PL224526B1 - Imitator materiału wybuchowego na bazie trotylu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest imitator materiału wybuchowego na bazie trotylu, stanowiący jego niepalny, niewybuchowy materiał zastępczy stwarzający możliwość składowania w warunkach nie wymagających specjalnych zabezpieczeń oraz zapewniający swobodny dostęp personelu technicznego. Imitator materiału wybuchowego na bazie trotylu nadaje się do jednoczesnego zastosowania w urządzeniach do wykrywania obecności materiału wybuchowego wykorzystujących technikę neutronowej analizy aktywacyjnej oraz w urządzeniach wykorzystujących technikę radiografii promieniowania rentgenowskiego, w zakresie prowadzenia prac konstrukcyjnych i kalibracji urządzeń, kompleksowych testów ich poprawnego działania określających poziom ufności, stosunek alertów fałszywie pozytywnych, jak też fałszywie negatywnych do prawidłowo rozpoznanych zagrożeń, jak również w z akresie prowadzenia szkoleń personelu obsługującego urządzenia.

Znana jest zasada, że w celu sporządzenia bezpiecznego imitatora materiału wybuchowego, sporządza się mieszaninę zastępczych substancji zawierającą węgiel, tlen, azot, wodór w takich proporcjach, w jakich węgiel, tlen, azot, wodór występują w rzeczywistym materiale wybuchowym. Mat eriały wybuchowe, jak trotyl o handlowym symbolu TNT, wzorze chemicznym C7N₃O₆H₅, nitroglikol o handlowym symbolu EGDN i wzorze chemicznym C₂N₂O₆H₅, heksogen o handlowym symbolu RDX i wzorze chemicznym C₃N₆O₆H₆, charakteryzują się wysoką zawartością azotu, wysoką zawartością tlenu, mniejszą zawartością węgla i niską zawartością wodoru. Skład materiału wybuchowego na bazie trotylu normowany do ilości węgla zawiera 51% azotu, 114% tlenu oraz 5% wodoru.

Znane jest urządzenie do wykrywania materiałów wybuchowych wykorzystujące technikę neutronowej analizy aktywacyjnej, oparte na identyfikacji linii izotopów azotu i wodoru w widmie promieniowania gamma, wzbudzonego przez wychwyt neutronów termicznych w obiekcie badanym na obecność materiału wybuchowego. Analiza porównawcza widm promieniowania gamma wzbudzonego przez wychwyt neutronów termicznych w obiekcie badanym na obecność materiału wybuchowego oraz imitatorze materiału wybuchowego, pozwala na ustalenie składu izotopowego badanego materiału wybuchowego, uwzględniającego izotopy azotu i wodoru.

Skuteczność wykorzystania techniki neutronowej analizy aktywacyjnej w wykrywaniu materiałów wybuchowych wymaga spełnienia warunku identyczności lub prawie identyczności składu izotopowego imitatora materiału wybuchowego ze składem izotopowym materiału wybuchowego identyfikowanego w badanym obiekcie.

Odmienny warunek narzuca skuteczność wykorzystania radiografii rentgenowskiej w wykrywaniu materiałów wybuchowych w badanym obiekcie, a mianowicie dla spełnienia wymagań radiografii rentgenowskiej gęstość imitatora materiału wybuchowego powinna być identyczna lub mocno zbliżona do gęstości materiału wybuchowego identyfikowanego w badanym obiekcie.

Mimo różnic w zasadach wykrywania obecności materiałów wybuchowych w badanym obiekcie w oparciu o technikę radiografii promieniowania rentgenowskiego i technikę neutronowej analizy aktywacyjnej, zastosowanych do wykrywania obecności materiałów wybuchowych, znane jest połączenie funkcjonalne obu technik we wspólnym procesie wykrywania materiałów wybuchowych w badanym obiekcie, zapewniające dwuetapową, komplementarną procedurę wykrywania obecności materiałów wybuchowych, polegającą na tym, że po wykryciu występowania określonego przedziału gęstości w obiekcie badanym na obecność materiału wybuchowego techniką prześwietlania promieniowaniem rentgenowskim i wytypowaniu obszarów o charakterystycznej gęstości, wskazującej na występowanie materiału wybuchowego, przeprowadza się analizę widma promieniowania gamma wzbudzonego przez wychwyt neutronów termicznych.

Połączenie obydwu technik, techniki neutronowej aktywacji oraz techniki radiografii promieniowania rentgenowskiego, stwarza sytuację, że operator urządzenia do wykrywania materiału wybuchowego wykorzystującego technikę radiografii promieniowania rentgenowskiego, oglądając zdjęcie rentgenowskie badanego materiału, wskazuje miejsce w którym należy zastosować techniki neutronowej analizy aktywacyjnej w celu inspekcji jego składu izotopowego.

