DE3490190T1

DE3490190T1 - Vorrichtung zum Untersuchen von Gepäck und Verfahren zum Bestimmen der Anwesenheit von Sprengstoffen

Info

Publication number: DE3490190T1
Application number: DE19843490190
Authority: DE
Inventors: Phillip Allen Fremont Calif. Hornung; James Derwin King; George Andrew San Antonio Tex. Matzkanin; William L. Rollwitz; Armando De Los Santos
Original assignee: Southwest Research Institute, San Antonio, Tex.
Priority date: 1983-04-15
Filing date: 1984-04-11
Publication date: 1985-11-14
Also published as: JPS60500828A; IL71592A; NL8420102A; GB2152674A; EP0140955B1; GB2152674B; JPH0240997B2; WO1984004173A1; GB8431535D0; EP0140955A1; US4514691A; CA1207835A; EP0140955A4

Description

Anwaltsakte: P 112/4 DE

10. Dezember 1984 Dr. Si/cs

SOUTHWEST RESEARCH INSTITUTE San Antonio, Texas 78284, U.S.A.

Vorrichtung zum Untersuchen von Gepäck und Verfahren zum Bestimmen der Anwesenheit von Sprengstoffen

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft die Untersuchung von Gepäck und insbesondere ein Verfahren sowie eine Vorrichtung eines Untersuchungssystems für Gepäck, um die Anwesenheit von Sprengstoffmassen zu bestimmen.

Abgefertigtes Flughafengepäck kann Sprengstoffe verbergen. Es ist festgestellt worden, daß eine Menge Sprengstoff, die ausreichen soll, ein Loch in die Seite eines Flugzeuges zu sprengen, eine gewisse Menge übersteigen muß. Das Problem besteht darin, diese Minimalmenge an Sprengstoff in und zwischen den anderen Gegenständen nachzuweisen, die sich normalerweise im Gepäck befinden. Diese normalerweise im Gepäck vorhandenen Gegenstände umfassen einen ungeheueren Bereich von Materialien,

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Hintergrund

In den US-PSn 41 66 972 und 42 96 378 sind NMR-Untersuchungssysteme beschrieben, wobei einiger Nachdruck auf Sprengstoffe gelegt ist. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist besonders nützlich beim Nachweisen vieler Arten von Sprengstoffen (z.B. Brei-und Emulsionsmischungen verschiedener Sprengstoff verbindungen ). Beispiele von Sprengstoffen sind Nitroglyzerin und Ammoniumnitrat-Dynamite, Wasser-Gelsprengstoffe, RDX, TNT, ΡΕΓΝ und möglicherweise andere energiereiche Sprengstoffe oder Treibladungen.

Sprengstoffe in kleinen Mengen stellen andere Probleme als große Sprengstoffmassen, die in Fluggepäck verborgen sind. Eine willkürliche Menge (wie 12 Unzen bzw. etwa 450 g) kann energiereich genug sein, um beim Explodieren im Flugzeug dessen Rumpf teilweise zu zerstören, zumindest einen Druckabfall in der Kabine zu verursachen. Dies erzeugt ein beträchtliches Risiko, kann sogar einen Absturz verursachen. Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft eine Struktur, deren eines Merkmal die Fähigkeit ist, durch NMR-Wechselwirkung die Atomkerne der Materialien im Gepäck nachzuweisen, wozu man ein von außen angelegtes Magnetfeld benutzt, das mit einem Radiofrequenz (RF)- Impuls bestimmter Art abgefragt wird. In der bevorzugten Ausführungsform ist das interessierende Element Wasserstoff, der chemisch in den Sprengstoffen gebunden ist. Entsprechend tritt Wasserstoff in einer gewissen Menge von Verbindungen (beispielsweise den Sprengstoffen) mit dem Magnetfeld bestimmter Intensität in Wechselwirkung, und die RF-Abfxagung bei einer bestimmten Frequenz

bildet ein Ausgangssignal, das die Anwesenheit oder Abwesenheit von Sprengstoffmaterialien anzeigt.

Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung muß insbesondere in der Lage sein, Gepäck üblicher Größe und Formen zu handhaben. Dies bezieht sich auf typisches Gepäck, wie es derzeit im Gebrauch ist. Solche Koffer bzw. Taschen werden üblicherweise von einem umgebenden Metallrahmen mit Metall-Scharnieren und -Schlössern gebildet. Die Umhüllung des Koffers besteht üblicherweise aus Kunststoff, Stoff, Leder bzw. anderen nicht-metallischen Materialien. Die Vorrichtung weist auch einen Metalldetektor auf, um die Anwesenheit eines ifietallüberzogenen Koffers festzustellen. Die Erfindung schafft ein System mit einem Fördergerät, das die Koffer in aufrechter Orientierung zur Polarisation durch einen ersten Magneten befördert. Die Koffer passieren den Magneten ohne Unterbrechung und werden dabei für ein bestimmtes Intervall einem Magnetfeld ausgewählter Stärke ausgesetzt, um eine anfängliche Polarisation jedes Wasserstoffkernes in den Materialien zu erzielen, die sich in den Koffern sowie den Koffern selbst befinden. Hall-Sensoren, die längs einer Linie an bestimmten Orten des Fördersystems angeordnet sind, werden in vertikaler Ausrichtung betätigt, um Änderungen der Magnetfeldstärke zu messen, während jeder Koffer passiert. Die Feldstärkemessungen für jeden Zoll (2,5 cm) der Bewegung ergeben ein Vielpunktgitter, das die magnetische Feldstärke außerhalb des Koffers und in dem Koffer fließend darstellt. Dies gestattet es, ein Profil zu bestimmen, das starke Verzerrungen des auf den Koffer auftreffenden Magnetfeldes anzeigt. Ferromagnetische Metalle im Koffer (oder seinem Inhalt) werden eine

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gewisse Verzerrung verursachen. Die Verzerrung reduziert üblicherweise die Feldstärke in den meisten Gebieten innerhalb des Koffers; Schwankungen der Feldstärke werden aufgezeichnet und momentan gespeichert, um Feldeinstellungen zu ermöglichen, damit man die erwünschte Feldstärke im Koffer erhält.

Der Koffer wird durch einen zweiten Magneten befördert. Dieser zweite Magnet ist ein Elektromagnet mit einer Hauptspule und einer Zusatz- oder Korrekturspule. Die Zusatzspule wird zeitweilig zu einem Ausmaß betätigt, um die durch den zweiten Magnet auferlegte Feldstärke zu erhöhen, um damit Feldschwankungen in einem Koffer zu überwinden. Die Zusatzspule magnetisiert zusammen mit der Hauptspule des zweiten Magneten den Bereich, den der Koffer passiert, wobei die FeIdstärke erhöht wird, um die Schwankungen innerhalb des Koffers zu überwinden, die von den Sensoren im Feld des ersten Magneten angezeigt werden. Entsprechend machen der zweite Magnet und der Zusatzmagnet (wie erforderlich) die zweite Feldstärke passend nach der Bestimmung von Verzerrungen aus dem ersten Feld und stellen dadurch sicher, daß das zweite Feld die Stärke hat, die für die Resonanz innerhalb des Koffers erforderlich ist.

Der Koffer wird ein erstes Mal in dem zweiten Feld untersucht und nach einem Bruchteil einer Sekunde wird er ein zweites Mal untersucht. Erkennend, daß das für die erste und die zweite Untersuchung auf den Koffer angewandte Feld das gleiche ist (das Fördergerät hat angehalten), ist das Gerät in der Lage_; ein geändertes NMR-Signal von der ersten Untersuchung und der zweiten Untersuchung festzustellen. Die bei-

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den Signale werden gespeichert. Die zweite Untersuchung wird umgekehrt, und die beiden werden dann addiert.Die Signale der meisten Materialien zwischen der ersten und der zweiten Untersuchung sind in etwa übereinstimmend und heben sich daher zu etwa Null auf. Sprengstoffe fallen in die Kategorie von Materialien mit einer langen Spin-Gitter-Relaxationszeitkonstanten (Ti) und einer kurzen Spin-Spin-Relaxationszeitkonstanten (T-). Sprengstoffmaterialien oberhalb einer bestimmten Menge mit dieser T.-!„-Charakteristik bilden eine einzigartige Anzeige. Das heißt, das NMR-Signal der ersten Untersuchung unterscheidet sich vom NMR-Signal der zweiten Untersuchung. Der Unterschied in den beiden Signalen ergibt eine Information, die kennzeichnend ist für Materialien mit einem langen T, und einem kurzen T_, und diese Kategorie schließt Sprengstoffe ein; sehr wenige andere Materialien haben ein langes T. und ein kurzes T_.

