die in die Vorderseite des Schmal-Detektors eintretenden
Gammastrahlen eine Vielzahl Elektronen mitvoller Energie, die längst der Längstachse des Schmal-Detektors wandern,
so daß sich die Wahrscheinlichkeit eines Ausgangsimpulses mit
voller Energie von dem Schmal-Detektor ND erhöht. Darüber hinaus
erhöht sich die Wahrscheinlichkeit der Gammastrahlen-Wechselwirkung
mit der Länge des Schmal-Detektors, so daß von der Vorderseite des Gammastrahlen-Detektors eintretende Gammastrahlen
favorisiert sind. Es ist somit davon auszugehen, daß die Zählgeschwindigkeit oberhalb 10 MeV in einem langen Schmal-Gammastrahlen-Detektor
die Stickstoffdichte im Bereich des zu untersuchenden
Gegenstandes reflektiert, der sich unmittelbar vor dem
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Schmal-Detektor ND befindet. Die Länge der Schmal-Detektoren
liegt in einem Bereich von etwa 20-30 cm.
Die Fähigkeit, den Brutto-Stickstoffgehalt eines Gegenstandes
(Gepäck L) durch die erste Gruppe Gammastrahlen-Detektoren 26 und das Konzentrationsprofil oder die Dichte des Stickstoffes
in verschiedenen Bereichen des Gegenstandes durch die zweite Gruppe Gafllmastrahlen-Detektoren 28 zu bestimmen, lMert
Information, die zur Auswertung durch den Signalverarbeitungskreis
40 geeignet ist, so daß nicht nur stickstoffhaltige Gegenstände, sondern auch die spezielle Beschaffenheit eines
stickstoffhaltigen Gegenstandes, beispielsweise eines Explosionsstoffes auf der Basis des jeweiligen Stickstoff-Konzentrationsprofils
identifiziert werden kann. Diese Unterscheidungsmöglichkeit
ist ersichtlich, wenn man berücksichtigt, daß zwei vollständig unterschiedliche Arten stickstoffhaltiger Gegenstände
wie ein schwerer Wollpullover einerseits und ein Paket Dynamitstäbe andererseits zwar einen gleichen Brutto-Stickstoffgehalt
aufweisen können, das Konzentrationsprofil des Stickstoffs in dem Dynamitstab-Paket aber beträchtlich von dem Konzentrationsprofil des Stickstoffs in dem Wollpullover abweicht. Somit
läßt sich eine zuverlässige Erfassung von Explosivstoffen in der Anwesenheit weiterer stickstoffhaltiger Materialien In zuverlässiger
Weise erreichen, inwdem der Signalverarbeitungskreis so eingestellt wird, daß er ein Ausgangssignal lediglich in
Abhängigkeit von der Brutto-Stickstoffgehalt-Information und der Stickstoffkonzentration-Information erzeugt, die repräsentativ
für den ausgewählten Typ eines stickstoffhaltigen Gegenstandes, d.h. eines Explosionsstoffes, ist.
Die Anordnung der ersten Gruppe LVD-Gammastrahlen-Detektoren
und der zweiten Gruppe ND-Schmal-Detektoren in Verbindung mit
der Neutronen-Quelle 24 stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Überprüfung von Gegenständen dar, die sich mit
relativ hoher Geschwindigkeit durch den Durchgangskanal Phindurch bewegen. 40981 5 Π 03 4
Es lassen sich zahlreiche Abwandlungen dieses Aufbauesvexwirklichen,
um die gewünschte Anzeige des Brutto-Stickstoffgehaltes und der Stickstoffkonzentration überprüfter Gegenstände
zu erhalten. In einer Ausführungshorn^ wo der Gegenstand (Gepäck L)
stationär ist, kann es entbehrlich sein, die erste Gruppe LVD-Gammastrahlen-Detektoren
26 vorzusehen, da durch den stationären Gegenstand genügend viel Zählungen erzeugt werden können, un
durch die zweite Gruppe der ND-Schmal-Gaitimastrahlen-Detektoren
sowohl eine Brutto-Stickstoffgehalt-Anzeige durch Sununierung der
Zählungen der einzelnen Schmal-Gammastrahlen-DetektorenM) als
auch der Stickstoffkonzentration-Profil-Anzeige zu erhalten, wie
das oben beschrieben wurde.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 könnte zur Überwachung
von Gegenständen, die mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit durchlaufen, die erste Gruppe Gammastrahlen-Detektoren26 fehlen
und ihre Funktion -durch Vergrößerung der Neutronen-Quelle 24 übernommen werden, wobei der in dem Durchgangskanal P auftretende
Fluß thermischer Neutronen ausreichend erhöht würde, um die Schmal-Gammastrahlen-Detektoren ND 28 der zweiten Gruppe in die
Lage zu versetzen, eine ausreichende Zählung zu liefern, die kumulativ eine Brutto-Stickstoff-Anzeige und unabhängig die
Stickstoff-Konzentration-Information liefern würde.