Dla jednoczesnego spełnienia wymagań techniki neutronowej analizy aktywacyjnej i techniki radiografii promieniowania rentgenowskiego stosowanych do wykrywania materiału wybuchowego, im itator materiału wybuchowego powinien posiadać skład izotopowy identyczny lub mocno zbliżony do składu izotopowego wykrywanego materiału wybuchowego, a gęstość imitatora powinna być identyczna lub mocno zbliżona do gęstości materiału wybuchowego podlegającego identyfikacji.

PL 224 526 B1

Znany jest z rosyjskiego opisu patentowego nr RU 2 413 709 imitator materiału wybuchowego na bazie heksogenu lub oktogenu, występujący w postaci stałej, stosowany zarówno w urządzeniu do wykrywania materiałów wybuchowych na bazie heksogenu lub oktogenu wykorzystującym radiografię promieniowania rentgenowskiego, jak i w urządzeniu wykorzystującym neutronową analizę aktywacyjną widma promieniowania gamma wzbudzonego w materiale wybuchowym na bazie heksogenu lub oktogenu przez wychwyt neutronów termicznych. Skład imitatora materiału wybuchowego na bazie heksogenu lub oktogenu ustalony jest na podstawie zawartości izotopów azotu i wodoru, wynikającej z pomiaru widma promieniowania gamma wzbudzonego przez wychwyt neutronów termicznych, o energiach dla linii azotu - 10,80 MeV i linii wodoru - 2,22 MeV.

Według rosyjskiego opisu patentowego nr RU 2 413 709 imitator materiału wybuchowego na bazie heksogenu lub oktogenu, stanowi sprasowaną mieszaninę sproszkowanych materiałów stałych o gęstości 1,5 g/cm - 1,9 g/cm , o składzie zawierającym 20-36% uwodnionego azotanu glinu Al (NO₃)₃ 9H₂O, 40-44% melaminy C₃H₆N₆, 11-15% grafitu, 9-13% sacharozy C₁₂H₂₂O₁₁ oraz 9-11% polioctanu winylu C4H2O2.

W zastrzeżonym składzie mieszaniny imitatora materiału wybuchowego na bazie heksogenu lub oktogenu, użyte składniki w ilości 20-36% uwodnionego azotanu glinu oraz 40-44% melaminy, zabezpieczają zawartość azotu na poziomie 27-34% odpowiadającym zawartości azotu w materiale wybuchowym na bazie heksogenu lub oktogenu. Zawartość tlenu została obniżona do poziomu 26%, niższego od poziomu występowania tlenu w materiale wybuchowym na bazie heksogenu lub oktogenu, ze względu na możliwość wystąpienia reakcji wybuchowej i przekroczenie poziomu łatwopalności.

Imitator materiału wybuchowego na bazie heksogenu lub oktogenu według rosyjskiego patentu nr RU 2 413 709 odtwarza skład izotopowy materiału wybuchowego w oparciu o izotopy azotu i wodoru z pominięciem izotopów tlenu i węgla, co wskazuje, że użyte substancje w zastrzeżonych ilościach mogą nie zapewniać składu identycznego ze składem materiału wybuchowego na bazie heksogenu lub oktogenu. Poza tym, skład procentowo-wagowy imitatora materiału wybuchowego nie zapewnia w pełni bezpieczeństwa wybuchowego z powodu użycia azotanu glinu Al(NO₃)₃, jak również z powodu występowania w postaci sprasowanego materiału stałego, ponieważ sprasowana w tabletkę postać imitatora materiału wybuchowego na bazie heksogenu lub oktogenu powoduje, że odległość między cząstkami imitatora jest rzędu wielkości jego cząstek i wynosi około 10 pm, co stwarza możliwość wystąpienia reakcji wybuchowej.

Ponadto, opisany imitator materiału wybuchowego na bazie heksogenu lub oktogenu zastosowany w urządzeniu do wykrywania materiałów wybuchowych wykorzystującym neutronową analizę aktywacyjną zapewnia wykrywanie materiału wybuchowego głównie przez detekcję podwyższonej zawartości azotu, sygnalizując obecność materiału wybuchowego w przypadku występowania jego podwyższonego poziomu, co może prowadzić do fałszywych alertów rozpoznania zagrożenia wybuchowego.