Die vorliegende Erfindung zieht Vorteile aus der Tatsache, daß Sprengstoffe einer besonderen Kategorie gruppiert sind, wobei diese Kategorie keine große Anzahl anderer Materialien einschließt, die typischerweise in Gepäck gefunden werden. Die Geschwindigkeit, mit der ein Wasserstoffkern durch ein angewandtes Feld ausgerichtet oder polarisiert wird, ist eine Exponentialfunktion, die durch die Spin-Gitter-Relaxationszeitkonstante, T,, kontrolliert wird. Diese Zeitkonstante kann im Bereich von einigen Sekunden bis hinab zu einem Bruchteil einer Sekunde liegen. Um ein NMR-Signal einer angemessenen Amplitude zu erhalten, muß das Material dem Magnetfeld für eine Zeit ausgesetzt sein, die T, vergleichbar ist. Idealerweise sollte das Aussetzen um mehrere Male größer sein,

um das maximal mögliche Signal zu erhalten und die optimale Empfindlichkeit zu haben. Die meisten Sprengstoffe haben T, in der GröGenordnung von einigen Sekunden; einige Sprengstoffe haben eih T,,das bis zu einigen hundert Sekunden hinaufreicht.

Wie in den oben erwähnten Patenten beschrieben ist, kann eine Magnetfeld-Kreuztechnik benutzt werden, um eine raschere Polarisation zu erzielen, ohne daß man ein Intervall warten muß, das gleich dem Vielfachen von T, ist. Dies zieht einen Vorteil aus einem anderen Faktor, der eine raschere Polarisation erzielt, was in den genannten Druckschriften detaillierter beschrieben ist.

Es gibt eine zweite Zeitkonstante, die das NMR-Ansprechen eines Materials beschreibt, und das ist die Spin-Spin-Relaxationszeitkonstante T„. Diese Zeitkonstante gibt die Abklinggeschwindigkeit des vorübergehenden NMR-Signals wieder, das den übertragenden Impulsen aus RF-Energie folgt. Typische Werte von T„ fallen in den Bereich von einigen Mikrosekunden für Wasserstoff in vielen Feststoffen. Die zweite Zeitkonstante ist für Sprengstoffmaterialien sehr kurz. Ein langes T, und ein kurzes T„ haben nicht nur Sprengstoffmaterialien, sondern auch einige wenige Materialien, die nicht Sprengstoffe sind. Diese Materialien finden sich jedoch üblicherweise nicht in Fluggepäck.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung benutzt einen ersten Magneten, um eine anfängliche Polarisation zu erzielen. Der Koffer passiert den ersten Magneten ohne Unterbrechung. Dies initiiert die Polarisation des Wasserstoffes in Verbindungen des Koffers und seines Inhaltes. Das im ersten Magneten auf

den Koffer ausgeübte Feld ist relativ stark. Am zweiten Magneten ist das Feld etwas schwächer. Innerhalb des zweiten Magneten wird der Koffer kurzzeitig angehalten. Es gibt Spulen, die so angeordnet sind, daß sie ein Feld im rechten Winkel zum Feld des zweiten Magneten bilden. Die Spulen übertragen taktmäßig RF-Impulse. Für den optimalen Nachweis muß die Impulsenergie die Achse des Kernes um 90° relativ zum ursprünglichen Feld rotieren lassen. Dies nennt man einen 90°-Impuls. Man erhält seine Größe durch Kontrollieren der Impulsdauer (in Mikrosekunden) und der Impulsgröße, um so die Rotation um den rechten Winkel zu erhalten. Ein zweiter Impuls ist vorzugsweise um 90° gegenüber dem ersten Impuls phasenverschoben. Beide Impulse treten innerhalb einer Zeitdauer auf, die relativ kurz ist, verglichen mit dem T„ des an den Sprengstoff gebundenen Wasserstoffes. Dies ergibt ein NMR-Echo, das relativ leicht nachweisbar ist. Eine ausgewählte Impulsdauer und ein ausgewählter Abstand zwischen den Impulsen fördert die NMR-Daten besonders.

Es gibt einen Sprengstoff, der ein sehr langes T,, im Bereich von 300 Sekunden, hat. Dieser kann in dem für eine Gepäckuntersuchung erlaubten Zeitintervall normalerweise nicht polarisiert werden. Das Anwenden einer spezifischen Magnetfeldstärke zur Erzielung eines Kreuzungspunktes verkürzt jedoch die Zeit, die für die Polarisation dieses Sprengstoffes erforderlich ist. Wie in den Druckschriften erwähnt, wird dieser Kreuzungspunkt erzielt, indem man die Frequenz des Wasserstoff-NMR an die Frequenz der Stickstoff-Kern-Quadrupol-Resonanz (NQR) anpaßt. Dies verkürzt die lange Wartezeit; die Polarisation zieht Vorteil aus der Kupplung zwischen

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Stickstoff und Wasserstoff, um dadurch eine Energieübertragung und eine rasche Polarisation zu erzielen. Dies verkürzt T. für Wasserstoff in dieser Klasse von Sprengstoffen von etwa 300 Sekunden auf etwa 0,1 Sekunde. Im Lichte dieser ausgeprägten Verkürzung der Polarisationszeit ist es vorteilhaft, einen Koffer durch einen Magneten von mehr oder weniger gleichförmiger Feldstärke oberhalb der Feldstärke des Kreuzungspunktes zu schicken. Der erste Magnet der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in einem Bereich von 785-825 Gauss betrieben.

Es treten Kreuzungs-Feldstärken auf, wodurch die NQR-Frequenz des Stickstoffs in den Sprengstoffverbindungen Energie vom Stickstoff in die gebundenen Wasserstoffkerne kuppelt, wobei dieses Feld für 0,1 Sekunde oder mehr bestehen bleibt und dadurch eine rasche Polarisation aller Wasserstoffkerne in den Materialien erzielt wird. Auf diese Weise sind die Materialien polarisiert.

Die Kreuzungsintensität wird in ständiger Bewegung erzielt. Dies definiert zusätzlich einen Skalenfaktor für die erfindungsgemäße Vorrichtung. Es ist bevorzugt, den zu untersuchenden Koffer mit einer Geschwindigkeit von einigen Zoll (einigen 2,5 cm) pro Sekunde zu befördern. Eine annehmbare Geschwindigkeit beträgt etwa 60 cm/s auf dem Fördersystem. Das Fördersystem trägt den Koffer ohne Unterbrechung an einem Magneten vorbei, der eine Länge von etwa 90 cm hat; der Koffer wird für eine angemessene Zeit der Kreuzungsintensität ausgesetzt.

Die Vorrichtung schließt einen unmittelbar benachbarten zweiten Magneten ein. Innerhalb des zweiten Magneten wird der Koffer angehalten. An dem ganzen Koffer kann eine einzelne

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Untersuchungsreihe ausgeführt werden. Eine zweite oder Duplikations-Untersuchungsreihe wird ausgeführt, und beide Untersuchungen können mit einer einzelnen Spule ausgeführt werden, die den gesamten Koffer umfaßt. Es ist vorteilhaft, den Koffer in kleinere Abschnitte zu unterteilen. Der von einer Spule umfaßte Raum ist recht groß. Es ist besser, den Raum durch Benutzung zweier oder dreier kleinerer Spulen entlang der Länge des Koffers zu unterteilen und Daten von jeder Spule zu erhalten. Die Daten der ersten Untersuchungsreihe (von allen Spulen) werden summiert, und diese Untersuchungsreihe wird wiederholt; die beiden Datensätze werden subtrahiert, um nur solche Signale zu erhalten, die Sprengstoffe anzeigen. Es gibt eine relativ kurze Verzögerung zwischen den beiden Untersuchungen, die typischerweise eine Sekunde oder weniger beträgt.

In der bevorzugten Ausführungsform liegt diese Verzögerung im Bereich von etwa 0,5 bis 0,75 Sekunden.

Durch Anwendung geeignet zeitlich und örtlich bestimmter dritter (und/oder vierter) Impulse in jeder RF-Testreihe, können Materialien mit einem langen T, und einem langen T₇ bestimmt und ausgeschieden werden. Diese Materialien beruhen auf der Grundlage von Glyzerin und Alkohol. Reines Glyzerin ändert sich, wenn es vermischt wird. Materialien auf der Grundlage von Glyzerin beziehen sich auf Mischungen von Glyzerin mit einem relativ langen T, und langen T„. Diese finden sich in Handwassern, Rasierwassern und ähnlichen. Wird ein.dritter (und/oder vierter) Impuls benutzt und es sind Materialien auf Glyzerinbasis mit einem langen T. und T« vorhanden, dann ergeben die letztgenannten Echos eine deutliche Unterscheidung. Ist T„ kurz, dann ist das letztgenannte Echo

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Null. Ist ein Material auf Glyzerinbasis (langes T, und langes T„) vorhanden, dann ist das Echo nach dem dritten und/oder vierten Impuls recht lang. Durch Auswerten der Amplitudenunterschiede zwischen dem ersten Echo (dem Echo nach dem zweiten Impuls) und den späteren Echos (die sich nach dem dritten und/ oder vierten RF-Impuls ergeben), werden daher die Materialien mit einem langen T. und mit einem langen T~ ausgeschieden.