Bei einer v/eiteren Abwandlung der Ausführung nach Fig. 1,bei der die erste Gruppe Detektoren 26 fehlen könnte undwobeidie
Neutronen-Quelle 24 nicht vergrößert würde, könnte die Anzahl einzelner Schmal-Detektoren ND der zweiten Gruppe ausreichend
erhöht werden, um eine kumulative Zählung der Schmal-Detektoren ND zu gewährleisten, so daß die Brutto-Stickstoffgehalt-Inforniation
zur Verfügung gestellt werden kann, die ursprünglich durch die erste Gruppe Detektoren 26 geliefert worden wäre.
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Es ist daher ersichtlich, daß viele Detektor-Ausführungsmöglichkeiten
verwirklicht werden können, um die gewünschte .Brutto-Stickstoff- und Stickstoff-Konzentration-Information
zu erhalten, die notwendig ist, um nicht nur einen stickstoffhaltigen
Gegenstand zu identifizieren, sondern diesen stickstoffhaltigen Gegenstand gleichzeitig auch klassifizieren zu
können. Ebenso ist ersichtlich, daß die grundlegendeterwirklichung
dieses Systems eine Neutronen-Quelle und eine Anordnung unabhängiger Schmal-Detektoren in einer Zuordnung
erfordert, so daß Brutto-Stickstoff- und Stickstoff-Konzentration-Information
geliefert werden kann.
Ferner ist die Anordnung der Gammastrahlen-Detektoren im Verhältnis
zu der Neutronen-Quelle eine Frage der jeweiligen Konstruktion. In Fig. 1 sind die Detektoren auf beiden Seiten
der Neutronen-Quelle angeordnet, um sie so nahe wie möglich an dem Scheitel des Flusses thermischer Neutronen innerhalb des
Durchgangskanals P anzuordnen.
Mit Fig. 4 ist eine weiter abgewandelte Ausführungform der
Überprüfungs-Station der Fig. 1 gezeigt, bei der zwei benachbarte Durchgangskanäle vorgesehen sind, die von einer einzelnen
Neutronen-Quelle 54 gespeist werden. Gesonderte Gruppen von LVD-und ND-Gammastrahlen-Detektoren 56 und 58 sowie 56' und 58'
sind in den entsprechenden Durchgangskanälen angeordnet, um unabhängig voneinander Gegenstände wie durch die einzelnen
Durchgangskanäle geleitetes Gepäck zu überwachen. Der Aufbau der Fig. 4 ermöglich, wenn er beispielsweise für die überprüfung
von Gepäck in einem Flughafen eingesetzt wird, eine raschere Behandlung des Gepäcks, so daß Unbequemlichkeiten
für die Passagiere entsprechend verringert werden.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Verwirklichung des Signalverarbeitungskreises
40 für den mit Fig. 1 veranschaulichten Aufbau mit einer ersten und einer zweiten Gruppe von Gammas
tr ah len- De t ekt or en.
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Jedem LVD-Garamastrahlen-Detektor 26 der ersten Gruppe ist
wirkungsmäßig eine Fotovervielfacherröhre PM zugeordnet. In der gleichen Weise ist'jedem der Schmal-Detektoren ND 28 der
zweiten Gruppe eine Fotovervielfacherröhre PM1 zugeordnet.
