DE2347672C2

DE2347672C2 - Gerät zur Ermittlung der Stickstoff-Konzentration eines Gegenstandes

Info

Publication number: DE2347672C2
Application number: DE2347672A
Authority: DE
Inventors: John Pittsburgh Pa. Bartko
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1972-09-28
Filing date: 1973-09-21
Publication date: 1985-02-21
Also published as: IL43286A0; DE2347672A1; US3832545A; JPS5611899B2; GB1392169A; BR7307369D0; CA980021A; JPS4988586A; FR2201765A5; NL7313106A; IT998638B; IL43286A

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Ermittlung der Stickstoff-Konzentration eines Gegenstandes, mit einem Gehäuse aus Neutronenmoderatorma'.erial mit einem Hohlraum für die Aufnahme des Gegenstandes und einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Neutronenquelle und einem weiteren zwischen der Neutronenquelle und einer Gammastrahlen-Detektoreinrichtung (Szintillatorcn) angeordneten Moderator, um den Gegenstand thermischen Neutronen auszusehen, wobei die Gammastrahlcn-Detektorsinrichtung zur Erzeugung eines den Stickstoffgehalt des Gegenstandes anzeigenden Ausgangssignals dient, die in dem Gehäuse angeordneten Szintillatoren der Detektoreinrichtung, die jeweils bestimmte Bereiche des Gegenstandes erfassen, auf die Stickstoffreaktion ¹⁴N(n,v)¹⁵N ansprechen, und mit einer der Detektoreinrichtung nachgeschalteter; Auswerteeinrichtung.

Ein derartiges Gerät ist aus der US-PS 31 24 679 bereits bekannt.

Die erhebliche Bedrohung menschlichen Lebens und auch von Sachwerten aufgrund von in Gepäckstücken, Paketen usw. verborgenen Explosivstoffen hat das Bedürfnis nach einer zuverlässigen Möglichkeit zur Erfassung solcher Explosivstoffe geführt.

Ein Verfahren, das Explosivstoffe nur auf der Basis des gesamten Stickstoffgehaltes zu erfassen sucht, ist insofern unzuverlässig, als auch bei anderen Materialien als Explosivstoffen ein verhältnismäßig hoher Stickstoffgehalt angetroffen werden kann, wie beispielsweise bei aus Wolle, Seide, Nylon, Orion und Leder hergestellten Gegenständen.

Die US-PS 31 46 349 versucht dieses Problem dadurch zu lösen, daß Explosivstoffe mit einem Neutronenabsorber hohen Absorptionsquerschnittes versetzt werden, beispielsweise mit Bor, worauf eine sich aus der Wechselwirkung zwischen Bor und den Neutronen ergebende Gammastrahlung gemessen wird. Natürlich ist aber eine derartige Einrichtung in ihrer Wirksamkeit auf Explosivstoffe begrenzt, die derartige Additivstoffe wie Bor tatsächlich auch enthalten. Für die allgemeine Erkennung von Explosivstoffen, beispielsweise zur Überprüfung von Gepäck auf Flugplätzen, wo die Art des Sprengstoffes durchaus ungewiß ist, ist dieses Gerät nicht geeignet.

Ein Gcräl der eingangs genannten Art, bekannt aus der US-PS 31 24 679, weist diesen Nachteil nicht auf, vielmehr gelingt mit diesem Gerät die nukleare Bestimmung des Stickstoffgehaltes auch, ohne daß der Sprengstoff besondere Zusätze enthält. Das bekannte Gerät verwendet vier Szintillationszähler, von denen drei im Winkel zueinander in einer horizontalen Ebene angeordnet sind, während ein vierter Szintillationszähler unterhalb der anderen Zähler in einem Winkel ^u der genannten Ebene liegt. Damit gelingt die Ermittlung der Gesanitstickstoffkonzentration eines zu untersuchenden Gegenstandes, jedoch kann es zu Fehlalarm kommen, falls der Gegenstand größere Mengen anderer stark stickstoffhaltiger Materialien enthält, wie die bereits genannten Materialien Wolle. Seide, Nylon, Orion und Leder.

Damit ein Gerät zur Erfassung von Explosivstoffen zufriedenstellend arbeiten kann, muß es daher in der Lüge sein, derartige stickstoffhaltige Stoffe von stickstoffhaltigen Sprengstoffen zu unterscheiden, außerdem muß diese Unterscheidung verhältnismäßig rasch erfolgen, da beispielsweise bei Anwendung des Gerätes auf Flugplätzen lange Wartezeiten für die Passagiere zu einer untragbaren Belästigung führen würden und auch zu einer Störung der Flugpläne Anlaß geben könnten. , Aufgabe der Erfindung ist es. das Gerät der eingangs

genannten Art dahingehend zu verbessern, daß durch bestimmte Anordnung der Szintillatoren sowie nachgeschalteter Erfassungseinrichtungen erreicht wird, daß nicht nur eine summarische Ermittlung der Stickstoffkonzentration möglich wird, sondern daß sich ein Stickstoffkon/.entrationsprofil des Gegenstanaes entwickeln läßt. Durch dieses Stickstoffkonzentratior.sprofil lassen

ίο sich zusätzliche Unterscheidungsmerkmale gewinnen, die zu einer Erhöhung der Erkennungsgenauigkeit und damit zu einer Absenkung der Fehlalarmhäufigkeit führen.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß die Szintillatoren, die in Form einer Matrix angeordnet sind, zwei in Form voneinander getrennte Gruppen von Szintillatoren umfassen, daß die Szintillatoren der einen Gruppe den gesamten Stickstoffgehalt des Gegenstandes erfassen, daß die Szintillatoren der anderen Gruppe nur jeweils den Stickstoffgehalt von Teilbereichen des Gegenstandes erfassen, und daß die Ausgangssignale der Szintillatoren unterschiedlicher Bereichserfassung über jeweils eigene Diskriminatoren der Auswerteeinrichtung zugeführt sind.