Die vorgenannten Ergebnisse erzielt man mit der Vorrichtung, die im Folgenden detaillierter beschrieben wird. Eines der Merkmale dieser Vorrichtung besteht darin, daß sie eine sehr ■ wirksame, automatisierte Gepäckuntersuchungsvorrichtung sowie ein Verfahren dazu liefert. Mehr im Besonderen ist das Gerät in der Lage, Sprengstoffe anzuzeigen, die durch chemisch gebundene Wasserstoffkerne charakterisiert sind, die für verschiedene Klassen von Sprengstoffen ein langes T, und ein relativ kurzes T_ haben, wobei dies durch die Ausrüstung und das Verfahren erreicht wird, das im Folgenden detaillierter beschrieben wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung

Um die Art, in der die oben genannten Merkmale, Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Erfindung erzielt werden, wird die Erfindung, die oben kurz zusammengefaßt ist, unter Bezugnahme auf Ausführungsformen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. §) zu verdeutlichen,

Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Zeichnung nur typische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt, so daß die Zeichnung nicht als den Umfang der Erfindung beschränkend betrachtet werden darf, denn die Erfindung kann zu anderen gleichermaßen wirksamen Ausführungsformen

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führen.

Figur 1 ist eine Schnittansicht durch das Fördersystem der vorliegenden Erfindung, die das Befördern des auf Sprengstoffe zu untersuchenden Gepäcks durch die Vorrichtung zeigt; Figur 2 ist eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 der Figur 1, die Einzelheiten des Fördersystems zeigt;

Figur 3 ist eine graphische Darstellung der Magnetfeldstärke in Gauss gegen die Position längs des Fördersystems, das in Figur 1 gezeigt ist;

Figur 4 ist ein einfaches representatives Signal eines Echoimpulses auf RF-Impulse in der NMR-Abfragung;

Figur 5 ist eine Reihe von Signalen, die von einem Sprengstoff im Vergleich mit einem Handwasser erhalten sind und

Figur 6 ist ein Blockdiagramm eines Systems, das die Schaltungen zum Betrieb der Gepäck-Untersuchungsvorrichtung einschließt.
Beste Ausführunqsform der Erfindung

Es wird Bezug genommen auf die Figuren 1 und 2 der Zeichnung, die gemeinsam betrachtet werden. Ein Fördersystem zum Handhaben von Gepäck trägt die Bezugsziffer 10, die auf die Vorrichtung zur Untersuchung von Gepäck Bezug nimmt. Ein Koffer 11 ist auf einem Fördergurt 12 angeordnet. Der Fördergurt 12 bewegt sich in ein Kabinett oder Gehäuse 13. Das Kabinett 13 umfaßt die gesamte Ausrüstung und läßt nur die Enden des Fördergurtsystemes frei zum Auf-und Abladen. Unterhalb des Förderbandes befindet sich eine Stützplatte 14, um das Band in einem ebenen Pfad zu halten. Die Fördereinrichtung ist mit einem Leitrad 15 und einem angetriebenen Rad versehen. Der Koffer 11 wird in aufrechter Position auf dem

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Band getragen. Der Koffer bewegt sich zwischen den Polen eines sehr großen Magneten 18. Der Magnet wird gebildet durch Anordnen eines Paares entgegengesetzter Pole einander gegenüber, wie in Figur 2 gezeigt. Die magnetischen Feldlinien sind zwischen den beiden Polstücken senkrecht zur Ebene der Figur 1 gleichförmig ausgebildet.

Separate Armaturenblöcke 19, die Feldstärke messende Sensoren 20_/wie Hall-Sensoren.aufweisen, sind in einer vertikalen Linie angeordnet. Sie sind direkt auf das Polstück und an der Seite des Koffers 11 montiert, um die Feldstärke in unterschiedlichen Höhen am Koffer zu messen. Sie sind innerhalb der Randkanten des Magneten 18 angeordnet. Dies bedeutet, daß ohne Störungen die Sensoren in einem Teil des Magnetfeldes angeordnet sind, wo die Magnetfeldstärke bei Abwesenheit eines Koffers normalerweise gleichmäßig ist. Das Magnetfeld wird weder durch das Förderband 12 noch durch die Trägerplatte 14 gestört, weil diese vorzugsweise aus nicht-magnetischen Materialien hergestellt sind. Die Hall-Sensoren 20 messen die als Ergebnis des Durchganges des Koffers 11 im Feld auftretenden Schwankungen. Alle Metallkoffer werden mittels eines Metallsensors 21 festgestellt, der sehr nahe dem vorderen Ende der Vorrichtung angeordnet ist. Sobald der Koffer 11 über den Metalldetektor 21 bewegt wird, brechen Anzeigen, die am Kontrollsystem ankommen, die Testprozedur für metallüberzogene Strukturen ab.

Das Förderband 12 wird mit einer bestimmten Geschwindigkeit betrieben, wobei sich 60 cm/s als sehr akzeptabel erwiesen haben. Der Magnet 18 ist sehr lang, und er überbrückt die Länge eines mittelgroßen Koffers. Der Magnet 18 hat vor-

zugsweise in der Bewegungsrichtung eine Ausdehnung von etwa 63 cm. Er bildet (vor der Störung) ein gleichförmiges Feld, das den Weg des Förderbandes schneidet. Dies gestattet die Polarisation eines Koffers irgendeiner Länge innerhalb der Höhe und Breite der Tunnelöffnung oberhalb des Förderbandes. Dies sind Skalenfaktoren, die geändert werden können. Das Förderband endet unmittelbar benachbart einem zweiten Förderband 23, das in einen zweiten Magneten 24 führt. Eine Zusatzspule 25 ist in der magnetischen Schaltung des zweiten Magneten eingeschlossen. Das Förderband 23 bewegt sich über eine nicht-metallische Stützplatte 26, und es wird von einem motorisierten Antriebsrad 28 angetrieben und verläuft um eine Leitrolle 27. Unmittelbar benachbart dem Inneren der Magnetpolstücke gibt es eine Spulen-Baueinheit, die ein RF-FeId im rechten Winkel zum Magnetfeld erzeugt. Es gibt drei Spulen in der Baueinheit, von denen jede mehrere Wicklungen aufweist. Die drei Spulen sind bequemerweise identisch. Die linke Spule ist mit der Bezugszahl 30, die mittlere mit 31 und die rechte mit 32 bezeichnet. Sie sind etwa gleich in der Spannweite, und dies bedeutet in der bevorzugten Ausführungsform eine Länge in Bewegungsrichtung von etwa 25 cm. Die Spulen erstrekken sich also insgesamt über etwa 75 cm in Bewegungsrichtung längs des Fördersystems. Sie sind ausreichend lang, um das Volumen des Tunnels oberhalb des Förderbandes zu umfassen, und sie erstrecken sich nach unterhalb des Förderbandes und stellen dadurch sicher, daß die maximale Koffergröße inspiziert wird. Die Korrekturspule 25 verstärkt das Magnetfeld etwa in Übereinstimmung mit dem größten Kofferprofil, um Schwankungen im Koffer zu kompensieren.

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Figur 3 zeigt eine graphische Darstellung der Magnetfeldstärke, gemessen in Gauss gegenüber dem Abstand durch die Vorrichtung längs des Fördersystems. Praktischerweise erstreckt ';■,. sich das Fördersystem von vorn bis hinten durch die Vorrichtung, damit die das Gepäck handhabenden Personen die Koffer in aufrechter Position auf das Fördersystem aufsetzen und wieder davon herunternehmen können. Es gibt daher freie Abschnitte an dem vorderen und rückwärtigen Ende des Fördersystems. Während der Koffer auf dem Fördersystem entlangbewegt wird, gelangt er in die Region des ersten Magneten. Figur 3 zeigt, daß sich der Koffer dabei in das Magnetfeld bewegt und dort einer Magnetisierungsspitze 35 auf der graphischen Darstellung der Figur 3 ausgesetzt ist. Die Spitze 35 beträgt vorzugsweise etwa 800-825 Gauss. Obwohl sich der Koffer bewegt, ist das Feld relativ gleichmäßig und relativ breit. Als Ergebnis gibt es ein ziemlich langgestrecktes Polarisationsfeld, das auf den Koffer auftrif'ft und dadurch die Polarisation des gebundenen Wasserstoffes in den Verbindungen einleitet, die den Koffer und seinen gesamten Inhalt bilden. Der Bereich 36 umfaßt den Polarisationsbereich.

Der Koffer bewegt sich kontinuierlich durch den Bereich fort. Der Bereich 36 polarisiert selbst solche an Verbindungen gebundene Wasserstoffe, die ein außerordentlich langes T, haben, zum Beispiel 300 Sekunden für eine Art¹ von Sprengstoff. Das Feld hat eine solche Amplitude, daß sie die raschere Polarisation durch die Kreuzungspunktenergie unterstützt, die durch das NQR des Stickstoffes in die Wasserstoff/Stickstof f-Bindungen koppelt, die in dieser Gruppe von Sprengstoffen existieren. Dies verkürzt die für die Polarisation erfor-

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derlieho Zoit won vielleicht ("Hinderten von Sekunden auf etwa 0,1 Sekunde, wenn das auf die Wasserstoffkerne treffende Feld am Kreuzungspunktwert des Feldes mit Stickstoff ist. Dies tritt am Kreuzungspunkt bei einer gewissen Feldstärke auf, die üblicherweise durch die Kreuzungspunkt-Feldstärke verläuft.

