RU195097U1 - Device for detecting explosive, poisonous and fissile materials on the seabed - Google Patents

Device for detecting explosive, poisonous and fissile materials on the seabed Download PDF

Info

Publication number
RU195097U1
RU195097U1 RU2019126608U RU2019126608U RU195097U1 RU 195097 U1 RU195097 U1 RU 195097U1 RU 2019126608 U RU2019126608 U RU 2019126608U RU 2019126608 U RU2019126608 U RU 2019126608U RU 195097 U1 RU195097 U1 RU 195097U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gamma
scintillation
detectors
deuterium
fluorine
Prior art date
Application number
RU2019126608U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Максим Донатович Каретников
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа")
Priority to RU2019126608U priority Critical patent/RU195097U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU195097U1 publication Critical patent/RU195097U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/221Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by activation analysis
    • G01N23/222Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by activation analysis using neutron activation analysis [NAA]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области исследования или анализа материалов радиационными методами с измерением ядерных излучений. Технический результат - повышение вероятности обнаружения сильноэкранированного оружейного урана в объекте исследования, находящегося на морском дне. Устройство для обнаружения взрывчатых, отравляющих и делящихся веществ на морском дне содержит импульсный нейтронный дейтерий-дейтериевый генератор, сцинтилляционные гамма-детекторы и амплитудный анализатор с временным окном для измерения гамма-квантов радиационного захвата нейтронов, сцинтилляционные гамма-детекторы и импульсный нейтронный дейтерий-дейтериевый генератор присоединены к амплитудному анализатору, сцинтилляционные гамма-детекторы размещены во фторсодержащем веществе, окружающем сцинтилляционные гамма-детекторы, амплитудный анализатор имеет временное окно для измерения гамма-квантов изотопаN, образующихся при взаимодействии нейтронов деления, испускаемых при облучении нейтронами объекта исследования, содержащего делящееся вещество, с фторсодержащим веществом, причем объем и расположение фторосодержащего вещества, а также объем и расположение сцинтилляционных гамма-детекторов должны быть такими, чтобы произведение скорости наработки изотопаN во фторсодержащем веществе нейтронами деления и вероятности регистрации гамма-квантов с энергией 6,13 МэВ, выходящих из фторсодержащего вещества, сцинтилляционными гамма-детекторами было не менее 6,25/T, где T– время обнаружения. 4 ил., 1 табл.A utility model relates to the field of research or analysis of materials by radiation methods with the measurement of nuclear radiation. EFFECT: increased probability of detecting highly shielded weapons-grade uranium in an object of research located on the seabed. A device for detecting explosive, poisonous and fissile materials on the seabed contains a pulsed neutron deuterium-deuterium generator, scintillation gamma detectors and an amplitude analyzer with a time window for measuring gamma rays of neutron radiation capture, scintillation gamma detectors and pulsed neutron deuterium-deuterium generator connected to an amplitude analyzer, gamma-ray scintillation detectors are placed in a fluorine-containing substance surrounding gamma-ray scintillation detectors, The amplitude analyzer has a time window for measuring gamma rays of the isotope N generated by the interaction of fission neutrons emitted during neutron irradiation of a test object containing fissile material with a fluorine-containing substance, the volume and location of the fluorine-containing substance, as well as the volume and location of scintillation gamma detectors be such that the product of the isotope N production time in a fluorine-containing substance by fission neutrons and the probability of detecting gamma rays with an energy of 6.1 3 MeV, leaving fluorine-containing substances, with scintillation gamma detectors was not less than 6.25 / T, where T is the time of detection. 4 ill., 1 tab.

Description

Полезная модель относится к области исследования или анализа материалов радиационными методами с измерением ядерных излучений, возникающих под действием нейтронов, и может быть использовано для обнаружения опасных (взрывчатых, отравляющих и делящихся) веществ на морском дне с помощью нейтронного анализа.The utility model relates to the field of research or analysis of materials by radiation methods with the measurement of nuclear radiation arising under the influence of neutrons, and can be used to detect hazardous (explosive, poisonous and fissile) substances on the seabed using neutron analysis.