Durch insbesondere die matrixartige Anordnung von Szintillatoren, die an sich aus der US-PS 35 94 577 im Zusammenhang mit einem Detektorgerät bekannt ist, gelingt es, zwischen Explosivstoffen und nicht explosiven stickstoffhaltigen Materialien, wie Wolle, Orion.

Nylon, Seide, Leder usw. zuverlässig zu unterscheiden, ohne daß dazu den Explosivstoffen zusätzliche Materialien wie Bor hinzugefügt werden müßten.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung hat der Hohlraum (für die Aufnahme des Gegenstandes) die Gestalt eines'durch das Gehäuse sich hindurcherstrekkenden Durchgangskanals und es ist eine Einrichtung zum Einführen und Entfernen des Gegenstandes in bzw, aus dem Durchgangskanal vorgesehen. Dies ist insofern von Vorteil, als es die Geschwindigkeit erhöht, mit der der Gegenstand auf das Vorhandensein von Sprengstoff überprüft werden kann.

Gemäß einer anderen günstigen Weiterbildung weist die Auswerteeinrichtung einen Multivibrator auf, der den einzelnen Szintillatoren der einen Gruppe derart

4^r) zugeordnet ist, daß er auf die Sziniillatorausgangssigna-Ie der einzelnen Szintillatoren derart unterschiedlich anspricht, daß der Ausgang der einzelnen Szintillatoren als Impuls einer unterschiedlichen vorgegebenen Breite gekennzeichnet ist, und daß die Anzahl der von den einzelnen Szintillatoren erzeugten Impulse eine Funktion des Stickstoffgehaltes des entsprechenden Teübereiches des Gegenstandes ist. Durch diese Anordnung läßt sich das von den matrixartig angeordneten Szintillatoren gelieferte Profil besonders schnell und einfach auswerten.

Dies gelingt auch gemäß einer Ausführungsform, die durch eine Einrichtung zur Identifizierung der einzelnen Szintillatoren entsprechend ihrer jeweiligen Impulsbreite und zur Erzeugung einer Darstellung der Matrix der Szintillatoren zur Illustration des Stickstoffkonzentrationsprofils des Gegenstandes als Funktion der Impulszahl des zugeordneten Szintillator gekennzeichnet ist.

Besonders günstig ist es, wenn die Matrix der Gammasirahlendetcktoren eine ΛΎ-Matrix mit einer Mehrzahl horizontaler Zeilen ist, weil dadurch insbesondere

t>5 eine Ermittlung des vertikalen Profils erleichtert wird.

Da bei der hier gewählten Stickstoffreaktion 14% aller Stickstoffreaktionen zu einer Gammastrahlung hoher Energie, nämlich 10,8 MeV führen, welcher Energie-

pegel viel höher als der Energiepegel von Gammastrahlen liegt, die sich aus der schnellen Neulronenstickstoffreaktion ergeben, die ansonsten vielfach verwendet wurden, ist es gemäß einer noch anderen Weiterbildung günstig, eine Einrichtung zum Ausschluß von Impulsen mit einer Größe von weniger als 10 MeV vorzusehen, zumal niedrigere Energiepegel einer Gammastrahlung zugeordnet werden können, die von anderen als explosiven stickstoffhaltigen Materialien erzeugt werden. Durch die vorgenannte Einrichtung läßt sich also die Unterscheidungsfähigkeit zwischen Explosivstoffen und nicht explosiven stickstoffhaltigen Materialien, wie Wolle, Orion, Nylon, Seide, Leder usw. noch verbessern.

Gemäß einer noch anderen Weiterbildung bestimmt die Einrichtung zur Identifizierung der einzelnen Szintü- is latoren die vertikale Dimension des Stickstoffkonzentrationsprofils durch Überprüfung der Impulszahl der in den Zeilen der Szintillatormatrix angeordneten Szintillatoren und die horizontale Dimension des Stickstoffkonzentrationsprofils durch Überprüfung der Impulszahl der in den Spalten angeordneten Szintillatoren.

Auch dies erhöht die Zuverlässigkeit der Ermittlung des Explosivstoffgehalls.

Noch weiter erhöhen läßt sich diese Anzeigezuverlässigkeit gemäß einer Weiterbildung, bei der eine zu der einen Matrix identische weitere Matrix aus Szintillatoren vorgesehen wird, die jeweils gegenüberliegend zu den Szintillatoren der erstgenannten M.vtrix angeordnet sind, so daß einander zugeordnete Szintillatoren der beiden Matrizen denselben Teilbereich des Gegenstandes erfassen, wobei die beiden Matrizen so angeordnet sind, daß sie den Gegenstand zwischen den zueinander ausgerichteten Szintillatoren aufnehmen.

Zur Vereinfachung und Beschleunigung der Auswertung der Signale einer derartigen doppelten Matrizenanordnung können gemäß einer noch anderen Weiterbildung der Erfindung die Ausgangssignale der jeweils ein zueinander ausgerichtetes Paar bildenden Szintillatoren zur Beaufschlagung der Auswerteeinrichtung zusammengefaßt sein.