Die Magneten 18 und 24 befinden sich innerhalb eines abgeschlossenen Kabinetts oder Gehäuses 13 relativ dicht beieinander. Sie sind so angeordnet, daß sich die Nordpole beider Magneten auf der gleichen Seite des Förderbandes befinden und so ihre Felder die gleiche Richtung haben. Sie sind weiter so angeordnet, daß es eine ziemlich deutliche Magnetfeldsättigung längs des Fördersystems über die Eintritts-

gibt
Öffnung des Magneten 18 hinaus. Das Magnetfeld am zweiten

Magneten ist vermindert. Es ka"hn im Bereich von etwa 700 Gauss oder wenig darüber liegen. Darüberhinaus ist das Feld ziemlich eben oder gleichförmig, wie bei 37 angezeigt. Dieses Feldsegment wird in drei Abschnitte bei 38, 39 und 40 aufgeteilt. Diese drei Abschnitte entsprechen dem Ort der drei Spulen. Die drei Spulen sind innerhalb der Spanne der Polstük· ke umfaßt, die das zweite Magnetsystem bilden.

Es gibt eine Möglichkeit, daß die Feldstärke in einem bestimmten Koffer verzerrt sein kann. Man betrachte den typischen Fall eines Koffers mit einem peripheren Metallrahmen, Metallhandgriffen, drei Metallscharnieren und -schlossern. Es sei angenommen, daß ein solcher Koffer zwei oder drei Spraybehälter enthält, die das Magnetfeld verzerren können. Die Magnetfeldverzerrung reduziert üblicherweise die Stärke des Magnetfeldes innerhalb des Koffers. Diese Verzerrung

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der Feldstärke innerhalb des Koffers vermindert das Niveau 37. Es ist daran zu erinnern, daß die Figur 3 das Magnetfeldniveau ohne Verzerrung zeigt. Eine Verzerrung kann dort auftreten, wo das Feld auf das in Figur 3 gezeigte Niveau fällt. Das bedeutet, daß das Feld gerade benachbart zum Rahmen des Koffers bis zu diesem Niveau verzerrt werden wird. Diese Verminderung der Feldstärke innerhalb des Koffers wird begleitet durch eine zu große Feldstärke auf dem Süßeren des Koffers, wobei es unnötig ist, darauf hinzuweisen, daß eine FeIdstärke außerhalb des Koffers bedeutungslos ist. Die Korrekturspule 25, die in Figur 1 gezeigt ist, ist vorhanden, um die Stärke des Magnetfeldes zu erhöhen und das Niveau 41 innerhalb des Koffers wieder auf das Niveau 37 anzuheben. Wie in Figur 3 ersichtlich, fällt die Feldstärke bei 42 ab, was außerhalb des Kabinetts oder Gehäuses liegt und sich am Ende des Fördersystems befindet.
Gewinnung der NMR-Daten

In Figur 4 ist ein FID-Signal, d. h. ein Signal mit freiem Induktionsabklingen gezeigt. Die Zeit gegen das RF-Ausgangssignal der Figur 4 schließt einen ersten übertragenen Impuls 43 und einen zweiten übertragenen Impuls 44 ein. Der erste Impuls verursacht ein FID-Signal 46, das auf der Hinterkante des ersten übertragenen RF-Impulses 43 entsteht. Die Impulslängen 43 und 44 entsprechen der 90°-Rotation des friagnetischen Kernmomentes. Das Echo 47 ist der Echoimpuls, der die interessierende Information hinsichtlich des Kernes kodiert .

Dies ist vielleicht besser in Figur 5 der Zeichnung ersichtlich. Dort sind ein erster übertragener Impuls 48 und

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ein zweiter übertragener Impuls 49 durch eine Zeitspanne voneinander getrennt. Ein dritter übertragener Impuls 50 ist um nominell 2 S versetzt. Ein weiterer übertragener.Impuls 51 hat typischerweise eine sehr viel größere Verzögerung. Ein Sprengstoff ist typischerweise eine Wasserstoffverbindung, die durch ein langes T, und ein kurzes T_? charakterisiert ist. Materialien auf Glyzerinbasis, Alkohole und Materialien auf Alkoholbasis haben ein langes T. und ein langes T„. Ein Handwasser, das aus Materialien auf Glyzerinbasis und Alkohol hergestellt ist, ist in Figur 5 gezeigt. Das Ansprechen eines Sprengstoffes ist bei 52 angegeben, um es mit dem Ansprechen 53 des Handwassers zu vergleichen. Ein drittes Material mit einem kurzen T. ist bei 54 gezeigt. Vergleicht man die graphischen Darstellungen 52 und 53, dann stellt man fest, daß sowohl der Sprengstoff als auch das Handwasser beide erste und zweite Peaks bilden. Der dritte Peak 56 ist für Handwasser^ verglichen mit dem kleinen Peak 57 für den Sprengstoff, sehr viel größer. Vergleicht man insbesondere den dritten Peak iac der Reihe, dann unterscheidet sich die graphische Darstellung des Sprengstoffes charakteristisch von der von Handwasser, wobei Handwasser ein typischerweise in Gepäck angetroffenes Material ist, das ein langes T, und ein langes T₂ hat.

Figur 5 zeigt bei 54 das NMR-Ansprechen von Materialien mit einem kurzen T,. Diese Materialien sind nicht schwierig zu unterscheiden. Nur solche wenigen Materialien, die Materialien auf Glyzerinbasis sind, Alkohole oder Materialien auf Alkoholbasis und ähnliche chemische Verbindungen einschließen, stellen überhaupt irgendein Problem dar, und sie werden

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vorzugsweise in der in Figur 5 gezeigten Art gehandhabt, d. h. indem man die entsprechenden Impulszüge 52 und 53 gegenüberstellt. Figur 5 gibt den Unterschied bei solchen Materialien wieder.

Beim Handhaben der Daten, wie es bisher mit Bezug auf Figur 5 erläutert worden ist, ist ein Verfahren zum Unterscheiden von Sprengstoff (langes T. und kurzes T„) von Materialien mit langem T, und langem T„ beschrieben. Unter gewöhnlichen Umständen muß man jedoch noch eine weitere Unterscheidung vornehmen. Dies geschieht, indem man ein erstes und ein zweites Bild vom Koffer und seinem Inhalt (aus welcher Vielfalt von Materialien auch immer) aufnimmt und die erhaltenen Bilder subtrahiert. Die beiden Bilder werden innerhalb eines Bruchteiles einer Sekunde aufgenommen und danach voneinander subtrahiert.

Man betrachte die Möglichkeit, daß Materialien mit kurzem T, im Koffer vorhanden sind. Wenn dies der Fall ist, dann haben die beiden Bilder einen ausreichenden Abstand voneinander, so daß die magnetischen Momente der Wasserstoffkerne Zeit haben, repolarisiert zu werden, bevor das zweite Bild gemacht wird. Die Wasserstoffkerne (mit langem oder kurzem T,) werden anfänglich polarisiert, bevor das erste Bild gemacht wird. Der in den Koffer übertragene RF-Impuls stört die Polarisation, um das erste Bild zu erhalten. Wartet man etwa 0,5 Sekünden um das zweite Bild zu erhalten, dann haben die Wasserstoffmaterialien mit kurzem T, eine angemessene Zeit, um im zweiten Magnetfeld wieder zu polarisieren. Wenn die RF-Impulse dann gebildet werden, sollte das zweite Bild identisch mit dem ersten Bild sein, soweit es die Materialien mit kurzem T,

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betrifft.

Im Gegensatz dazu sind Sprengstoffe Materialien mit langem T^. Wasserstoffkerne in Sprengstoffverbindungen haben nicht die angemessene Zeit, wieder polarisiert zu werden. Die Repolarisation der Materialien mit langem T, vor dem Aufnehmen des zweiten Bildes findet nur wenig statt. Die meisten Wasserstoff kerne mit langem T„ sind zu Beginn der RF-Impulse, die zur Aufnahme des zweiten Bildes benutzt werden, nicht aus gerichtet. Diese willkürliche Ausrichtung der Materialien mit langem T, lassen das NMR-Ansprechen im zweiten Bild kleiner als im ersten Bild sein. Beim Subtrahieren der beiden Bilder voneinander ist das NMR-Ansprechen für Sprengstoffe (Materialien mit langem T,) verschieden, und diese Unterschiede sind ausreichend groß, um einen Alarmzustand zu schaffen.