Для контроля опасных веществ на морском дне могут быть использованы косвенные (визуальные, электромагнитные, химические) и прямые ядерно-физические методы. Косвенные методы обнаруживают опасные вещества по их физическим свойствам (цвету, плотности, диэлектрической проницаемости и т.д.). Прямые методы определяют ключевые химические соединения или элементный состав взрывчатых веществ. По мнению экспертов, только прямые методы нейтронного анализа, основанные на регистрации продуктов ядерных реакций в опасных веществах при их зондировании нейтронным излучением, способны обеспечить достоверный контроль опасных веществ на морском дне [Sudac D., Matika D. and Valcovic V. Detection of Explosives in Objects on the Bottom of the Sea // Application of Accelerators in Research and Industry, AIP Conf. Proceedings, Vol. 1099, 2009, pp. 574-577].Indirect (visual, electromagnetic, chemical) and direct nuclear-physical methods can be used to control hazardous substances on the seabed. Indirect methods detect hazardous substances by their physical properties (color, density, dielectric constant, etc.). Direct methods determine the key chemical compounds or elemental composition of explosives. According to experts, only direct methods of neutron analysis, based on the registration of nuclear reaction products in hazardous substances when they are probed by neutron radiation, can provide reliable control of hazardous substances on the seabed [Sudac D., Matika D. and Valcovic V. Detection of Explosives in Objects on the Bottom of the Sea // Application of Accelerators in Research and Industry, AIP Conf. Proceedings, Vol. 1099, 2009, pp. 574-577].

Устройство для обнаружения опасных веществ размещается на субмарине, оболочка которой предотвращает контакт устройства с морской водой. Особенностями использования методов нейтронного анализа в данных условиях являются:A device for detecting hazardous substances is placed on a submarine, the shell of which prevents the device from contacting with sea water. Features of using neutron analysis methods under these conditions are:

- сложность приближения устройства обнаружения к объекту исследования на малые расстояния из-за различных факторов (морские течения, динамика движения субмарины и т.д.), из-за этого толщина слоя воды между устройством обнаружения и объектом исследования может составлять до 0,3 м [Лайкин А.И., Гришин Д.С., Кызьюров В.С. и др. Опыт разработки погружного комплекса для идентификации взрывчатых, отравляющих и радиоактивных веществ в подводных потенциально-опасных объектах – «Варяг-ЧС» // Сборник докладов международной научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе». – М.: ВНИИА, 2012. – С. 525–534]. Это приводит к сильному ослаблению как зондирующего нейтронного излучения, так и ответного нейтронного и гамма-излучения;- the difficulty of approaching the detection device to the object of study at short distances due to various factors (sea currents, the dynamics of the submarine, etc.), because of this, the thickness of the water layer between the detection device and the object of study can be up to 0.3 m [Laikin A.I., Grishin D.S., Kyzyurov V.S. et al. Experience in the development of a submersible complex for the identification of explosive, poisonous and radioactive substances in underwater potentially hazardous objects - “Varyag-ChS” // Collection of reports of the international scientific and technical conference “Portable neutron generators and technologies based on them”. - M.: VNIIIA, 2012. - S. 525-534]. This leads to a strong attenuation of both probing neutron radiation and response neutron and gamma radiation;

- большая глубина (>10 м), на которой находится объект исследования. Вследствие этого практически отсутствует нейтронный и гамма-фон, обусловленный космическим излучением;- large depth (> 10 m) at which the object of study is located. As a result of this, there is practically no neutron and gamma background due to cosmic radiation;

- малый полезный объем субмарины для размещения аппаратуры;- small usable volume of the submarine to accommodate equipment;

- ограниченное время проведения измерений.- limited measurement time.