Die Einrichtung zur Einführung und Entfernung des Gegenstandes weist zweckmäßigerweise im Abstand voneinander vertikal angeordnete Elemente aus Neutronenmoderatormaterial auf, die ein für die Aufnahme des Gegenstandes geeignetes Volumen haben und dabei die offenen Enden des Durchgangskanals im wesentlichen abschließen und mit den Wandungen des Durchgangskanals eine im wesentlichen abgeschlossene Umgebung für einen Strom thermischer Neutronen bilden, dem der Gegenstand ausgesetzt ist. Auch dieses Merkiiiä! erhöht uic Geschwindigkeit, ΓΓιίί der die Gegenstände auf das Vorhandensein von Explosivstoffen untersucht werden können. Ähnliche Vorteile weist eine Ausbildung der Erfindung auf, gemäß der eine mit der Auswerteeinrichtung verbundene Einrichtung zur Rückstellung der Auswerteeinrichtung in Abhängigkeit vom Durchgang eines Gegenstandes vorgesehen ist. Ähnliches gilt für eine Ausführungsl'orm, gemäß der die Rückstellung der Äuswerteeinrichtung in Abhängigkeit von dem Durchgang der im Abstand voneinander ange- μ ordneten vertikalen Elemente erfolgt

Es hat sich gezeigt, daß es günstig ist, wenn die Einrichtung zur Messung des Gesamtstickstoffgehaltes mindestens einen Gammastrahlungsdetektor mit einem Szintillator aufweist, der eine Enderfassungsfläche mit einem effektiven Durchmesser von 13 cm oder mehr zur Erfassung des Gegenstandes hat

Um eine schnelle Entscheidung zu ermöglichen, ist es schließlich gemäß einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung günstig, wenn diese gekennzeichnet ist durch eine in der Auswerteeinrichtung enthallende Einrichtung zur Festlegung des Stickstoffkonzentrationsprofils des stickstoffhaltigen Materials zu dessen Vergleich mit Slickstoffkonzcntrationsprofilen bekannter Materialien und damit zur Klassifizierung des stickstoffhaltigen Materials des Gegenstandes.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch, teilweise in Blockschaltbilddarstellung, ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 2 schematisch die Signalverarbeitungsschallung der Ausführung nach Fig. 1,

Fig.3 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei insbesondere die Anordnung der Neutronenquelle in dem Gehäuse abgewandelt ist,

Fig.4 schematisch eine noch andere Ausführungsform der Erfindung,

Fig.5 einen Vergleich der Ausgänge der gemäß Fig. 1 angeordneten Szintiilaloren für einen Explosivstoff sowie für einen Wollpullover,

Fig.6 schematisch eine noch andere Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 7 schematisch ein elektrisches Schaltbild für die in F i g. 6 dargestellte Ausführungsform.

Stickstoff ist ein Element, das sich in Explosivstoffen in reichlichen, zwischen 8 bis 50% schwankenden, durchschnittlich bei etwa 15% liegenden Mengen findet.

Nachstehend wird nun ein Gerät zur Erfassung derartigen stark stickstoffhaltigen Materials beschrieben, wobei es sich speziell um Explosivstoffe handelt. Die Erfassung erfolgt aufgrund von der Reaktion des Stickstoffs mit thermischen Neutronen, denen ein zu untersuchender Gegenstand ausgesetzt wird. Zu diesem Zweck weist das erfindungsgemäße Gerät eine Untersuchungsstation auf, bestehend insbesondere aus einem Durchgangskanal für den Gegenstand, bestehend aus Wänden aus Neutronenmoderatormaterial wie Paraffin, sowie einer geeigneten öffnung für die Aufnahme des zu untersuchenden Gegenstandes, beispielsweise eines Gepäckstückes. Die Umgebung des thermischen Neutronenflusscs wird innerhalb des Durchgangskanals mit Hilfe von Moderierung schneller Neutronen erzeugt, die mittels einer Quelle für schnelle Neutronen innerhalb des Durchgangskanals eingeführt werden. Die Anwesenheit von stickstoffhaltigem Material innerhalb des Gegenütandes führt zum Einfangen von thermischen Neutronen durch das Material und zu einer nachfolgenden Reaktion, die zur Emission von prompten oder schnellen Gammastrahlen aufgrund der Stickstoffcharakteristik des Materials führt.

Bei dem veranschaulichten typischen Ausführungsbeispiel (F i g. 1) spricht ein erster Satz Gammastrahlen-Detektoren mit einem Durchmesser von etwa 13—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, spricht 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 (F i g. 6)

weist eine zweite Matrix mit einem Durchmesser von 0,2—0,8 cm aufweisenden Detektoren auf, die mit den Detekioren 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-Matrizen gewährleistet eine zuverlässigere Analyse eines zwischen den Matrizen angeordneten Gegenstandes.

Es steht zwar eine Vielzahl Gammastrahlen-Detektoren wie Natriumjodid-S/.intillatoren und Cerenkov-Zähler zur Verfugung, jedoch hat es den Anschein, daß Flüssig- und Plastik-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 Verfugung stehenden Neutronenquellen gehören Deuterium-Tritium-Beschleuniger oder Gemische aus Beryllium und einem alpha-emittierenden radioaktiven Element.

Statt dessen kann eine Californium-252-Quelle verwendet werden. Californium-Neutronenquellcn 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 solche Quelle für bestimmte Ausführungsformen der Erfindung vorteilhaft.

Von speziellem Interesse ist die Stickstoffreaktion ^Ι4Ν(π,;-)^ι5Ν. Bei der Stickstoffreaktion ¹⁴N(n,;')¹⁵N. wird ein thermisches Neutron oder ein Neutron niedriger Energie durch einen ¹⁴N-Kern eingefangen, so daß ein angeregter ^I5N-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 Explosivstoffen erhöht, ist die Talsache, 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-Stickstoffreaklion ^ι4Ν(/7,2/?)^πΝ 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 erzeugt wird, so daß es schwieriger wird, zwischen explosiven und nicht explosiven stickstoffhaltigen Materialien wie Wolle, Orion®, Nylon, Seide, Leder etc. zu unterscheiden.