Geringe Mengen an Sprengstoffen haben keine ausreichende Amplitude für ein starkes NMR-Ansprechen. Ist ein Sprengstoff in einem Koffer verborgen und ist dessen Menge größer als ein Minimum, dann ist die NMR-Amplitude groß, zumindest ist sie über einem Schwellniveau. Das starke NMR-Ansprechen wird im ersten Bild festgehalten und im zweiten Bild wird das Ansprechen geringer sein.

Figur 5 zeigt bei 52 zwei Spuren oder Signale^ wobei die Signale relativ zur RF-Impulsfrequenz aufgetragen sind. Die beiden Signale stellen die beiden Bilder hinsichtlich des Unterschiedes zwischen den Signalpeaks gegenüber. Das erste Bild ist sehr viel größer, wobei der Unterschied in Figur 5 schattiert ist.

Der schattierte Bereich im Signal 52 wird beobachtet, nach dem die beiden Bilder voneinander subtrahiert worden sind.

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Dieser Unterschied ist für größere Sprengstoffmassen größer und somit zeigt das System die Anwesenheit von Sprengstoffen an.

Materialien mit langem T. schließen Materialien wie Handwasser in Figur 5 ein. Diese Materialien werden durch den dritten Peak in Figur 5 unterschieden. Solche Materialien mit langem T, und langem T„ werden durch den großen dritten Peak 56, verglichen mit dem dritten Peak 57 bei den Sprengstoffen, unterschieden.

Materialien mit kurzem T, ergeben erste und zweite Bildsignale, die nahezu identisch sind; sie werden dadurch von anderen Materialien unterschieden, daß ein Vergleich des ersten und des zweiten Bildes ein Null-Signal ergibt.

Sprengstoffe werden durch Subtrahieren unterschieden, und sie ergeben den schattierten Bereich auf dem Signal 52; das Signal 53 (von Handwasser) zeigt auch einen schattierten Bereich, doch werden solche Materialien durch den dritten Peak 56 unterschieden. Die NMR-Peaks 58,55 und 57 des Signales 52, verglichen mit den Peaks 59,54 und 56 des Signales 53 ergeben ein Signal, das einen Sprengstoff anzeigt.

Die kohärente RF-Peakmodulation, die als Ergebnis stehender Wellen und ähnlichem erhalten wird, wird durch Subtraktion der beiden Bilder voneinander genullt. In dem abgeschlossenen Kabinett gibt, es eine Neigung zum Klingen und somit eine Modulation der Signale. Ein solches kohärentes Geräusch hebt sich auf.
Steuerschaltung

In Figur 6 der Zeichnung ist der Magnet 18 zusammen mit einem Satz von Spulen für seinen Betrieb gezeigt. Es gibt einen

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Detektor 61 für den Metalldetektor 21. Weiter zeigt Figur 6 mehrere Hall-Sensoren 20, die entlang den Seiten des Pfades für das Gepäck angeordnet sind, wie er in Figur 1 gezeigt ist. Die Hall-Sensoren 20 sind mit einer Schaltung 62 zum Anzeigen einer magnetischen Schwankung verbunden. Das Ergebnis wird in eine Grenzflächenschaltung 64 eingegeben und in Daten umgewandelt, die in einem Speicher 65 aufbewahrt und dazu benutzt werden, die weiter unten zu beschreibende Korrekturspule zu betätigen. Der erste Magnet 18 wird durch einen geeigneten Satz von Spulen mit Energie versorgt, die ihrerseits mit einer Magnet-Leistungsquelle 66 verbunden sind. Die Leistungsquelle 66 ist eingestellt und wird normalerweise nicht geändert. Durch die Hall-Sensoren 20 werden Variationen festgestellt Diese Variationen erhält man in einer zeitlichen Reihenfolge, und sie ergeben vielfache Messungen von Feldstärken in einem X-Y-Gitter über einem Koffer. Diese Daten werden im Speicher 65 aufbewahrt. Der Speicher bewahrt die Daten auf, die hinsichtlich Schwankungen untersucht werden und,wie erforderlich, wird ein Steuersignal für einen Magnetfeld-Regulator 68 gebildet. Dieses Steuersignal wird in den Magnetfeld-Regulator eingespeist. Dieser Regulator kann die Leistungsquelle 71 für die Korrekturspule steuern, um das Feld des zweiten Magneten 24 zu verstärken. Zusätzlich liefert der Magnetfeld-Regulator 68 Energie und steuert die Leistungsquelle 69 für den Hauptmagneten. Die Leistungsquelle 69 für den Hauptmagneten wird normalerweise, ohne Koffer im Feld eingestellt, wobei die Stärke genau kontrolliert wird.

Es gibt einen rotierenden Spulenfeld-Sensor 72 im Bereich des zweiten Magneten 24. Dessen Anzeigen werden ebenfalls

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in den Magnetfeld-Regulator 68 eingegeben. Dies ergibt die Langzeit-Regulierung des zweiten Magneten, um sicherzustellen, daß das unveränderte Feld des zweiten Magneten in der erforderlichen Stärke aufrecht erhalten wird. Die erforderliche Stärke wurde im Zusammenhang mit Figur 3 der Zeichnung erläutert. Die Feldregulierung findet innerhalb eines Bruchteiles eines Gauss statt.

Es kann eine einzelne RF-Spule benutzt werden. Die bevorzugte Ausführungsform benutzt drei identische RF-Spulen, die sich benachbart zueinander befinden. Sie tragen die Bezugszeichen 30,31 und 32 in Figur 6. Sie sind jeweils Teil separater Abstimmkreise. Jeder schließt seinen eigenen Kondensator ein. Die verschiedenen Kondensatoren werden durch einen großen Impuls, der von einer anderen Schaltung stammt, mit Energie versehen. Durch geeignete Schalter kann einer der Abstimmkreise selektiv mit der Schaltung gekoppelt werden, die die Übertragungsimpulse liefert und danach die Signale empfängt.

Zum Schutz sind Kondensatoren und Spulen in einer Atmosphäre von SF, enthalten. Dieses dient zum Unterdrücken des Bogens, und es gibt ein Liefer- und Reguliersystem 73 dafür. Die Grenzflächenschaltung 64 ist mit einer Motorsteuerung 74 verbunden. Dieser steuert einen Motor für das Fördersystem. Im besonderen betätigt die Motorsteuerung 74 das Förderband 23, Wie weiter in Figur 6 gezeigt, gibt es geeignete Positionssensoren 75 an verschiedenen Stellen längs der Förderbänder. Dies gestattet die Bestimmung des Aufenthaltsortes des Koffers, der gerade untersucht wird. Das erste und das zweite Förderband werden periodisch gestoppt und synchron gestartet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung schließt weiter einen

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RF-Impuls-Stoßgenerator 77 ein. Dieser bildet Impulse in einer zeitlichen Reihenfolge bei der richtigen Frequenz. Diese Impulse werden einem RF-Impulsv/erstärker 78 zugeführt. Danach werden sie an einen RF-Impuls-Leistungsverstärker 79 gelegt. Der wiederum ist mit einem TR-Netzwerk 80 verbunden, das das Umschaltgetriebe darstellt, das zwischen übertragen und Empfangen umschaltet. Im Übertragungsmodus liefert dieses Netzwerk einen großen Impuls, der sogar ein Megawatt an Spitzenleistung haben kann. Der große Impuls wird als sehr großer Impuls für die Spulen geliefert. Darüberhinaus verbindet das TR-Netzwerk mit einem Empfänger 81. Dieser Empfänger wiederum ist mit einem Quadratur-Detektor 82 verbunden. Dieser bildet einen Ausgang, der mit den gepufferten Digitalisatoren 83 und 84 verbunden ist. In ähnlicher Weise ist der RF-Stoßgenerator 77 ebenfalls mit den gepufferten Digitalisatoren 83 und 84 verbunden. Eine I/0-Steuereinheit 85 gestattet der Bedienungsperson in Verbindung mit den Indikator- und Steuertafeln 86 und 87 den Betrieb des Systems zu dirigieren. Der zum übertragen jeweils mit Energie versehene Abstimmkreis wird durch die Schalterschaltung 88 ausgewählt.
Beschreibung des Betriebes

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die in Figur 6 dargestellte Vorrichtung eine Betriebssequenz verfolgt. Es sei angenommen, daß ein Koffer auf dem Förderband angeordnet ist, der kein weiteres Metall als einen üblichen peripheren Stahlrahmen um die Kanten aufweist. Dieser Koffer wird auf das sich bewegende Förderband 12 gestellt. Es bewegt sich längs des Förderbandes in den Bereich des ersten Magneten 18. Die Polarisation der Kerne durch den Magneten 18 wird eingeleitet.