Die Fotovervielfacherrohren sind optisch mit den entsprechenden
Gammastrahlen-Detektoren gekoppelt, so daß die innerhalb der einzelnen Detektoren aufgrund der Gammastrahlen-Beaufschlagung
der fotoempfindlichen kathode der Fotovervielfacherröhre erzeugte
Lichtenergie mittels des fotoelektrischen Effekts Elektronen erzeugt, die dann zu einem elektrischen Impuls verstärkt werden.
Die Amplitude des Impulses entspricht der zur Verfügung stehenden Lichtenergie.
Die Ausgangssignale der den LVD-Gammastrahlen-Detektoren 26 der
ersten Gruppe zugeordneten Fotovervielfacher PM werden als Eingangssignale ,an den Diskriminatorkreis 42 geliefert. Der Diskriminatorkreis
42 vergleicht das Niveau der Signale mit einem Schwellwertniveau und erzeugt Ausgangssignale entsprechend den das Schwellwertniveau
übersteigenden Eingangssignalen. Bei dem Einsatz zur Bestimmung des Brutto-Stickstoffgehaltes des Gegenstandes(Gepäck L)
auf der Basis der Stickstoffreaktion 14N(n,y)15N, die 10,8 MeV
Gammastrahlen erzeugt, würde das Schwellwertniveau etwa 10,0 MeV betragen. Die Ausgangssignale des Diskriminatorkreises42 werden
dem Computer 48 als Anzeige für den Brutto-Stickstoffgehalt des
Gegenstandes (Gepäck L) zugeführt. Für dieqewäMfce Stickstoffreaktion
wird ein Schwellwertniveau von annähernd TOtfeV gewählt,
um die interessierenden 10,8 MeV-Signale im wesentlichen zu isolieren.
Die einzelnen Ausgangssignale der FotovervielfacherröhrenPM',
die den einzelnen Schmal-Detektoren 2 8 der zweiten Gruppe zugeordnet
sind, werden jeweils identisch verarbeitet, so daß eine Untersuchung im Hinblick auf einen der Schmal-Detektoren3SD 1
in gleicher Weise auf jeden der verbleibenden Schmal-Detektoren ND 2 bis NDn zutrifft.
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Das Ausgangssignal der dem Schmal-Detektor ND 1 zugeordneten
Fotovervielfacherröhre PM1 wird gleichzeitig dem dem Diskriminatorkreis 42 ähnlichen Diskriminatorkreis 44 sowie
einem triggerbaren monostabilen Multivibratorkreis MV zugeführt. Jeder der den einzelnen Schmal-Detektoren ND zugeordneten
Multivibratorkreise MV wird so eingestellt, daß er einen Ausgangsimpuls
in Abhängigkeit von einem Eingangssignal des zugeordneten FotovervieIfachers PM1 erzeugt. Die Breite der
Ausgangsimpulse der einzelnen Multivibratorkreise MV ist unterschiedlich,
so daß die Impulsbreiten-Ausgangssignale der verschiedenen Multivibratorkreise als das Ergebnis eines Ausgangssignals
eines bestimmten Schmal-Detektors ND identifiziert werden können. Die Ausgangssignale der jeweiligen Multivibratorkreise
MV werden als Signaleingänge einem linearen Gatekreis zugeführt. Der Diskriminatorkreis 44 dient zum Vergleich der
Ausgangssignale von den jeweiligen Fotovervielfacherröhre« PM1
mit einem Schwellwertniveau, das für das interessierende Signalniveau repräsentativ ist. Das Schwellwertniveau bei der auf
einer Stickstoffreaktion N(n,y) N basierenden Ausführung,
wobei eine erhebliche Anzahl Gammastrahlen miteinem Wert von 10,8 MeV erzeugt wird, beträgt etwa 10,0 MeV.