Bei einem nachstehend beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit einem Explosivstoff-Erfassungssystem gearbeitet, um Gepäck auf der Basis der Stickstoffreaktion ¹⁴N(W^)¹⁵N zu überprüfen, wobei das Gepäck auf einen Förderer gestellt wird, der das Gepäck durch einen, geschlossenen Durchgangskanal hindurchführt, der durch einen Neutronenmoderator begrenzt ist, innerhalb dessen die Neutronenquelle 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 Explosivstoff- Erfassungssystem mit einer allgemein mit 20 bezeichneten Station zur Überprüfung von Gegenständen, einem Signalverarbeitungskreis 40 sowie einem Anzeigekreis 50. Die Siation 20 weist ein Gehäuse 22 aus Kcrnmoderatormalerial auf, durch das sich ein Durchgang P für das Einführen und Ausführen des auf die Anwesenheit von Explosivstoffen 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, daß ein im wesentlichen thermischer Neutronenfluß in dem Durchgangskanal Pin Nachbarschaft zu der Neutronen-Quelle 24 aufgebaut wird. Die Einleitung eines hier als Gepäck L bezeichneten Gegenstandes mittels eines sich durch den Durchgangskanal Perstreckenden 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 26 bzw. 28 überprüft. Die Verwirklichung von ^l4N-neutroneninduzierten Reaktionen für die Erfassung der Anwesenheit von Explosivstoffen hat sich infolge der verhältnismäßig hohen Durchtrittsenergie von Neutronen und des verhältnismäßig hohen Anteils an Stickstoff in allen Explosivstoffen als praktisch möglich erwiesen. Von den beiden ¹⁴N-neutroneninduzierten Reaktionen, nämlich ^l4N(n,;')^l5N und ^l4N(n, 2n)^IJN, ist die erstgenannte Reaktion eine thermische Neutronen-Reaktion, die bestimmte Vorteile aufweist, da 14% aller durch stickstoffhaltiges Material emittierten Gammastrahlen Energien von annähernd 10,8 MeV haben, die beträchtlich höher als für die meisten anderen neutroneninduzierten Stickstoff-Reaklionen liegen.

In Verbindung mit dem Fördersystem C sind im Abstand voneinander vertikal angeordnete Teilerplatten 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 Ab-

bo schirmelement um den Verlust an thermischen Neutronen an die äußere Umgebung des Gehäuses 22 zu minimieren, so daß für eine wirksame Erhöhung der in dem Durchgangskanal Pverbleibenden 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 Neutronenflusses zur

ίο

Verfügung, jedoch ist mit Fig. 1 eine Ausführungsform 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 eingangs erwähnten US-PS 31 24 679 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 Ausführungsbeispiei nach F i g. i ein wasserstoffreiches Material wie Wasser oder Paraffin als Moderatormaterial für das Gehäuse 22 zu wählen. Die vollständige Umschließung des Durchgangskanals Pdurch 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 von vorwiegend organischen Materialien bei der Herstellung der Überprüfungs-Station 20 und des Fördersystems C erhöht werden, 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 Durchgangskanals ist Es ist daher vorteilhaft, die Fläche des Durchgangskanals auf einem Minirnalwert zu halten, der gerade zur Aufnahme der zu untersuchenden Gegenstände ausreicht. Ferner ist bestimmt worden, daß das Verhältnis des thermischen Flusses zum Fluß schneller Neutronen an einer Stelle in Nähe einer Wand des Durchgangskanals 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 GröBenabmessungen 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 Durchgangskanal P. Eine weitere Erhöhung des thermischen Flusses läßt sich verwirklichen, indem die Neutronen-Quelle 24 im wesentlichen durch Moderator-Material 25 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 in dem Durchgangskanal P_x indem 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 Durch gang P reflektiert werden 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 Wandlungsmaterial des Moderator-Gehäuses 22 erfahren, wo eine grö- ßere Wahrscheinlichkeit des Eingi:fangenwerdens und somit eine geringere Aussicht darauf besteht, daß sie in den Durchgangskanal Pzurückgeworfen werden.

Die erste Gruppe Gamma-Detektoren 26 der F i g. 1 umfaßt mehrere Detektoren L VDgroßen Volumens, für die hier Plastik- oder Flüssig-Sjiintillatoren gewählt worden sind. Der Durchmesser der LVD-Gamma-Detektoren liegt typischerweise im Bereich von 13—17 cm. bei einer Tiefe von mindestens 13 cm. Die LVD-Gammastrahlen-Detektoren 26 liefern einen Zählwert, der für den Gesamt-Stickstoffgehalt des bestrahlten, von dem Gepäck L gebildeten Gegenstandes repräsentativ ist. 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 Ge schwindigkeit, mit der die Gegenstände durch die Überprüfungs-Station 20 gefördert werden. Wenn der von dem Gepäck L gebildete Gegenstand stationär wäre, würde ein einzelner Z-VD-Gammastrahlen-Detektor sich bereits als ausreichend erweise:n.