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Nachdem die Polarisation für jeden Teil des Koffers 11 begonnen ist, messen die Sensoren 20, die längs einer zentralen vertikalen Linie benachbart zum Magneten 18 angeordnet sind, die Schwankungen im Magnetfluß. Unter der Annahme, daß die Magnetfeldstärke im Bereich von 800-825 Gauss, wie in Figur 3 bei 35 gezeigt, liegt, werden Variationen in der Feldstärke gemessen. Diese Messungen können eine Zunahme des Flusses zum Äußeren des Koffers 11 zeigen. Dies ist typischerweise begleitet von einer Abnahme der Flußstärke im Inneren des Koffers 11. Die Untersuchung ist aber offensichtlich im Inneren und nicht auf dem Äußeren erforderlich. Da die Flußlinien verzerrt sind, werden diese Verzerrungen durch die Sensoren 20 bemerkt. Es können zwei Reihen von Sensoren benutzt werden, eine auf jeder Seite des Förderpfades, um Fluß-Variationen auf beiden Seiten zu messen für den Fall, daß der Koffer nicht zentral auf dem Förderband angeordnet ist. Unabhängig davon werden Daten erhalten. Diese Daten werden gespeichert und analysiert. Wenn sie ein Muster ergeben, das eine Abnahme in der Feldstärke innerhalb des Koffers anzeigt, dann erkennt man diese Daten in einer Mustererkennungsanalyse aus den gespeicherten Daten. Wenn es drei Sensoren auf jeder Seite gibt (insgesamt 6 Sensoren 20), und wenn alle 2,5 cm eine Messung vorgenommen wird, dann wird ein 50 cm langer Koffer durch 20 Datenpunkte entlang seiner Länge oder 120 Datenpunkte insgesamt beschrieben. Die sechs vertikalen Datenpunkte werden üblicherweise gemittelt. Da die Verzerrungen in vorhersagbare Muster fallen, ist es relativ einfach, Muster zu finden und zu beobachten. Der Grad und das Ausmaß der Veränderung werden untersucht, und diese Mustererkennung wird durch Bilden eines Signales für den Magnetfeld-Regulator 68 verwirklicht. Dieses Signal ändert die Leistungsein-

stellung der Leistungszufuhr 71 für die Korrekturspulen. Dies erhöht die Feldstärke des zweiten Magneten 24 etwas. Dadurch wird die durch den Koffer 11 erhaltene Kurve verstärkt und
die Kurve 41 auf das bei 37 in Figur 3 gezeigte Niveau ange-

hoben. Der Teil des Speichers kann dann gelöscht und das Muster für den nächsten zu untersuchenden Koffer beobachtet werden .

Wird ein vollständig aus Metall bestehender Behälter über den Sensor 61 geführt, dann wird durch den Metalldetektor 21 ein geeignetes Signal gebildet. Dieses Signal verursacht den Abbruch des Tests, um eine Untersuchung von Hand zu gestatten. Ansonsten geht die Untersuchung durch die vorliegende Vorrichtung weiter.

Der Koffer bewegt sich durch den ersten Magneten ohne Unterbrechung. Dann wird er durch das Förderband 23 getragen
und bewegt sich zu einer Untersuchungsstelle, wo er benachbart dem zweiten Magneten 24 angehalten wird. In Figur 5 ist eine Testsequenz dargestellt. Es sei angenommen, daß der Koffer 11 maximale Größe habe und mit der üblichen Vielfalt gefüllt sei, die Reisende normalerweise in ihrem Gepäck mit
sich führen. Es sei weiter angenommen, daß sich im Gepäck
kein Sprengstoffmaterial befinde. In Figur 5 erkennt man eine Impulssequenz, die auf das Gepäck angewandt wird. Als
erstes schließt die RF-Impulssequenz die übertragung der Impulse 48-51 ein. Die ersten drei Impulse sind nominell 90°-Impulse, d. h. sie enthalten die Energie, die für eine Rotation der . polarisierten Wasserstoffkerne um 90° erforderlich ist. Das Intervall zwischen den Impulsen 48 und 49 ist nominell
; das Intervall zwischen den Impulsen 49 und 50 ist nomi-

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nell 2 T" 5 das Intervall zwischen den Impulsen 50 und 51 ist üblicherweise sehr viel größer. Die Impulse sind mit Bezug auf die relative Größe des untersuchten Volumens recht groß dar-" gestellt. Das Volumen ist der in den Spulen enthaltene Raum. Es ist möglich, diese Impulssequenz an eine einzelne Spule zu legen, die mit einem zweiten Magneten 24 zusammenarbeitet. Andererseits ist es erwünscht, das Gepäck in Segmenten zu untersuchen. Dies ist sehr leicht dadurch möglich, daß man das Untersuchungsvolumen in drei Spulenabschnitte aufteilt. So ist es zum Beispiel möglich, Impulse nacheinander den Endspulen und dann der zentralen Spule zuzuführen.

Die in Figur 5 gezeigte Impulssequenz ist relativ kurz, und sie erfolgt innerhalb weniger Millisekunden. Entsprechend werden alle drei Spulen separat mit den in Figur 5 gezeigten Impulsen versehen, um Daten von dem Gepäck 11 zu erhalten. All dies kann rasch ausgeführt werden, etwa innerhalb von 170 Millisekunden für drei Spulen.

In Figur 5 sind die Signale von unterschiedlichen Materialien gezeigt, die einen Sprengstoff und ein Handwasser einschließen. Diese Signale werden von entsprechenden Übertragungsspulen (auch Empfängerspulen) erhalten durch Betätigung der Vakuumschalter 88. Die Impulse werden übertragen und die Signale einschließlich der Echos werden empfangen und aufgezeichnet. Werden drei Spulen benutzt, dann erhält man drei Datensätze. Diese drei Datensätze können zu einem Datensatz überlagert werden.

Es sollte ein Gegensatz zwischen einem Koffer , der einen Sprengstoff enthält und einem Koffer, der keine Sprengstoffe enthält, festgestellt werden. Wenn sich verborgene Spreng-

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stoffe im Koffer befinden, dann ergibt die erste Testsequenz ein empfangenes Datum, das als Funktion der Zeit über eine Dauer von wenigen Millisekunden aufgezeichnet wird. Dieses Signal wird vorzugsweise digitalisiert und gespeichert. Es werden geeignete Datenproben entnommen, so daß der gesamte Datenzug aufgefangen und gespeichert werden kann.

Nach etwa 0,5 bis 0,8 Sekunden wird das gesamte Testverfahren nochmals wiederholt. Man erhält einen zweiten Satz von Daten in genau der gleichen Weise durch Übertragen der gleichen Sequenz von RF-Impulsen,wie in Figur 5 gezeigt. Die beiden Datensätze werden in digitaler Form mit einer üblichen Sammelgeschwindigkeit gespeichert. Der zweite Satz von Daten wird von dem ersten Satz von Daten abgezogen. Erhält man als Ergebnis eine Null, dann sind keine Sprengstoffe vorhanden.

Erhält man dagegen keine. Null, dann ist dies ein Anzeichen dafür, daß ein Sprengstoff im Behälter vorhanden ist.

In erster Linie benutzt die vorliegende Vorrichtung den Impuls-Echomodus des vorübergehenden NMR-Wasserstoffnachweises. Der bevorzugte Satz übertragener Impulse ist in Figur 5 gezeigt. Bei diesem Modus verlängert die Übertragung eines anfänglichen 90°-Impulses, der von zwei 90°-Impulsen gefolgt wird, die um 90° p'hasenverschoben sind, die Abklingzeit eines festen Wasserstoff-NMR-Signales. Dies bewirkt bessere Ergebnisse unter gewissen nicht-idealen Bedingungen. Für den optiin
malen Nachweis muß die Energie jedem übertragenen RF-Impuls den spezifischen Wert haben, der die Achse des Wasserstoffkernes um 90° relativ zum Feld des zweiten Magneten 24 rotieren läßt. Dies nennt man einen 90°-Impuls, vorausgesetzt das Produkt der Impulsdauer (in Mikrosekunden) und der Impuls-

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größe (gemessen in Gauss im Feld innerhalb der Spule) ergibt einen spezifischen konstanten Wert. Die Impulssequenz muß innerhalb einer Zeitdauer auftreten, die wenig langer als die
T„-Werte der Sprengstoffe und auch als T_ ist, das durch die Magnet-Homogenität verursacht wird. Dies gestattet es, Materialien mit relativ langem T_ von Materialien mit relativ
kurzem T_ zu unterscheiden, wie in Figur 5 beispielhaft dargestellt.

Eine Gruppe von Sprengstoffen hat ein T, von mehr als drei Sekunden und ein T„ von weniger als 100 Mikrosekunden. Durch diese Charakterisierung kann das relativ kleine Wasserstoff-NMR-Signal von wenigen 50 g Sprengstoff zuverlässig nachgewiesen werden, selbst wenn es in einem großen Wasserstoff-NMR-Signal von anderen Materialien im Gepäck versenkt ist. Zum

Beispiel kann das Gepäck aus Kunststoffmaterialien aus Parafinketten bestehen. Es gibt eine große Menge von Wasserstoff in einer solchen kunststoffmasse. Die Vorrichtung ist in der Lage die NMR von solch einer großen Kunststoffmasse nachzuweisen und dieses Signal zu speichern. Beim Wiederholen des Untersuchungsverfahrens sollte von der großen Kunststoffmasse
das gleiche Signal erhalten werden. Subtrahiert man diese
beiden Signale, erhält man das Ergebnis Null.