Die von dem Diskriminatorkreis 44 in Abhängigkeitvon das
Schwellwertniveau übersteigenden Eingangssignalen erzeugten Ausgangssignale werden dem Gatekreis 46 als Gate-Eingangssignale
zugeführt. Die gleichzeitige Anwesenheit eines Signaleingangs von einem Multivibratorkreis MV an dem Gatekreis 46
und eines Gate-Eingangssignals vom Diskriminatorkreis 44 aufgrund eines Ausgangssignals von demselben Schmal-Detektor I'D führt
dazu, daß das Ausgangssignal vom Multivibratorkreis MViber den A/D-Wandler 47 zu dem Computer 48 gegatet wird. Die gegateten
Signale von den verschiedenen Schmal-Detektoren geben die Stickstoff-Konzentration
in dem Bereich des Gegenstandes (Gepäck L) wieder, der von den zugeordneten Schmal-Detektoren ND'betrachtet"
wird.
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Der Computer 48 dient dazu, das von der Gesamtanordung der
Schmal-Detektoren ND wiedergespiegelte Stickstoff-Konzentrationsprofil
zu überprüfen, um so zu ermitteln, ob das Profil oder Bild des stickstoffhaltigen Gegenstandes dem Profil oder
Bild des interessierenden stickstoffhaltigen Gegenstandes entspricht.
Für den Fall von Explosivstoffen, für den beispielsweise als Explosivstoff-Referenzwert vier Synamitstäbe angesehen
werden, ermittelt der Computer, ob das Profil des Gegenstandes, wie es durch die Messung der von den Schmal-Detektoren
HD gelieferten Stickstoff-Konzentration bestimmt wird, dem
Profil der vier Dynamitstäbe entspricht. Wenn durch den Computer beispielsweise bestimmt wird, daß das Stickstoff-Konzentrationsprofil des Gegenstandes, wie es durch die von den Schmal-Detektoren
ND gelieferte Information repräsentiert wird und dabei einen ungewöhnlich hohen Stickstoffgehalt aufweist, dem Profil
der vier Dynamitstäbe entspricht, und wenn der Eingang zum Computer von den LVD-Gammastrahlen-Detektoren einen für vier
Dynamitstäbe repräsentativen Brutto-Stickstoffgehalt liefert, so erzeugt der Computer 48 ein Ausgangssignal, um den Erfassungs-Anzeigekreis
50 zu betätigen. Der Erfassungs-Anzeigekreis 50 kann die Gestalt einer visuellen oder einer Audio-Anzeige, eines
Kathodenstrahlröhren-Monitors, eines Aufzeichnungsmechanismus etc. haben.
Der Computer 48 führt die Stickstoffzählung der einzelnen durch
den Gatekreis 46 gegateten Schmal-Detektoren ND an einer vorgegebenen Stelle in seine Speicheranordnung, wobei die vorgegebene
Stelle durch die den einzelnen Schmal-Detektoren ND zugeordnete besondere Impulsbreite festgelegt wird. Während des
Zeitabschnitts, innerhalb dessen der Gegenstand (Gepäck L) sich vor der Schmal-Detektor-Matrix befindet bzw. an dieser vorbeiläuft,
tastet der Computer 48 die in der Speicheranordnung gespeicherte Zähl-Information fortlaufend ab. Nach Entfernung des
Gegenstandes oder Vorbeilauf des Gegenstandes an der Schmal-Detektor-Matrix
überprüft der Computer 48 unter Verwendung eines Routine-Programms die an den verschiedenen Stellen in der
Speicheranordnung gespeicherten Zählungen, um die Lage der Zählwerte entsprechend dem interessierenden stickstoffhaltigen
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Material zu bestimmen, wobei gleichzeitig die effektive Fläche des interessierenden stickstoffhaltigen Materials festgelegt wird.