Известно устройство для обнаружения взрывчатых веществ под водой с помощью метода меченых нейтронов [Алексахин В.Ю., Быстрицкий В.М., Замятин Н.И. и др. Применение метода меченых нейтронов для обнаружения опасных веществ под водой// Сборник докладов международной научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе». – М.: ВНИИА, 2012. – С. 555–567]. Устройство размещено в герметичном контейнере для подводных работ и содержит нейтронный генератор − источник монохроматических 14 МэВ нейтронов со встроенным детектором альфа-частиц, детектор гамма-излучения и регистрирующую электронику. При прохождении «меченых» нейтронов в объекте исследования измеряется спектр гамма-излучения. Из анализа спектра определяется количество гамма-квантов, возникающих при неупругом рассеянии «меченых» нейтронов на ядрах углерода, азота и кислорода, входящих в состав взрывчатых веществ, и определяется относительная концентрация углерода, азота и кислорода в объекте исследования. Признаком наличия взрывчатых веществ в объекте исследования является нахождение относительной концентрации углерода, азота и кислорода в определенном диапазоне значений. Недостатком данного устройства является то, что с его помощью можно обнаруживать только взрывчатые вещества, но нельзя обнаруживать отравляющие и делящиеся вещества.A device for detecting explosives under water using the method of labeled neutrons [Aleksakhin V.Yu., Bystritsky V.M., Zamyatin N.I. et al. Application of the tagged neutron method for the detection of hazardous substances under water // Collection of reports of the international scientific and technical conference “Portable neutron generators and technologies based on them”. - M.: VNIIIA, 2012. - S. 555-567]. The device is housed in a sealed container for underwater operations and contains a neutron generator - a source of monochromatic 14 MeV neutrons with a built-in alpha particle detector, a gamma radiation detector and recording electronics. With the passage of "tagged" neutrons in the object of study, the gamma-ray spectrum is measured. From the analysis of the spectrum, the number of gamma rays arising from inelastic scattering of “labeled” neutrons by the nuclei of carbon, nitrogen and oxygen that are part of the explosives is determined, and the relative concentration of carbon, nitrogen and oxygen in the object under study is determined. A sign of the presence of explosives in the object of study is finding the relative concentration of carbon, nitrogen and oxygen in a certain range of values. The disadvantage of this device is that with its help you can detect only explosives, but you can not detect poisonous and fissile substances.

Известно принятое за прототип устройство для обнаружения взрывчатых, отравляющих и делящихся веществ на морском дне [Лайкин А.И., Гришин Д.С., Кызьюров В.С. и др. Опыт разработки погружного комплекса для идентификации взрывчатых, отравляющих и радиоактивных веществ в подводных потенциально-опасных объектах – «Варяг-ЧС» // Сборник докладов международной научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе». – М.: ВНИИА, 2012. – С. 525–534], содержащее импульсный нейтронный дейтерий-дейтериевый генератор, сцинтилляционные гамма-детекторы и амплитудный анализатор с временным окном. Нейтронный дейтерий-дейтериевый генератор создает импульсные потоки зондирующих нейтронов с энергией 2,5 МэВ, которые замедляются в воде до тепловых энергий. Сцинтилляционные гамма-детекторы регистрируют гамма-кванты, возникающие при радиационном захвате тепловых нейтронов в объекте исследования. Идентификация взрывчатых веществ производится путем измерения гамма-квантов с энергией 10,83 МэВ, испускаемых ядрами азота. Это обусловлено тем, что все промышленные взрывчатые вещества имеют высокое (от 15% до 40%) массовое содержание азота. Идентификация отравляющих веществ производится путем измерения гамма-квантов с энергией 5,42 МэВ и 3,22 МэВ, испускаемых ядрами серы. Сера в большой концентрации содержится в ипритоподобных отравляющих веществах, которые массово захоранивали под водой. Амплитудный анализатор позволяет при импульсном режиме работы нейтронного генератора получить спектр гамма-квантов в заданном временном окне, соответствующему максимальному отношению сигнал-шум для измеряемых гамма-квантов радиационного захвата нейтронов. Обнаружение делящихся веществ устройством-прототипом производится пассивным методом регистрации гамма-квантов спонтанного радиоактивного распада.A known device adopted for the prototype for the detection of explosive, poisonous and fissile substances on the seabed [Laikin A.I., Grishin D.S., Kyzyurov V.S. and others. The experience of developing a submersible complex for the identification of explosive, poisonous and radioactive substances in underwater potentially hazardous objects - "Varyag-ChS" // Collection of reports of the international scientific and technical conference "Portable neutron generators and technologies based on them." - M .: VNIIA, 2012. - S. 525–534], containing a pulsed neutron deuterium-deuterium generator, scintillation gamma detectors, and an amplitude analyzer with a time window. The neutron deuterium-deuterium generator generates pulsed fluxes of probing neutrons with an energy of 2.5 MeV, which slow down in water to thermal energies. Scintillation gamma detectors detect gamma rays arising from the radiative capture of thermal neutrons in the object of study. Explosives are identified by measuring 10.83 MeV gamma rays emitted by nitrogen nuclei. This is due to the fact that all industrial explosives have a high (from 15% to 40%) mass content of nitrogen. Poisoning substances are identified by measuring gamma rays with energies of 5.42 MeV and 3.22 MeV emitted by sulfur nuclei. Sulfur in high concentration is contained in mustard-like poisonous substances, which were massively buried under water. The amplitude analyzer allows for a pulsed neutron generator to obtain a gamma-ray spectrum in a given time window corresponding to the maximum signal-to-noise ratio for the measured gamma-quanta of radiation capture of neutrons. Detection of fissile substances by the prototype device is performed by the passive method of detecting gamma rays of spontaneous radioactive decay.