Für Beschreibungszwecke wird der erste Satz von Daten als erstes Bild und der zweite Satz von Daten als zweites Bild

bezeichnet. Gibt es keine Materialien mit gebundenem Wasserstoff mit langem T,, dann ist das zweite Bild mit dem ersten Bild identisch und die beiden Bilder heben sich zu Null auf. Gibt es WasserstoffVerbindungen mit einem langen T,, dann
finden die beiden Untersuchungen rasch genug hintereinander

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stutt, au dnü die Kerne koiiio ZoU hüben, sich vor der zweiten Untersuchung wieder auszurichten. In anderen Worten etört die erste Untersuchung die Wasserstoffkerne in Sprengstoffen (Materialien mit einem langen T.), so daß die zweite NMR-Untersuchung stattfindet, bevor die Kerne wieder polarisiert worden sind. In diesem Falle sind die NMR-Signale des zweiten Bildes sehr viel kleiner. Unterschiede in der Amplitude zwischen dem ersten und dem zweiten Bild zeigen ein Material mit langem T,, möglicherweise einen Sprengstoff oder möglicherweise ein Material auf der Grundlage von Alkohol oder

werden
Glyzerin an. Die beiden Bilder so dicht nacheinander erhalten, daß die Repolarisation sprengstoffartiger Materialien in diesem kurzen Intervall nicht möglich ist. Dies reduziert das NMR-Signal im zweiten Bild.

Die in Figur 5 gezeigte Sequenz gibt wieder, wie verschiedene Arten von Materialien mit langem T, unterschieden werden. Die Sprengstoffe ergeben nach dem Impuls 51 nur einen sehr kleinen Peak, während Handwasser einen großen dritten Peak erzeugt. Um zwischen den beiden Arten von Materialien mit langem T. zu unterscheiden, ist es lediglich erforderlich, den Impuls 56 zu beobachten. Ist er vorhanden und groß, dann ist das Material eines auf der Grundlage von Glyzerin oder Alkohol. Man kann aber auch den dritten Impuls einfach mit früheren Impulsen im Impulszug vergleichen. Sind diese Impulse gleich, dann ist das Material eines auf der Grundlage von Glyzerin oder Alkohol. Man kann die Impulssequenz selbstverständlich auf vier oder fünf Impulse vom Überträger ausdehnen, um eine weitere Unterscheidung für Materialien mit langem T, zu erhalten. Das Ziel ist, ein Anzeichen für Spreng-

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stoffe zu erhalten, die Materialien mit einem langen T, und einem kurzen T„ sind.

Um einige Skalenfaktoren anzugeben, sei ausgeführt, daß ein anfängliches erstes Magnetfeld im Bereich von 775-825 Gauss optimal ist. Der mögliche Bereich ist tatsächlich noch breiter, vielleicht von 500-900 Gauss. Wird das Feld für 2,5 Sekunden aufrechterhalten, dann ist dies für einen weiten Bereich von Feldern mehr als akzeptabel.

Es gibt einen RDX-Kreuzungspunkt-Feldwert im Bereich von 790 bis etwa 830 Gauss, der vorzugsweise für mindestens 0,1 Sekunde und idealerweise für mehr als 0,2 Sekunden aufrechterhalten wird. Dies bewirkt vollständig einen Kreuzungspunkt auf den RDX-Wasserstoffkernen, d. h. ein Verkürzen von T, durch Pumpen von Energie in den Wasserstoffkern durch seinen damit verbundenen Stickstoff. Die Untersuchung innerhalb des Magneten 24 wird- üblicherweise bei etwa 705 Gauss ausgeführt Die vorgenannte Beschreibung ist auf die bevorzugte Ausführungsform gerichtet, doch wird der Umfang durch die folgenden Ansprüche bestimmt:

Claims

3Z

Patentansprüche:

( 1 .J Vorrichtung zum Untersuchen von Gepäck auf Sprengstoffe, die durch ein relativ langes T, und ein relativ kurzes T„ charakterisiert sind,
gekennzeichnet durch:

a) ein Fördersystem (10) zum Aufnehmen und Bewegen eines Koffers (11) darauf, wobei der Koffer auf Sprengstoffe oberhalb einer bestimmten Menge darin untersucht werden soll,

b) eine Magneteinrichtung (18,24) zur Bildung von Flußlinien quer zum Pfad des Fördersystems, um auf darauf befindliches Gepäck zur Polarisierung von Wasserstoffkernen in den Materialien des Koffers und seines Inhaltes einzuwirken,

c) eine Spuleneinrichtung (30,31,32) zur Bildung eines Feldes im rechten Winkel zu dem von dem Magneten gebildeten Feld für eine Zeitdauer und bei einer ausgewählten RF-Frequenz,

d) eine Schaltungseinrichtung zum Nachweis der Teilchenresonanz, die mit der Spuleneinrichtung verbunden ist, um ein Signal von den Materialien innerhalb des Gepäcks zu bestimmen und

e) eine Schaltungseinrichtung, die mit der Nachweisein-

richtung verbunden ist, um Signale von Wasserstoff in Materialien nachzuweisen, die ein langes T. und ein kurzes T„ haben.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Magneteinrichtung einen ersten Magneten (18) benachbart zu dem Fördersystem einschließt, um eine anfängliche Polarisation der Kerne in den Materialien des Koffers zu erzielen .

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß

sie einen separaten zweiten Magneten (24) einschließt, um ein zweites Magnetfeld parallel zu dem vom ersten Magneten gebildeten Feld zu bilden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

das Fördersystem einen ersten Förderabschnitt (12) einschließt, der an der Magneteinrichtung (18) für die anfängliche Polarisation des Gepäcks ohne Halt vorbeiläuft und es einen zweiten Förderabschnitt (23) einschließt, auf auf dem das Gepäck (11) stationär gehalten ist, um den Betrieb der Nachweiseinrichtung zu gestatten.

5'.'' Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Magneteinrichtung einen ersten und einen zweiten separaten Magneten einschließt, die so angeordnet sind, FeI-der entlang des Fördersystems zu bilden und daß sich die Spuleneinrichtung im rechten Winkel zu dem zweiten Magneten befindet, um die Untersuchung des Gepäcks und seines Inhaltes innerhalb des Feldes des zweiten Magneten und der Spuleneinrichtung durch die Nachweiseinrichtung zu initiieren, nach der anfänglichen Polarisation durch den ersten Magneten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Magneteinrichtung einen ersten Magneten einschließt zur Bildung eines ersten Magnetfeldes, um die Materialien des Gepäcks und seines Inhaltes zu polarisieren und sie weiter einen zweiten Magneten einschließt, der in Reihe längs des Fördersystems angeordnet ist, um ein zweites Magnetfeld zu bilden, auf das das Gepäck und sein Inhalt treffen, nachdem sie durch das erste Magnetfeld gewandert sind und sie noch einen Zusatz-Elektromagneten einschließt, um zum Magnetfeld des zweiten Magneten beizutragen und die Feldintensität um ein ausgewähltes Maß zu erhöhen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

einen Metalldetektor, der in der Nähe des Fördersystems angeordnet ist, um einen metallüberzogenen Koffer anzuzeigen .

8. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Magneteinrichtung aus einem ersten und einem zweiten separaten Magneten zusammengesetzt ist, die im Abstand in Reihe entlang des Fördersystems angeordnet sind und bei dem

a) eine Sensoreinrichtung für die magnetische Feldintensität innerhalb des durch den ersten Magneten gebildeten Feldes zum Messen der Intensität des auf das Gepäck und seinen Inhalt auftreffenden Feldes;

b) eine Magnetfeld-Regulatoreinrichtung mit der genannten Feld-Sensoreinrichtung verbunden ist und

c) eine Magnet-Leistungszufuhreinrichtung durch die genannte Regulatoreinrichtung betrieben wird, um einen variablen Strom zu bilden, der an den zweiten Magne

ten angelegt wird, um die von diesem zweiten Magneten gebildete "Magnetfeld-Intensität zu ändern und in dem zweiten Feld eine spezifische Feldintensität zu erhalten, die teilweise von der Messung der genannten Sensoreinrichtung für die Magnet feld-Intensität

abhängt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Spule aus mehreren reihenmäßig angeordneten, separat verbundenen Spulen (30,31,32) zusammengesetzt ist, wobei die Spulen getrennt sind, um unterschiedliche Raumvolumina entlang dem Fördersystem zu untersuchen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß

sie einen separaten Kondensator für jede der Spuleneinrichtungen einschließt, um separate Schwingungskreise für jede der Spuleneinrichtungen zu bilden, wobei

a) eine Schalter^.Einrichtung mit den Schwingungskreisen verbunden ist, um selektiv erst einen und dann einen zweiten der Schwingungskreise mit Energie zu versorgen und