Der zweite Satz Gammastrahlen-Detektoren 28 ist von einer X-V-Matrix aus typischerweise 20 bis 30 Schmal-Gammastrahlen-Detektoren ND mit Durchmessern von typischerweise zwischen 2.5—7,5 cm gebil- det, deren Mittelpunkte Abstände von 10 cm voneinander aufweisen, wie das mit Fig.5 angedeutet ist. Im Gegensatz zu den LVD-Gammastrahlen-Detektoren 26 der ersten Gruppe, die auf die insgesamt von dem Gegenstand emittierten 10.8 MeV-Gammastrahlen ansprc- chen, sprechen die Schmal-Gammustrahlen-Detektorcn ND 28 der zweiten Gruppe auf dis Gamma strahlen an, die von einem vorgegebenen Bererch des Gegenstandes emittiert werden, so daß ein Zählausgangssignal erzeugt wird, das für den Stickstoffgehalt innerhalb eines vorgc gebenen Bereiches des Gegenstandes repräsentativ ist. Die Arbeitsweise der Schmal-Gammastrahlen-Detektoren NU über ein begrenzten Gebiet erklärt sich aus der Tatsache, daß die Gammastrahlen hoher Energie mit Flüssig- oder Plastik-Szintillatoren hauptsäch- lieh mittels einer Compton-Wechselwirkung zusammenwirken, die sich aus der Erzeugung von Rückstoßelektronen ergibt Die aus der Stickstoffreaktion ¹⁴N(^¹⁵N hervorgegangenen 10,3 MeV-Gammastrahlen erzeugen Elektronen mit Energien im Bereich von

0-10,6MeV. Die Elektronen, die mit der höchsten Energie zurückgestoßen werden, sind die Elektronen, die durch die einfallende Gammast rahlung in Vorwärtsrichtung angetrieben werden. Der Bereich eines 10 MeV-Elektrons in einem Plastik- oder Flüssig-Szin tillator ist etwa 5 g/cm² für den plastischen Zustand. Das bedeutet, daß viele der durch Gammastrahlen, die in die Seite eines Schmal-Detektors eintreten, erzeugten Hochenergie-Elektronen den Schmal-Detektor verlas-

sen, ehe sie ihre gesamte Energie verloren haben. Im Gegensatz dazu erzeugen die in die Vorderseite des Schmal-Detektors eintretenden Gammastrahlen eine Vielzahl Elektronen mit voller Energie, die längs der Längsachse 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-Gammastrahlcn-Detektor die Stickstoffdichte im Bereich des zu untersuchenden Gegenstandes reflektiert, der sich unmittelbar vor dem 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 Gammastrahlen-Detektoren 28 zu bestimmen, liefert 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 Explosivstoffes 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, indem der Signalverarbeitungskrcis 40 so eingestellt wird, daß er ein Ausgangssignal lediglich in Abhängigkeit von der Brutto-Sticksloffgchalt-Informaiion und der Stickstoffkonzentraiion-lnformation erzeugt, die repräsentativ für den ausgewählten Typ eines stickstoffhaltigen Gegenstandes, d. h. eines Explosivstoffes, ist

Die Anordnung der ersten Gruppe LVD-Gammastrahlen-Detektoren 26 und der zweiten Gruppe ND-Schmal-Detekloren 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 P hindurchbewegen.

Es lassen sich zahlreiche Abwandlungen dieses Aufbaues verwirklichen, um die gewünschte Anzeige des Brutto-Stickstoffgehaltes und der Stickstoffkonzentration überprüfter Gegenstände zu erhalten. In einer Ausführungsform, 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, um durch die zweite Gruppe der /VD-Schmal-Gammastrahlen-Detektoren 28 sowohl eine Brutto-Stickstoffgehalt-Anzeige durch Summierung der Zählungen der einzelnen Schmal-Gammastrahlen-Detektoren /VDaIs auch der Stickstoffkonzentration-Profil-Anzeige zu erhalten, wie das oben beschrieben wurde.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 könnte zur Überwachung von Gegenständen, die mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit durchlaufen, die erste Gruppe Gammastrahlen-Detektoren 26 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 weiteren Abwandlung der Ausführung nach Fi g. 1, bei der die erste Gruppe Detektoren 26 fehlen könnte und wobei die 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-lnformation zur Verfugung gestellt werden kann, die ursprünglich durch die erste Gruppe Detektoren 26 geliefert worden wäre.

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 stickstoffhaltiger Gegenstand zu identifizieren, sondern diesen stickstoffhaltigen Gegenstand gleichzeitig auch klassifizieren zu können. Ebenso ist ersichtlich, daß die grundlegende Verwirklichung 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 Panzuordnen.

Mit F i g. 4 ist eine weiter abgewandelte Ausführungsform 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 /VD-Gammastrahlen-Detektoren 56 und 58 sowie 56' so und 58' sind in den entsprechenden Durchgangskanälen angeordnet, um unabhängig voneinander Gegenstände wie durch die einzelnen Durchgangskanäle geleitetes Gepäck zu überwachen. Der Aufbau der F i g. 4 ermöglicht, 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.

Fi g. 2 zeigt schematisch eine Verwirklichung des Signalverarbeitungskreises 40 für den mit Fig. 1 veranschaulichten Aufbau mit einer ersten und einer zweiten Gruppe von Gammastrahlen-Detektoren.

Jedem LVD-Gammastrahlen-Detektor 26 der ersten

Gruppe ist wirkungsmäßig eine Fotovervielfacherröhre PM zugeordnet In der gleichen Weise ist jedem der Schmal-Detektoren A/D28 der zweiten Gruppe eine Fotovervielfacherröhre PM'zugeordnet Die Fotovervielfacherröhren sind oDtisch 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 entsp» icht der zur Verfugung 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 ^l4N(n^)^l5N, die 10,8 MeV-Gammastrahlen erzeugt, würde das Schwellwertniveau etwa 10,0 MeV betragen. Die Ausgangssignale des Diskriminatorkreises 42 werden dem Computer 48 als Anzeige für den Brutto-Stickstoffgehalt des Gegenstandes (Gepäck L) zugeführt. Für die gewählte Stickstoffreaktion wird ein Schwellwertniveau von annähernd 10 MeV gewählt, um die interessierenden 10,8-MeV-Signale im wesentlichen zu isolieren.