Bei der oben angezogenen typischen Ausfuhrungsform, bei der das
interessierende Material Explosionsstoffe sind, spricht der Computer auf die Zahl-Stellen an, die eine ungewöhnlich hohe, für
Explosionsstoffe typische Stickstoff-Konzentrationaufweisen, und
gleichzeitig wird die wirksame Fläche für das Stickstoff-Konzentrationsprofil
gebildet, das durch die Ausgangssignale der die ungewöhnlich hohe Zählung aufweisenden Schmal-Detektoren repräsentiert
wird. Es sei beispielsweise angenommen, daß die Stickstoff-Zählung für einen Wollpullover zehn ist, während eine Stickstoff-Zählung
für einen Schmal-Detektor ND für einen Explosionsstoff ist. Ist der Computer so programmiert, daß er auf die Anwesenheit
von Explosionsstoffen anspricht, so bestimmt er die Anzahl an
Speicheranordnungs-Stellen, die eine Zählung von ungefähr 40 anzeigen. Vielter würde der Computer die durch diese Spei ehe ranordnung-Stellen
repräsentierte wirksame X-Y-Fläche bestimmen und eine Ausgangsanzeige liefern, wenn die wirksame Fläche der wirksamen
Fläche eines interessierenden Explosionsstoff-Paketes entspricht.
Bleibt man bei dem Beispiel eines Paketes mit vier Dynamitstäben, das eine Länge von etwa 20 cm und einen rechteckigen
Querschnitt mit etwa 5 cm Seitenlänge hat, so würde der Computer 40 so programmiert, daß er eine Ausgangs-Anzeige
einer effektiven Fläche von Speicheranordnungs-Stellen liefert, die Zählungen von etwa 4O für 5mal 2O cm oder weniger aufweisen.
Der Computer ist ohne weiteres in der Lage, diese wirksame Fläche zu bestimmen, unabhängig davon, ob die Speicheranodnungs-Stellen,
die Zählungen von etwa 40 aufweisen, nebeneinander liegen oder aber sich an unterschiedlichen Stellen innerhalb der X-Y-Matrix
befinden. Geht man davon aus, daß die vier Dynamitstäbe zu einem Einzelpaket zusammengefaßt sind, dann würden die Speicheranordnungs-Stellen,
die eine Zählung von annähernd 40 aufweisen, eine zusammenhängende
Fläche hoher Konzentration bilden, während für den Fall, daß die vier Dynamitstäbe getrennt und an unterschiedlichen
Stellen
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innerhalb des Gegenstandes (Gepäck L) angeordnet sind, die Speicheranordnungs-Stellen, die die Zählung 40 aufweisen, an
unterschiedlichen Stellen der Speicher-Anordnung lägen.
Wenn das Gepäck L sich an der X-Y-Matrix der Schmal-Detektoren
vorbeibewegt und nicht stationär vor der Matrix angeordnet ist, so führt dies zu einer zunehmenden Zählung in den Schmal-Detektoren
ND, die in Spalten angeordnet sind, die das Gepäck "betrachten", und zu feiner feststehenden Zählung in den Schmal-Detektoren,
die in Spalten angeordnet sind, die den Gagenstand nicht mehr "betrachten". Der Computer 48, der die in der Speicheranordnung
gespeicherten Zählung fortlaufend abtastet, bestimmt die horizontale oder X-Dimensiondes stickstoffhaltingen Materials,
wie sie durch die Anzahl Spalten Schmal-Detektoren zu einem bestimmten Zeitpunkt repräsentiert wird, die einen anwachsenden
oder aktiven Zählzustand aufweisen.
Wach Bestimmung der effektiven Fläche des stickstoffhaltigen
Materials in dem Gegenstand (Gepäck L) bestimmt der Computer 48, ob das Stickstoff-Konzentrationsprofil und der Gesamt-Stickstoffgehalt,
wie erdurch die erste Gruppe Detektoren 26 ermittelt worden ist, des stickstoffhaltigen Materials im Gagenstand demjenigen
eines interessierenden stickstoffhaltigen Materials, d.h. eines Explosionsstoffes, entspricht. Wenn beide Charakteristiken
oder Kriterien, d.h., das Stickstoff-Konzentrationsprofil und der Gesamt-Stickstoffgehalt, dem Charakteristiken oder Kennwerten
des interessierenden stickstoffhaltigen Materials entsprechen, so liefert der Computer 48 dann ein aktivierendes Signal an den
Erfassungs-Anzeigekreis 50.