Celem wynalazku jest opracowanie imitatora materiału wybuchowego na bazie trotylu, zapewniającego całkowite bezpieczeństwo wybuchowe i palne, pozwalającego na zwiększenie dokładności wykrywania materiału wybuchowego zarówno przy pomocy urządzeń wykorzystujących radiografię rentgenowską, jak i urządzeń wykorzystujących neutronową analizę aktywacyjną.

Imitator materiału wybuchowego na bazie trotylu wykorzystujący melaminę oraz grafit według wynalazku zawiera 21-27% wagowych melaminy C₃H₆N₆, 21-27% wagowych grafitu, 9-16% wagowych sproszkowanego metalu o małym przekroju czynnym na reakcje z neutronami, korzystnie opiłków żelaza lub ołowiu, 36-42% wagowych wody oraz 0,09-0,21% wagowych usieciowanego poliakrylanu potasu w postaci hydrożelu o granulacji od 0,177-0,255 mm, przy czym stosunek wagowy usieciowanego poliakrylanu potasu w postaci hydrożelu do wody wynosi od 1:200 do 1:400.

Imitator materiału wybuchowego na bazie trotylu według wynalazku posiada postać hydrożelu o gęstości korzystnie od 1,6 g/cm - 1,79 g/cm .

Zastosowanie według wynalazku w składzie imitatora materiału wybuchowego na bazie trotylu jednocześnie z wodą usieciowionego poliakrylanu potasu w postaci hydrożelu, który wiąże wodę w strukturę polimerową, charakteryzującą się zwiększoną odległością między cząstkami imitatora, co zapewnia separację fizyczną składników mieszaniny, a w konsekwencji wyklucza wystąpienie reakcji wybuchowej.

Stwierdzone zostało według wynalazku, że w celu sporządzenia imitatora materiału wybuchowego na bazie trotylu o wzorze sumarycznym C7N3O6H5 sporządza się mieszaninę substancji zawierającą węgiel, azot, tlen, w takich proporcjach, aby stosunki poszczególnych izotopów tlenu, azotu,

PL 224 526 B1 węgla były takie, jak w rzeczywistym materiale wybuchowym na bazie trotylu i wynosiły o dpowiednio, stosunek azot/węgiel - 0,5, stosunek tlen/węgiel - 1,14. Charakterystyczne linie widma promieniowania gamma emitowanego przy rozpraszaniu neutronów prędkich przez materiał badany wynoszą o dpowiednio dla azotu - 5,11 MeV, dla tlenu - 6,13 MeV, dla węgla - 4,44 MeV. Identyfikacja przez imitator materiału wybuchowego na bazie trotylu składu izotopowego obejmującego izotopy tlenu, węgla, azotu oraz potwierdzenie wartości stosunku azot/węgiel - 0,5 oraz stosunku tlen/węgiel - 1,14 charakteryzujących rzeczywisty materiał wybuchowy na bazie trotylu, dokonywana jest według wynalazku na podstawie neutronowej analizy aktywacyjnej widma promieniowania gamma, wzbudzonego neutronami prędkimi w materiale identyfikowanym.

Zastosowanie neutronów prędkich do wzbudzenia promieniowania gamma pozwala w analizie porównawczej widma promieniowania gamma imitatora i materiału identyfikowanego na pominięcie linii wodoru. Jest to związane z faktem, że emisja kwantów gamma w przypadku wodoru następuje po wychwyceniu neutronów termicznych przez materiał identyfikowany, co wskazuje, że liczba emitowanych kwantów gamma nie jest miarą zawartości wodoru w materiale identyfikowanym, a zależy od procesu spowalniania neutronów wywołanego wpływem otoczenia.

W celu wytworzenia imitatora materiału wybuchowego na bazie trotylu miesza się ze sobą według wynalazku trzy materiały: wodę jako źródło tlenu, grafit lub sadzę technologiczną jako źródło węgla oraz melaminę C₃H₆N₆ jako źródło azotu oraz sproszkowanego metalu o małym przekroju czynnym na reakcje z neutronami, w następujących proporcjach wagowych.

P r z y k ł a d I

Imitator materiału wybuchowego na bazie trotylu zawiera według wynalazku przykładowo 24% wagowych grafitu, 24% wagowych melaminy C₃H₆N₆, 13% wagowych opiłków żelaza, 39% wagowych wody oraz 0,21% wagowych usieciowanego poliakrylanu potasu w postaci hydrożelu pylistego o nazwie handlowej Terra Hydrogel Aqua, o granulacie 0,177-0,255 mm, przy czym stosunek wagowy wody do usieciowanego poliakrylanu potasu o nazwie handlowej Terra Hydrogel Aqua wynosi 200:1.