Die einzelnen Ausgangssignale der Fotovervielfacherröhren PM', die den einzelnen Schmal-Detektoren 28 der zweiten Gruppe zugeordnet sind, werden jeweils identisch verarbeitet, so daß eine Untersuchung im Hinblick auf einen der Schmal-Detektoren ND1 in gleicher Weise auf jeden der verbleibenden Schmal-Detektoren ND 2 bis NDn zutrifft.

Das Ausgangssignal der dem Schmal-Detektor ND1 zugeordneten Fotovervielfacherröhre PM' wird gleichzeitig dem dem Diskriminatorkreis 42 ähnlichen Diskriminatorkreis 44 sowie einem triggerbaren monostabilen Multivibratorkreis MVzugeführt. Jeder der den einzelnen Schmal-Detektoren ND zugeordneten Multivibratorkreise MV wird so eingestellt, daß er einen Ausgangsimpuls in Abhängigkeit von einem Eingangssignal des zugeordneten Fotovervielfachers PM' erzeugt. Die Breite der Ausgangsimpulse der einzelnen Multivibratorkreise MVist 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 Mullivibratorkreise MV werden als Signaleingänge einem linearen Gatekreis 46 zugeführt. Der Diskriminatorkreis 44 dient zum Vergleich der Ausgangssignale von den jeweiligen Fotovervielfacherröhren PM' mit einem Schwellwertniveau, das für das interessierende Signalniveau repräsentativ ist. Das Schwellwertniveau bei der auf einer Stickstoffreaktion ^l4N(n,v)^l5N basierenden Ausführung, wobei eine erhebliche Anzahl Gammastrahlen mit einem Wert von 10,8 MeV erzeugt wird, beträgt etwa 10,0 MeV.

Die von dem Diskriminatorkreis 44 in Abhängigkeit von 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 D-skriminatorkreis 44 aufgrund eines Ausgangssignals von demselben Schmal-Detektor ND führt dazu, daß das Ausgangssignal vom Multivibratorkreis MV über :len 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.

Der Computer 48 dient dazu, das von der Gesamitanordnung der Schmal-Detektoren Λ/D wiedergespiegelte Stickstoff-Konzentrationsprofil zu überprüfen, um so zu ermitteln, ob das Profil oder Bild des stickstoffhaltigen ίο Gegenstandes dem Profil oder Bild des interessierenden stickstoffhaltigen Gegenstandes entspricht. Für den Fall von Explosivstoffen, für den beispielsweise als Explosivstoff-Referenzwert vier Dynamitstäbe angesehen werden, ermittelt der Computer, ob das Profil des Gegen-Standes, wie es durch die Messung der von den Schmal-Detektoren ND gelieferten Stickstoff-Konzentration bestimmt wird, dem Profil der vier Dynamitstäbe entspricht. Wenn durch den Computer beispielsweie bestimmt wird, daß das Sticksstoff-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-Anzeigckreis 50 kann die Gestalt einer visuellen oder einer Audio-Anzeige, eines Kaihodenstrahlröhrcn-Monitors, eines Aufzeichnungsmechanismus etc. haben.

Der Computer 48 führt die Stickstoffzählung der einzelnen durch den Gatekreis 46 gegateten Schmal-Dctcktorcn ND an einer vorgegebenen Stelle in seiner Speicheranordnung durch, wobei die vorgegebene Stelle durch die den einzelnen Schmal-Detektoren ND zugeordnete besondere Impulsbreite festgelegt wird. Während des Zeitabschnitts, innerhalb dessen der Gegenstand (Gepäck L₁J sich vor der Schmal-Detektor-Matrix befindet b/.w. an dieser vorbeiläuft, tastet der Computer 48 die in der Speicheranordnung gespeicherte Zahl-Information fortlaufend ab. Nach Entfernung des Gegenstandes oder Vorbeilauf des Gegenstandes an der Schmal-Dctektor-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 Material zu bestimmen, wobei gleichzeitig die effektive Fläche des interessierenden stickstoffhaltigen Materials festgelegt wird. Bei der oben angebogenen typischen Ausführungsform, bei der das interessierende Material Explosivstoffe sind, spricht der Computer auf die Zahl-Stellen an, die eine ungewöhnlich hohe, für Explosionsstoffe typische Stickstoff-Konzentration aufweisen, und gleichzeitig wird die wirksame Fläche für das Sticksloff-Konzcntrationsprofil 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-Detcktor ND für einen F.xposivsloff 40 ist. Ist der Computer so programmiert, daß er auf die Anwesenheit von Explosivstoffen anspricht, so b^r> bestimmt er die Anzahl an Spcichcrano-dnungs-Sicllen. die eine Zählung von ungefähr 40 anzeigen. Weiter würde der Compute die durch diese Spcicheranordnungv Stellcn repräsentierte wirksame X- V'-Fläche bestimmen

15 .

und eine Ausgangsanzeige üefern, wenn die wirksame Es hat üch experimentell ermitteln lassen, daß die