Ein Rückstellsignal, das typischerweise durch den Durchgang
einer Teilerplatte D geliefert wird, auf der ein Triggerarm TA für die Betätigung eines innerhalb des Durchgangskanals P angeordneten
Rückstellschalters RS angeordnet ist, beaufichlagt den Computer 48, um so den Computer nach der Auswertung eines
Gegenstandes rückzusetzen und so in einen Frei-Zustand zu brinopi,
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damit er auf den nächsten von dem Förderungssystem C zugeführten Gegenstand ansprechen kann.
Eine vergleichende Darstellung des Ansprechen der Matrix der
Schmal-Detektoren WD der zweiten Gruppe auf ein Paket aus vier Dynamitstäben einerseits und einen großen Wollpullover
andererseits ist mit den Teilfiguren A und B der Fig.5 wiedergegeben
.
Es hat sich experimentell ermitteln lassen, daß die Zuverlässigkeit
der Erzeugung des Stickstoff-Konzentrationsprofils dadurch gesteigert werden kann, daß eine zweite Matrix Schmal-Detektoren
ND hinzugefügt wird, die in der Wand des Durchgangskanals unmittei
bar gegenüber der Matrix der zweiten Gruppe Detektoren 28 angeordnet ist. Wie mit Fig. 6 gezeigt, ist die zusätzliche zweidimensionale
Matrix Schmal-Detektoren. 28" aus Schmal-Detektoren ND 1' - NDn1 aufgebaut und der zweidimensionalen Matrix der zweiten
Gr .yppe Detektoren 28 identisch. Die in den beiden Gruppen
einander entsprechenden Detektoren, beispielsweise ND1 und ND1',
sind unmittelbar gegenüberliegend angeordnet, so daß dadurch jeweils derselbe Bereich des Gegenstandes "betrachtet" wird. Das
Hinzufügen einer zweiten Matrix Schmal-Detektoren sorgt für ein im wesentlichen gleichförmiges Ansprechen über die Querschnittfläche
des Durchgangskanals P auf Gammastrahlung, so daß die Erfassungs-Zuverlässigkeit
des Systems verbessert wird. Die Ausgangssignale der einander gegenüberliegenden Paare Schmal-Detektoren
v/erden zusammengefaßt und als einzelnes zusammengesetztes
Signal, wie das mit Fig. 7 gezeigt ist, an den entsprechenden Multivibratorkreis MV und als einzelnes Eingangssignal
des schnellen Diskriminatorkrei'ses 44 abgegeben.
Der Aufbau der Matrizes Schmal-Detektoren ND kann abgewandelt werden, um so speziellen Betriebsanforderungen zu genügen.
Es stehen zahlreiche Techniken zur Verfügung, die mit bestehender Hardware arbeiten, um die Funktionen des Signal-
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Verarbeitungskreises 40, wie er oben als typisch beschrieben
wurde, zu verwirklichen. Die nachstehende Liste im Handel erhältlicher Äusrustungsbestandteile genügt einer offensichtlichen
Verwirklichung des Ausführungsbeispiels, das schematisch mit Fig. 2 gezeigt ist :
Diskriminatorkreise 42 und 44
Gatekreis 46 Multivibratorkreis MV Computer 48
entsprechende im Handel erhält-Iiehe Einrichtung
T 101-Diskriminator- und T 200/N-Schnellzähl-Diskriminator-Bau
steine, wie sie von der Nuclear Instrumentation Div. von EG & G. erhältlich sind. Ebenso Diskriminator
Modell ND 12, wie er von dem Crystal Electronics Dept. der Harshaw Chem. Co. geliefert wird.
Linear-Gater ModellNG-11 des
Crystal Electronic Products Dept. der Harshaw Chem. Co.
Schaltkreise Typen SN 54121, SN 74121; MonostabileMiltivibratoren
von Texas Instruments.
ND 4400-Systeme und ND 812-Computer der Nuclear Data Incorporated.
Computer-Modelle NS 560, 600 und 660 der Northern, einerIbchter von
Tracor.