Недостатком данного устройства является низкая вероятность обнаружения сильноэкранированного оружейного урана в объекте исследования, находящегося на морском дне. Это обусловлено тем, что обнаружение делящихся веществ устройством-прототипом производится пассивным методом регистрации гамма-квантов спонтанного радиоактивного распада в условиях наличия фона гамма-излучения, испускаемого радиоактивными изотопами, содержащимися в морской воде и морском дне. Рассмотрим гипотетическую модель ядерного боезаряда, содержащего 12 кг оружейного урана с вольфрамовым поршнем, представленную в [Fetter S., Frolov A.V., Miller M. Detecting Nuclear Warheads // Science and Global security, Vol. 1, 1990, pp. 225 – 302]. Данная модель, представляющая ядерный боезаряд в виде набора концентрических сфер, предложена для оценки радиоактивного излучения от ядерных боеприпасов для задач их контроля. По приведенным там расчетам, интенсивность гамма-излучения, выходящего из боезаряда, составляет J=30 1/с. Плотность потока гамма-излучения вблизи гамма-детектора можно оценить какThe disadvantage of this device is the low probability of detection of highly shielded weapons-grade uranium in the object of study located on the seabed. This is due to the fact that the detection of fissile substances by the prototype device is performed by the passive method of detecting gamma rays of spontaneous radioactive decay in the presence of a background of gamma radiation emitted by radioactive isotopes contained in sea water and the seabed. Consider a hypothetical model of a nuclear warhead containing 12 kg of weapons-grade uranium with a tungsten piston, presented in [Fetter S., Frolov A.V., Miller M. Detecting Nuclear Warheads // Science and Global security, Vol. 1, 1990, pp. 225-302]. This model, which represents a nuclear warhead in the form of a set of concentric spheres, was proposed for assessing radioactive radiation from nuclear munitions for the tasks of their control. According to the calculations there, the intensity of gamma radiation emerging from the warhead is J = 30 1 / s. The gamma radiation flux density near the gamma detector can be estimated as

Figure 00000001
(1)
Figure 00000001
(1)

где LW – пробег гамма-квантов в воде. На расстоянии до детектора r=30 см φγ=1,0·10-3 1/(см2с). Естественная радиоактивность морской воды составляет около q=1,5·10-4 Бк/см3 и обусловлена, в основном, спонтанным распадом калия-40, а также изотопов урана и тория [Сапожников Ю.А., Алиев Р.А., Калмыков С.Н. Радиоактивность окружающей среды. – М: БИНОМ, 2006. – 286 С.]. Плотность потока гамма-излучения из радиоактивных изотопов, равномерно растворенных в воде, равна [Гусев Н.Г., Машкович В.П., Суворов А.П. Физические основы защиты от излучений. – М.: Атомиздат, 1980. – 461 С.]where L W is the range of gamma rays in water. At a distance to the detector r = 30 cm φ γ = 1,0 · 10 -3 1 / (cm 2 s). The natural radioactivity of sea water is about q = 1.5 · 10 -4 Bq / cm 3 and is mainly due to the spontaneous decay of potassium-40, as well as isotopes of uranium and thorium [Sapozhnikov Yu.A., Aliev R.A., Kalmykov S.N. Radioactivity of the environment. - M: BINOM, 2006. - 286 S.]. The flux density of gamma radiation from radioactive isotopes uniformly dissolved in water is [Gusev N.G., Mashkovich V.P., Suvorov A.P. The physical basis of radiation protection. - M .: Atomizdat, 1980. - 461 S.]