Fläche der wirksamen Fläche eines interessierenden Ex- Zuverlässigkeit der Erzeugung des Stickstoff-Konzenplosivstoff-Paketes entspricht. Bleibt man bei dem Bei- trationsprofils dadurch gesteigert werden kann, daß eispiel eines Paketes mit vier Dynamitstäben, das eine ne zweite Matrix Schmal-Detektoren ND hinzugefügt Länge von etwa 20 cm um! einen rechteckigen Quer- 5 wird, die in der Wand des Durchgangskanals unmittelschnitl mit etwa 5 cm Seitenlange hat, so würde der bar gegenüber der Matrix der zweiten Gruppe Detek-Computer 40 so programmiert, daß er eine Ausgangs- toren 28 angeordnet ist. Wie mit Fig. 6 gezeigt, ist die Anzeige einer effektiven Fläche von Speicherunord- zusätzliche zweidimensionalc Matrix Schmal-Dclektonungs-Stellcn liefert, die Zählungen von etwa 40 für ren 28' aus Schmal-Detektoren NDi'—NDn' aufge-5mal 20 cm oder weniger aufweisen. Der Computer ist io baut und der zweidimensionalen Matrix der zweiten ohne weiteres in der Lage, diese wirksame Fläche zu Gruppe Detektoren 28 identisch. Die in den beiden bestimmen, unabhängig davon, ob die Speicheranord- Gruppen einander entsprechenden Detektoren, beinungs-Stellen, die Zählungen von etwa 40 aufweisen, spielsweise ND 1 und ND Γ, sind unmittelbar gegenncbeneinander liegen oder aber sich an. unterschiede überliegend angeordnet, so daß dadurch jeweils derselchen Stellen innerhalb der X-V-Matrix befinden. Geht 15 be Bereich des Gegenstandes »betrachtet« wird. Das man davon aus, daß die vier Dynamitstäbe zu einem Hinzufügen einer zweiten Matrix Schmal-Detektoren Einzelpaket zusammengefaßt sind, dann wurden die sorgt für ein im wesentlichen gleichförmiges Anspre-Speicheranordnungs-Stellen, die eine Zählung von an- chen über die Querschnitlfläche des Durchgangskanals nähernd 40 aufweisen, eine zusammenhängende Fläche Pauf Gammastrahlung, so daß die Erfassungs-Zuverläshoher Konzentration bilden, während für den Fall, daß 20 sigkeit des Systems verbessert wird. Die Ausgangssidic vier Dynamitstäbe getrennt und an unterschiedli- gnalc der einander gegenüberliegenden Paare Schmalchen Stellen innerhalb des Gegenstandes (Gepäck L) Detektoren werden zusammengefaßt und als einzelnes angeordnet sind, die Speicheranordnungs-Stcllen, die zusammengesetztes Signal, wie das mit Fig.7 gezeigt die Zählung 40 aufweisen, an unterschiedlichen Stellen ist, an den entsprechenden Multivibratorkreis MV und der Speicher-Anordnung lägen. 25 als einzelnes Eingangssignal des schnellen Diskrimina-

Wenn das Gepäck L sich an der X-V-Matrix der torkreises44 abgegeben.

Schmal-Delcktoren vorbeibewegt und nicht stationär

vor der Matrix angeordnet ist, so führt dies zu einer Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

zunehmenden Zählung in den Schmal-Detektoren ND,

die in Spalten angeordnet sind, die das Gepäck »bc- w trachten«, und zu einer feststehenden Zählung in den Schmal-Detektoren, die in Spalten angeordnet sind, die den Gegenstand nicht mehr »betrachten«. Der Computer 48, der die in der Speicheranordnung gespeicherten Zählung fortlaufend abtastet, bestimmt die horizontale oder X-Dimension des stickstoffhaltigen Materials, wie sie durch die Anzahl Spalten Schmal-Detektoren zu einem bestimmten Zeitpunkt repräsentiert wird, die einen anwachsenden oder aktiven Zählzustand aufweisen.

Nach Bestimmung der effektiven Fläche des stickstoffhaltigcn Materials in dem Gegenstand (Gepäck L) bestimmt der Computer 48, ob das Stickstoff-Konzcnirationsprofil und der Gesamt-Slickstoffgehalt, wie er durch die erste Gruppe Detektoren 26 ermittelt worden ist, des stickstoffhaltigen Materials im Gegenstand demjenigen eines interessierenden stickstoffhaltigen Materials, d. h. eines Explosionsstoffes, entspricht. Wenn beide Charakteristiken oder Kriterien, d. h., das Stickstoff-Konzonirationsprofil und der Gcsamt-Stickstoffgehalt, dem Charakteristiken oder Kennwerten des intcrcssierenden stickstoffhaltigen Materials entsprechen, so liefert der Computer 48 dann ein aktivierendes Signal an den Erfassungs-AnzcmekreisSO.

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, beaufschlagt den Computer 48, um so den Computer nach der Auswertung eines Gegenstandes rückzusetzen und so in einen Frei-Zustand t>o zu bringen, damit er auf den nächsten von dem Förderungssysicm C zugcführtcn Gegenstand ansprechen kann.

Eine vergleichende Darstellung des Ansprechcns der Matrix der Sehmal-Dctcktorcn Λ/Ddcr zweiten Gruppe μ auf ein Paket aus vier Dynamitstäben einerseits und einen großen Wollpullover andererseits ist mit den Teilfiguren A und ßder F i g. 5 wiedergegeben.