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Claims (21)
- Patentansprüche :Gerät zur Erfassung diskreter Bereiche eines Gegenstandes zur Ermittlung der Stickstoffkonzentration in den jeweiligen Bereichen und zur Bildung von die Stickstoffkonzentration in den jeweiligen Bereichen repräsentierenden AusgangsSignalen, so daß sich das Stickstoff-Konzentrationsprofil des Gegenstandes bilden läßt, mit einer ersten Einrichtung, um einen Gegenstand einer Umgebung thermischer Neutronen -auszusetzen, gekennzeichnet durch eine zweite Einrichtung mit einer Matrix Gammastrahlen-Detektoren, die jeweils so angeordnet sind, daß ein bestimmter Bereich des Gegenstandes "betrachtet" und - in Abhängigkeit von durch Reaktionen zwischen dem Stickstoff in dem bestimmten Bereich des Gegenstandes und der Umgebung thermischer Neutronen erzeugter Gammastrahlenenergie - ein Ausgangssignal erzeugt wird, das für in dem jeweiligen Bereich des Gegenstandes enthaltenen Stickstoff repräsentativ ist, daß jeder der Gammastrahlen-Detektoren einen Szintillator mit einer Endfläche für die "Betrachtung" des jeweiligen Bereiches des Gegenstandes und einer Länge, die wesentlich größer als der effektive Durchmesser der Endfläche ist, aufweist und daß eine Einrichtung wirkungsmäßig mit der zweiten Einrichtung gekoppelt ist, um den Wert der von den einzelnen bestimmten Bereichen des Gegenstandes emittierten Gammastrahlung zu bestimmen.
- 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix der zweiten Einrichtung ferner eine Gesamt-Stickstoffgehalt-Meßeinrichtung aufweist, die wirkungsmäßig mit der dritten Einrichtung gekoppelt ist, um den Gesamt-Stickstoffgehalt des Gegenstandes zu bestimmen.
- 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine wirkungsmäßig mit der dritten Einrichtung gekoppelte weitere Einrichtung zur Klassifizierung des stickstoffhaltigen Gegenstandes auf der Basis des Gesamt-Stickstoffgehalts und des Stick-4 0 9 8 15/1034stoff-Konzentrationsprofils des Gegenstands.
- 4. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung eine Quelle (24) schneller Neutronen aus Californium 252 und einen Neutronen-Moderator aufweist.
- 5. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung ein Gehäuse (22) aus Neutronen-Moderatormaterial mit einem Hohlraum für die Aufnahme des Gegenstands aufweist, die Quelle schneller Neutronen innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, um einen Fluß thermischer Neutronen in dem Hohlraum zu erzeugen, die einzelnen Gammastrahlen-Detektoren innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und daß jeder Gammastrahlen-Detektor einen vorgegebenen Bereich des Gegenstands in dem Hohlraum "betrachtet" und dabei ein Ausgangssignal erzeugt, das für den in dem entsprechenden Bereich des Gegenstandes enthaltenen Stickstoff repräsentativ ist.
- 6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum in dem Gehäuse (22) die Gestalt eines Durchgangskanals(P) hat, der sich durch das Gehäuse erstreckt, und daß ferner eine Einrichtung zum Einführen und Entfernen des Gegenstands in den Durchgangskanal (P) bzw. von dem Durchgangskanal (P) vorgesehen ist.
- 7. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung einen Multivibratorkreis(MV) aufweist, der den Gammastrahlen-Detektoren so zugeordnet ist, daß er auf die Ausgangssignale der Gammastrahlen-Detektoren anspricht, um so den Ausgang der einzelnen Gamma-Detektoren als Impuls einer unterschiedlichen vorgegebenen Breite zu kennzeichnen, und daß die Anzahl der von den einzelnen Gammastrahlen-Detektoren erzeugten Impulse eine Funktion des Stickstoffgehalts des entsprechenden diskreten Bereichs des Gegenstands ist.A 0 9 8 1 B / 1 0 3 4
- 8. Gerät nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Identifizierung der einzelnen Gamma-Detektoren entsprechend der Impulsbreite und zur Erzeugung einer Wiedergabe der Matrix der Gammastrahlen-Detektoren, die das Stickstoff-Konzentrationsprofil des Gegenstandes in Abhängigkeit der Anzahl der den jeweiligen Gammastrahlen-Detektoren zugeordneten Impulse wiedergibt.