Figure 00000002
(2)
Figure 00000002
(2)

где µ − линейный коэффициент ослабления гамма-квантов в воде, равный 0,03 1/см для энергии гамма-излучения 1,46 МэВ (спонтанный распад калия-40). Отсюда b=2,5·10-3 1/(см2с). При приближении к морскому дну фон может возрастать почти в 10 раз, поскольку в нем радиоактивные изотопы содержаться в большей концентрации, чем в воде [Сапожников Ю.А., Алиев Р.А., Калмыков С.Н. Радиоактивность окружающей среды. – М: БИНОМ, 2006. – 286 С.]. Таким образом, эффект φγ много меньше фона b, кроме того значение фона может флуктуировать в зависимости от положения объекта исследования на морском дне. Поэтому можно сделать вывод, что пассивная регистрация гамма-квантов спонтанного радиоактивного распада не позволяет с помощью устройства-прототипа надежно обнаруживать некоторые типы сильноэкранированных делящихся веществ, например, сильноэкранированного оружейного урана. Некоторые типы делящихся веществ, например, на основе плутониевого боезаряда, могут быть обнаружены путем пассивной регистрации гамма-излучения спонтанного радиоактивного распада, поскольку имеют относительно малый период полураспада [Fetter S., Frolov A.V., Miller M. Detecting Nuclear Warheads // Science and Global security, Vol. 1, 1990, pp. 225 – 302].where µ is the linear attenuation coefficient of gamma rays in water, equal to 0.03 1 / cm for gamma radiation energy of 1.46 MeV (spontaneous decay of potassium-40). Hence b = 2.5 · 10 -3 1 / (cm 2 s). When approaching the seabed, the background can increase by almost 10 times, since it contains radioactive isotopes in a higher concentration than in water [Sapozhnikov Yu.A., Aliev R.A., Kalmykov S.N. Radioactivity of the environment. - M: BINOM, 2006. - 286 S.]. Thus, the effect φγ is much smaller than the background b, in addition, the background value can fluctuate depending on the position of the object of study on the seabed. Therefore, we can conclude that the passive registration of gamma quanta of spontaneous radioactive decay does not allow using a prototype device to reliably detect some types of highly shielded fissile substances, for example, highly shielded weapons-grade uranium. Some types of fissile materials, for example, based on plutonium warheads, can be detected by passive detection of gamma radiation from spontaneous radioactive decay, since they have a relatively short half-life [Fetter S., Frolov AV, Miller M. Detecting Nuclear Warheads // Science and Global security, Vol. 1, 1990, pp. 225-302].

Техническим результатом заявленного предложения является увеличение вероятности обнаружения сильноэкранированного оружейного урана в объекте исследования, находящегося на морском дне. При этом полезная модель, также как и прототип, позволяет обнаруживать находящиеся на морском дне взрывчатые вещества, отравляющие вещества, а также сильноизлучающие делящиеся вещества (например, плутоний в составе ядерного боезаряда) пассивным методом.The technical result of the proposed proposal is to increase the likelihood of detecting highly shielded weapons-grade uranium in the object of study located on the seabed. At the same time, the utility model, as well as the prototype, makes it possible to detect explosives located on the seabed, poisonous substances, as well as highly emitting fissile materials (for example, plutonium as part of a nuclear warhead) by the passive method.

Технический результат достигается тем, что устройство для обнаружения взрывчатых, отравляющих и делящихся веществ на морском дне, содержащее импульсный нейтронный дейтерий-дейтериевый генератор, сцинтилляционные гамма-детекторы и амплитудный анализатор с временным окном для измерения гамма-квантов радиационного захвата нейтронов, сцинтилляционные гамма-детекторы и импульсный нейтронный дейтерий-дейтериевый генератор присоединены к амплитудному анализатору,The technical result is achieved by the fact that a device for detecting explosive, poisonous and fissile substances on the seabed, containing a pulsed neutron deuterium-deuterium generator, scintillation gamma detectors and an amplitude analyzer with a time window for measuring gamma rays of neutron capture, scintillation gamma detectors and a pulsed neutron deuterium-deuterium generator connected to an amplitude analyzer,