b) eine RF-Impuls-Leistungsverstärkereinrichtung zur Bildung eines Impulses einer spezifischen Frequenz und Dauer vorhanden ist, der von der Spuleneinrichtung übertragen wird, wobei deren Ausgabesignal durch die Schalter-^Einrichtung angelegt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Schaltearet-Einrichtung einen ersten, dann einen zweiten und schließlich einen dritten Schwingungskreis anregt. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Schaltungseinrichtung eine Zeitgeber- und eine Speichereinrichtung einschließt, um einen ersten Satz von Abfrage-Impulsen für die Spuleneinrichtungen zu bilden, um

ein erstes Bild von der genannten Nachweiseinrichtung zu empfangen und dieses zu speichern und um ein zweites Bild von der genannten Nachweiseinrichtung zu empfangen und zu speichern.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß

sie weiter eine Einrichtung zum Subtrahieren des ersten Bildes vom zweiten Bild einschließt, um einen Wert Null zu erhalten, der anzeigt, daß kein Sprengstoffmaterial vorhanden ist, wobei der Sprengstoff charakterisiert ist durch ein langes T, und ein kurzes T„.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Zeitgebereinrichtung betrieben wird, um das zweite Bild ausreichend kurz nach dem ersten Bild zu erhalten, so daß die Wasserstoffmaterialien in den Sprengstoffen mit einem langen T, nicht ausreichend Zeit haben, vor dem zweiten Bild wieder polarisiert zu werden, wobei der Wasserstoff in dem zweiten Bild ein anderes Resonanzsignal bildet.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Magneteinrichtung für ein ausreichendes Intervall bei einer ausreichenden Intensität betrieben wird, um Materialien mit gebundenem Wasserstoff, die ein langes T, und ein kurzes T„ haben, zu polarisieren, und die Zeitgebereinrichtung die Bildung des zweiten Bildes zu einer Zeit nach der Bildung des ersten Bildes initiiert, die ausreichend kurz ist, so daß die T,-Repolarisierung nicht bewerk-

stelligt werden kann.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Zeitgebereinrichtung verbunden ist mit einer Impuls- ; bildenden Übertragungseinrichtung zur Bildung einer Folge von Impulsen, die durch die Spuleneinrichtung zu übertragen sind, wobei die Impulse einen Abstand voneinander haben und Takt-Impulse sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß

die übertragenen Impulse durch eine Schaltungseinrichtung zum Übertragen und Empfangen an die Spuleneinrichtung gegeben werden, wobei die Nachweiseinrichtung durch die Schaltungseinrichtung zum Übertragen und Empfangen verbunden ist, um Signale von der Spuleneinrichtung zu beobachten.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

eine Speichereinrichtung mit der Schaltungseinrichtung zum Empfangen verbunden ist und die Speichereinrichtung die nacheinander erhaltenen Echos speichert, die von Materialien innerhalb der Spuleneinrichtung an dieser beobachtet werden.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Magneteinrichtung mit einer Feldintensität betrieben wird, die die Polarisation des Wasserstoffes in Sprengstoff verbindungen , die durch ein langes T, und ein kurzes

initiiert,
T_ charakterisiert sind, wobei die Feldintensität auch

einen Wert hat, um eine Kern-Quadratur-Resonanz mit Stickstoff in solchen Sprengstoffen zu erhalten, um eine Energieübertragung vom Stickstoff zum Wasserstoff zu initiieren und dadurch die für die Polarisation des Wasserstoffes erforderliche Zeit zu verkürzen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

a) eine Einrichtung zum Digitalisieren von Signalen von der genannten Schaltungseinrichtung; b) eine Digital-Speichereinrichtung zum Speichern von

Digitaldaten von der Digitalisierungseinrichtung und c) eine Zeitgebereinrichtung, die eine RF-Impulse bildende Einrichtung betätigt, um erste und zweite identische RF-Impulszüge zu bilden, die der genannten Spuleneinrichtung zugeführt werden.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20,
gekennzeichnet durch

eine Einrichtung zum Subtrahieren der digitalisierten Signale auf den ersten und den zweiten RF-Impulszug, um einen Wert Null zu erhalten, der anzeigt, daß keine Materialien mit langem T, im Gepäck vorhanden sind.

22. Verfahren zum Nachweisen von Sprengstoffen in Gepäck und dessen Inhalt,

gekennzeichnet durch die folgenden Stufen:

Erhalten eines ersten und zweiten NMR-Signals von dem Gepäck, wobei das zweite NMR-Signal so rasch nach dem ersten NMR-Signal erhalten wird, daß Materialien mit einem langen T, nicht genug Zeit haben, um zu polarisieren.

23. Verfahren nach Anspruch 22,

gekennzeichnet durch die weitere Stufe des anfänglichen Polarisierens der Wasserstoffkerne im Gepäck, woraufhin man das erste NMR-Signal erhält und die Wasserstoffkerne gleichzeitig depolarisiert, gefolgt von einem erneuten Polarisieren der Wasserstoffkerne mit einem kurzen T, und Erhalten des zweiten NMR-Signals.

24. Verfahren nach Anspruch 2.2,
gekennzeichnet durch die folgenden Stufen:

a) Bewegen des Gepäcks durch ein erstes Magnetfeld, um die Wasserstoffkerne zu polarisieren,

b) Anordnen des Gepäcks in einem zweiten Magnetfeld nach der Polarisierung,

c) übertragen won RF-Impulsenergie in das Gepäck im zweiten Feld, um ein, NMR-Signal zu initiieren,

d) Empfangen des NMR-Signals

e) speichern des empfangenen NMR-Signals, um ein erstes Bild zu umfassen,

f) Wiederholen der Stufe des Übertragens von RF-Impulsenergie in das Gepäck, um ein zweites NMR-Signal zu erhalten,

g) Speichern des zweiten NMR-Signals, um ein zweites Bild zu umfassen,

h) Subtrahieren eines der Bilder vom anderen, um eine Differenz zwischen den beiden Bildern zu erhalten und i) Auswerten der erhaltenen Differenz auf einen Wert

Null, der anzeigt, daß keine Sprengstoffe im Gepäck vorhanden sind.

25. Verfahren nach Anspruch 24,

gekennzeichnet durch die Stufe des Auswertens der erhal-

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tenen Differenz auf Sprengstoff, der durch Differenzen angezeigt wird, die einen ausgewählten Schwellenwert übersteigen.

26. Verfahren nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet, daß

man einen Abstand zwischen den Stufen des Übertragens der RF-Impulse einhält, der ausreichend kurz ist, so daß Materialien mit langem T, im Gepäck nicht vor der zweiten Stufe des Übertragens von RF-Impulsenergie in das Gepäck polarisiert werden.

27. Verfahren nach Anspruch 24, ' gekennzeichnet durch die Stufe des ersten Polarisierens in einem Magnetfeld bei einer erhöhten Intensität und danach

a) Vermindern der Magnetfeldintensität auf einen ge-

ringeren Wert, wobei diese geringere Intensität durch

die Intensität bestimmt ist, bei der Energie vom Stickstoff in Sprengstoffverbindungen übertragen wird, die aus Wasserstoff und Stickstoff bestehen, wobei diese Übertragung die Polarisation des Wasserstoffes in solchen Verbindungen rascher bewirkt

als durch das T, des Wasserstoffes angezeigt ist und

b) Erhalten eines ersten und zweiten NMR-Signals von dem Wasserstoff, wobei das erste Signal mit polarisiertem Wasserstoff in solchen Sprengstoffen und das zweite Signal ohne wesentliche Polarisation erhalten wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Stickstoff-Kern-Quadrupol-Resonanz-Polarität vor dem Vermindern der Feldintensität erzielt wird.

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3-UUl 1 9 0 Hl

29. Verfahren nach Anspruch 22,

gekennzeichnet durch die Stufe des Erhaltene der beiden genannten NMR-Signale in einer Taktfolge, nachdem das Gepäck in einem Magnetfeld polarisiert worden ist.

30. Verfahren zum Unterscheiden von Wasserstoff in Verbindungen in Gepäck, um Sprengstoffverbindungen des Wasserstoffes nachzuweisen, die durch ein langes T, und ein kurzes T₇ charakterisiert sind und um andere Wasserstoffverbindungen mit einem langen T, und mit einem langen T„ zu unterscheiden,

gekennzeichnet durch die folgenden Stufen:

a) Polarisieren der Wasserstoffkerne in einem Magnetfeld,

b) Übertragen einer Reihe von RF-Impulsen in das Gepack im rechten Winkel zum polarisierenden Feld, um

erste und nachfolgende NMR-Echos vom Gepäck zu bilden und

c) Beobachten der nachfolgenden NMR-Echos, um Wasserstoff■ materialien mit langem T, und langem T„ durch ein größeres nachfolgendes Echo von Materialien mit

langem T, und kurzem T_? zu unterscheiden.