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zur Ermittlung der Stickstoffkonzentration eines Gegensundes, mit einem Gehäuse aus Neutronenmoderatormaterial mit einem Hohlraum für die Aufnahme des Gegenstandes und einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Neutronenquelle und einem weiteren zwischen der Neutronenquelle und einer Gammastrahlendetektoreinrichtung (Szintillatoren) angeordneten Moderator, um den Gegenstand thermischen Neutronen auszusetzen, wobei die Gammastrahlendetektoreinrichtung zur Erzeugung eines den Stickstoffgehalt des Gegenstandes anzeigenden Ausgangssignals dient, die in dem Gehäuse angeordneten Szintillatoren der Detektoreinrichtung, die jeweils bestimmte Bereiche des Gegenstandes erfassen, auf die Stickstoffreaktion ^I4N(/J^)^I5N ansprechen, und mit einer der Detektoreinrichtung nachgeschalteten Auswerteein- richtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Szintillatoren (LVD, ND), die in Form einer Matrix angeordnet sind, zwei in Form voneinander getrennte Gruppen (26, 28) von Szintillatoren (LVD. ND) umfassen, daß die Szintillatoren (LVD) der einen Gruppe (26) den gesamten Stickstoffgehalt des Gegenstandes (L) erfassen, daß die Szintillatoren (ND)dtr anderen Gruppe (28) nur jeweils den Stickstoffgehalt von Teilbereichen des Gegenstandes (L) erfassen, und daß die Ausgangssignale der Szintillatoren (LVD, ND) unterschiedlicher Bereichserfassung über jeweils eigene Diskriminatoren (42, 44) der Auswerteeinrichtung (40, Fig. 1: 46, 47, 48,

F i g. 2) zugeführt sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum die Gestalt eines durch das Gehäuse (22) sich hindurcherstreckenden Durchgangskanals (P) hat, und daß eine Einrichtung (C) zum Einführen und Enfernen des Gegenstandes (L) in den Durchgangskanal (P) bzw. aus dem Durchgangskanal (P) vorgesehen ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (40) einen Multivibratorkreis (MV) aufweist, der den einzelnen Szintillatoren der einen Gruppe (ND) derart zügeordnet ist, daß er auf die Szintillatorausgangssignale der einzelnen Szintillatoren (ND) derart unterschiedlich anspricht, daß der Ausgang der einzelnen Szintillatoren (ND) als Impuls einer unterschiedlichen vorgegebenen Breite gekennzeichnet ist, und daß die Anzahl der von den einzelnen Szintillatoren (ND) erzeugten Impulse eine Funktion des Stickstoffgehaltes des entsprechenden Teilbereichs des Gegenstandes (L) ist.

4. Gerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (48,50) zur Identifizierung der einzelnen Szintillatoren (ND) entsprechend ihrer jeweiligen Impulsbreite und zur Erzeugung einer Darstellung der Matrix der Szintillatoren (ND) zur Illustration des Stickstoffkonzentrationsprofils des Gegen- Standes (L) als Funktion der Impulszahl des jeweils zugeordneten Szintillators (ND).

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix der Gammastrahlendetcktoren (ND) eine XV'-Matrix (28) mit einer Mehrzahl hori- b5 zontaler Zeilen ist.

6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (42, 44) zum Ausschluß von

Impulsen mit einer Größe von weniger als 10 MeV.

7. Gerät nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (48,50) zur Identifizierung der einzelnen Szintiüatoren (ND) die vertikal Dimension des Stickstoffkonzentrationsprofils durch Überprüfung der Impulszahl der in den Zeilen der Szintillatormatrix angeordneten Szintillatoren (ND) und die horizontale Dimension des Stickstoffkonzentrationsprofils durch Überprüfung der Impulszahl der in den Spalten angeordneten Szintillatoren (ND) bestimmt.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7. gekennzeichnet durch eine zu der einen Matrix (28. Fig.7) identische weitere Matrix (28', Fig.7) aus Szintillatoren (ND'), die jeweils gegenüberliegend zu den Szintillatoren (ND)aer erstgenannten Matrix (28) angeordnet sind, so daß einander zugeordnete Szintillatoren (z. B. ND1, NDV) der beiden Matrizen (28, 28') den selben Teilbereich des Gegenstandes (L) erfassen, wobei die beiden Matrizen (28,28') so angeordnet sind, daß sie den Gegenstand (L) zwischen den zueinander ausgerichteten Szintillatoren aufnehmen.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignalc der jeweils ein zueinander ausgerichtetes Paar bildenden Szintillatoren (z.B. NDl, NDV) zur Beaufschlagung der Auswerteeinrichtung (40) zusammengefaßt sind.

10. Gerät nach Anspruch 2 und 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (I) zur Einführung und Entfernung des Gegenstandes (L) im Abstand voneinander vertikal angeordnete Elemente (D) aus Neutronenmoderatormaterial aufweist, die ein für die Aufnahme des Gegenstandes fZ^ geeignetes Volumen haben und dabei die offenen Enden des Durchgangskanals (P) im wesentlichen abschließen und mit den Wandungen des !Durchgangskanals (P) eine im wesentlichen abgeschlossene Umgebung für einen Strom thermischer Neutronen bilden, dem der Gegenstand (/,^ausgesetzt ist.

11. Gerät nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine mit der Auswerfeinrichtung (40) verbundene Einrichtung (RS) zur Rückstellung der Auswerteeinrichtung (40) in Abhängigkeit vom Durchgang eines Gegenstandes (L).

12. Gerät nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellung der Auswerteeinrichtung (40) durch in Abhängigkeit von dem Durchgang der im Abstand voneinander angeordneten vertikalen Elementen (D; 7'A^erfolgt.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung des Gesamtstickstoffgehaltes (26) mindestens einen Gammastrahlendetektor (LVD) mit einem Szintillator aufweist, der eine Enderfassungsfläche mit einem effektiven Durchmesser von 13 cm oder mehr zur Erfassung des Gegenstandes (L)hat.

14. Gerät nach Anspruch 14. gekennzeichnet durch eine in der Auswerteeinriehtung (40) enthaltende Einrichtung (48) zur Festlegung des Stickstoffkonzentrationsprofils des stickstoffhaltigen Materials zum Vergleich des StickMoffkonzcntrationsprofils des stickstoffhaltigen Materials mit Stickstoffkonzentrationsprofilcn bekannter Materialien und damit zur Klassifizierung des stickstoffhaltigen Materials des Gegenstandes (L).