сцинтилляционные гамма-детекторы размещены во фторсодержащем веществе, окружающем сцинтилляционные гамма-детекторы,scintillation gamma detectors are located in a fluorine-containing substance surrounding the scintillation gamma detectors,

амплитудный анализатор имеет временное окно для измерения гамма-квантов изотопа 16N, образующихся при взаимодействии нейтронов деления, испускаемых при облучении нейтронами объекта исследования, содержащего делящееся вещество, с фторсодержащим веществом,the amplitude analyzer has a time window for measuring gamma quanta of the 16 N isotope generated by the interaction of fission neutrons emitted during neutron irradiation of the object of study containing fissile matter with a fluorine-containing substance,

причем объем и расположение фторосодержащего вещества, а также объем и расположение сцинтилляционных гамма-детекторов должны быть такими, чтобы произведение скорости наработки изотопа 16N во фторсодержащем веществе нейтронами деления и вероятности регистрации гамма-квантов с энергией 6,13 МэВ, выходящих из фторсодержащего вещества, сцинтилляционными гамма-детекторами было не менее 6,25/T0, где T0 – время обнаружения.moreover, the volume and location of the fluorine-containing substance, as well as the volume and location of scintillation gamma detectors, must be such that the product of the rate of production of the 16 N isotope in the fluorine-containing substance by fission neutrons and the probability of detecting gamma quanta with an energy of 6.13 MeV coming out of the fluorine-containing substance, scintillation gamma detectors were at least 6.25 / T 0 , where T 0 is the detection time.

Сущность предлагаемого устройства и его работы поясняется чертежами.The essence of the proposed device and its operation is illustrated by drawings.

На фиг. 1 приведен эскиз заявляемого устройства.In FIG. 1 shows a sketch of the claimed device.

На фиг. 2 приведена временная диаграмма функционирования устройства при работе нейтронного дейтерий-дейтериевого генератора в импульсном режиме. In FIG. 2 shows a timing diagram of the operation of the device during operation of a neutron deuterium-deuterium generator in a pulsed mode.

На фиг. 3 приведен пример реализации заявляемого устройства.In FIG. 3 shows an example implementation of the inventive device.

На фиг. 4 приведена модель ядерного боезаряда в виде набора концентрических сфер из различных материалов, где указаны для каждой сферы материал, внутренний и внешний радиусы.In FIG. Figure 4 shows a model of a nuclear warhead in the form of a set of concentric spheres of various materials, where the material, internal and external radii are indicated for each sphere.

Позициями на иллюстрациях обозначены:The positions in the illustrations indicate:

1 − субмарина,1 - submarine,

2 – импульсный нейтронный дейтерий-дейтериевый генератор,2 - pulsed neutron deuterium-deuterium generator,

3 − сцинтилляционные гамма-детекторы,3 - scintillation gamma detectors,

4 − фторсодержащее вещество,4 - fluorine-containing substance,

5 – амплитудный анализатор,5 - amplitude analyzer,

6 − объект исследования,6 - object of study,

7 – морское дно,7 - the seabed,

8 − морская вода,8 - sea water,

9 – временное окно для измерения гамма-квантов радиационного захвата нейтронов,9 is a time window for measuring gamma rays of radiation capture of neutrons,

10 – временное окно для измерения гамма-квантов изотопа 16N.10 is a time window for measuring gamma rays of the isotope 16 N.