- 9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix Gammastrahlen-Detektoren eine X-Y-Matrix mit einer Mehrzahl horizontaler Reihen ist.
- 10. Gerät nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Ausschluß von Impulsen mit einer Größe von weniger als 10 MeV.
- 11. Gerät nach Anspruch 8f 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Identifizierung die vertikale Dimension des Stickstoff-Konzentrationsprofils durch Überprüfung der Anzahl Impulse, die in den Reihen (Zeilen) der Gammastrahlen-Detektoren auftreten, und die horizontale Dimension des Stickstoff-Konzentrationsprofils durch Überprüfung der Anzahl Impulse, die in den Spalten der Gammastrahlen-Detektoren enthalten sind, bestimmt.
- 12. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-11, gekennzeichnet durch eine der anderen Matrix identische zweite Matrix mit einer Mehrzahl Gammast^rahlen-Detektoren, die gegenüber liegendim Verhältnis zu den Gammastrahlen-Detektoren der anderen Matrix angeordnet sind, so daß ein Gammastrahlen-Detektor jeder Matrix denselben Bereich des Gegenstandes "betrachtet", wobei die beiden Matrizes geeignet sind, den Gegenstand zwischen den im Verhältnis zueinander ausgerichteten Gruppen aufzunehmen .409815/1034
- 13. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der jeweils ein im Verhältnis zueinander ausgerichtetes Paar bildenden Gammastrahlen-Detektoren zur Beaufschlagung der dritten Einrichtung zusammengefaßt sind.
- 14. Gerät nach Anspruch 6 und 7-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einführung und Entfernung des Gegenstands im Abstand voneinander vertikal angeordnete -Me#Elemente aus Neutronen-Moderatormaterial aufweist, die ein für die Aufnahme des Gegenstands geeignetes Volumen haben und dabei die offenen Enden des Durchgangskanals (P)im wesentlichen abschließen und mit den Wandungen des Durchgangskanals zusammenwirken, um eine im wesentlichen, abgeschlossene Umgebung für einen Strom thermischer Neutronen, dem der Gegenstand ausgesetzt ist, einzuschließen.
- 15. Gerät nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine wirkungsmäßig mit der dritten Einrichtung gekoppelte Einrichtung zur Rückstellung der dritten Einrichtung in Abhängigkeit vom Durchgang eines Gegenstandes.
- 16. Gerät nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellung der dritten Einrichtung in Abhängigkeit von dem Durchgang der im Abstand voneinander angeordneten, vertikalen Elemente erfolgt.
- 17. Gerät nach Anspruch 2 und 3-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung des Gesamt-Stickstoffgehalts mindestens einen Gammastrahlen-Detektor mit einem Szintillator aufweist, der eine End-"Betrachtungs"-Fläche mit einem effektiven Durchmesser von 13 cm oder mehr zur Betrachtung des Gegenstandes hat und eine Anzeige des Gesamt-Stickstoffgehalts des Gegenstandes liefert.409815/1034
- 18. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Szintillator ein Plastisch- oder Flüssig-Szintillator ist.
- 19. Gerät nach Anspruch 1 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stickstoffreaktion 14N(n,v)15N ist. - 20. Gerät nach Anspruch 1, 18 oder 19, gekennzeichnet durch eine wirkungsmäßig mit der dritten Einrichtung gekoppelte Einrichtung zur Festlegung des Stickstoff-Konzentrationsprofils des stickstoffhaltigen Materials des Gegenstands in Abhängigkeit davon.
- 21. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 20, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Vergleich des Stickstoff-Konzentrationsprofils des stickstoffhaltigen Materials mit
Stickstoff-Konzentrationsprofilen bekannter Materialien und damit zur Klassifizierung des stickstoffhaltigen Materials
des Gegenstands.409815/1034
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