Według wynalazku na 200 części wody użyta jest jedna część usieciowanego poliakrylanu potasu w postaci hydrożelu pylistego o nazwie handlowej Terra Hydrogel Aqua. Przy składzie wagowym 39% wody, do całości mieszaniny tworzącej imitator materiału wybuchowego na bazie trotylu, dodaje się 39/200 usieciowanego poliakrylanu potasu o nazwie handlowej Terra Hydrogel Aqua, co stanowi 0,20%, która nie zaburza całości składu imitatora i zapewnia konsystencję cieczy silnie lepkiej przykładowo smaru silnikowego towotu.

P r z y k ł a d II

Imitator materiału wybuchowego na bazie trotylu według wynalazku zawiera 24% wagowych melaminy C₃H₆N₆, 24% wagowych grafitu, 40% wagowych wody H₂O, 12% wagowych opiłków ołowiu oraz 0,10% wagowych usieciowanego poliakrylanu potasu w postaci hydrożelu pylistego o nazwie handlowej Terra Hydrogel Aqua, o granulacie 0,177-0,255 mm, przy czym stosunek wagowy wody do usieciowanego poliakrylanu potasu o nazwie handlowej Terra Hydrogel Aqua wynosi 400:1.

Według wynalazku na 400 części wody używana jest jedna część usieciowanego poliakrylanu potasu w postaci hydrożelu o nazwie handlowej Terra Hydrogel Aqua. Przy udziale wagowym 40% wody, do całości mieszaniny tworzącej imitator materiału wybuchowego na bazie trotylu, dodaje się 40/400 usieciowanego poliakrylanu potasu o nazwie handlowej Terra Hydrogel Aqua, co stanowi 0,10%, która nie zaburza całości składu mieszaniny imitator i zapewnia konsystencję cieczy lepkiej przykładowo budyniu.

Zastosowany według wynalazku usieciowiony poliakrylan potasu w postaci hydrożelu pylistego o nazwie handlowej Terra Hydrogel Aqua, o granulacie 0,177-0,255 mm, pozwala na zamianę konsystencji użytej wody w żel, w którym za pomocą mieszadeł następuje równomierne rozprowadzenie grafitu, melaminy oraz opiłków żelaza lub ołowiu w ilości od 9-16%. Dodanie opiłków żelaza lub ołowiu przezroczystych dla techniki neutronowej aktywacji nie zaburza stosunku tlen/węgiel i azot/węgiel, ₃ a zapewnia uzyskanie gęstości imitatora o wartości 1,65 g/cm , charakterystycznej dla materiału wybuchowego na bazie trotylu.

Skład imitatora materiału wybuchowego na bazie trotylu według wynalazku normowany do ilości węgla zawiera 51% azotu, 114% tlenu. Stosunek azot/węgiel oraz tlen/węgiel wynosi odpowiednio 0,5 oraz 1,14 i jest taki, jak w materiale wybuchowym.

Imitator materiału wybuchowego na bazie trotylu według wynalazku pozwala na odtworzenie dokładnego stosunku azotu do węgla oraz tlenu do węgla w materiale identyfikowanym, co przy jednoczesnym zapewnieniu gęstości identycznej z gęstością rzeczywistego materiału wybuchowego na

PL 224 526 B1 bazie trotylu, w znacznym stopniu przyczynia się do poprawy dokładności wykrywania zagrożenia wybuchowego, zarówno przez urządzenia stosujące neutronową analizę aktywacyjną, jak i przez urządzenia wykorzystujące radiografię promieniowania rentgenowskiego.

Claims (2)

1. Imitator materiału wybuchowego na bazie trotylu zawierający melaminę, grafit, znamienny tym, że zawiera 21-27% wagowych melaminy C₃H₆N₆, 21-27% wagowych grafitu, 9-16% wagowych sproszkowanego metalu o małym przekroju czynnym na reakcje z neutronami, korzystnie opiłków żelaza lub opiłków ołowiu, 36-42% wagowych wody H₂O oraz 0,09-0,21% wagowych usieciowanego poliakrylanu potasu w postaci hydrożelu o granulacji od 0,177-0,255 mm, przy czym stosunek wagowy usieciowanego poliakrylanu potasu w postaci hydrożelu do wody H₂O wynosi od 1:200 do 1:400.

2. Imitator materiału wybuchowego na bazie trotylu według zastrz. 1, znamienny tym, że po33 siada postać hydrożelu o gęstości 1,6-1,7 g/cm , korzystnie 1,65 g/cm .