Устройство содержит импульсный нейтронный дейтерий-дейтериевый генератор 2, сцинтилляционные гамма-детекторы 3, размещенные во фторсодержащем веществе 4, окружающем сцинтилляционные гамма-детекторы 3, и амплитудный анализатор 5 с временным окном 9 для измерения гамма-квантов радиационного захвата нейтронов и временным окном 10 для измерения гамма-квантов изотопа 16N. Сцинтилляционные гамма-детекторы 3 и импульсный нейтронный дейтерий-дейтериевый генератор 2 присоединены к амплитудному анализатору 5. На морском дне 7 находится объект 6 исследования, который может содержать взрывчатые, отравляющие или делящиеся вещества. Устройство размещено на субмарине 1. Субмарина 1 и объект 6 исследования разделены слоем морской воды 8.The device comprises a pulsed neutron deuterium-deuterium generator 2, gamma-ray scintillation detectors 3 located in a fluorine-containing substance 4 surrounding gamma-ray scintillation detectors 3, and an amplitude analyzer 5 with a time window 9 for measuring gamma-rays of radiation capture of neutrons and a time window 10 for measuring gamma rays isotope 16 N. scintillation gamma detectors 3 and pulsed deuterium-deuterium neutron generator 2 is connected to the amplitude analyzer 5. At the seabed facility 7 is 6 issl inquiry that may contain explosive, poisonous or fissile material. The device is placed on a submarine 1. Submarine 1 and object 6 of the study are separated by a layer of sea water 8.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Субмарина 1 с размещенным на ней устройством подходит к объекту 6. С помощью сцинтилляционных гамма-детекторов 3 производится измерение гамма- излучения от объекта 6 с целью обнаружения делящихся веществ до включения нейтронного генератора 2 (пассивным методом). После завершения измерения пассивным методом производится измерение активным методом с использованием импульсного нейтронного дейтерий-дейтериевого генератора 2. Импульсный нейтронный дейтерий-дейтериевый генератор 2 испускает быстрые нейтроны с энергией 2,5 МэВ в направлении объекта 6 исследования. В момент начала испускания импульса нейтронов с импульсного нейтронного дейтерий-дейтериевого генератора 2 на амплитудный анализатор 5 поступает сигнал синхронизации, который служит для формирования временного окна 9 для измерения гамма-квантов радиационного захвата нейтронов и временного окна 10 для измерения гамма-квантов изотопа 16N. Проходя через морскую воду 8, нейтроны замедляются до тепловых энергий, и объект 6 исследования облучается тепловыми нейтронами. Взрывчатое вещество характеризуется повышенной концентрацией ядер азота, отравляющее вещество − повышенной концентрации ядер серы. При радиационном захвате тепловых нейтронов ядрами азота испускаются гамма-кванты с энергией 10,83 МэВ, при радиационном захвате тепловых нейтронов ядрами серы испускаются гамма-кванты с энергией 5,42 МэВ и 3,22 МэВ.Submarine 1 with the device located on it approaches the object 6. Using gamma-ray scintillation detectors 3, gamma radiation is measured from object 6 in order to detect fissile substances before the neutron generator 2 is switched on (passive method). After completing the measurement by the passive method, the active method is measured using a pulsed neutron deuterium-deuterium generator 2. A pulsed neutron deuterium-deuterium generator 2 emits 2.5 fast MeV neutrons in the direction of the object 6 of the study. At the time of the start of the emission of a neutron pulse from a pulsed neutron deuterium-deuterium generator 2, a synchronization signal is supplied to the amplitude analyzer 5, which serves to form a time window 9 for measuring gamma rays of neutron capture and a time window 10 for measuring gamma rays of the 16 N isotope. Passing through sea water 8, neutrons are slowed down to thermal energies, and object 6 of the study is irradiated with thermal neutrons. An explosive substance is characterized by an increased concentration of nitrogen nuclei, a toxic substance is characterized by an increased concentration of sulfur nuclei. Gamma rays with an energy of 10.83 MeV are emitted during the radiation capture of thermal neutrons by nitrogen nuclei; gamma rays with an energy of 5.42 MeV and 3.22 MeV are emitted during radiation capture of thermal neutrons by sulfur nuclei.

Часть испущенных гамма-квантов проходит через толщу морской воды 8 до субмарины 1 и попадает на сцинтилляционные гамма-детекторы 3. Сигналы со сцинтилляционных гамма-детекторов 3 поступают на амплитудный анализатор 5, который их регистрирует во временном окне 9 для измерения гамма-квантов радиационного захвата нейтронов, начало и окончание которого соответствует максимальному отношению сигнал-шум для измеряемых гамма-квантов (ориентировочно, начало − 20 мкс после импульса, окончание − 200 мкс после импульса нейтронов). Амплитудный анализатор 5 измеряет спектр гамма-квантов, по которому можно вычислить скорость счета гамма-квантов с энергиями 10,83, 5,42 МэВ и 3,22 МэВ, на основании чего можно определить наличие в объекте 6 исследования, лежащем на морском дне 7, взрывчатых или отравляющих веществ.A part of the emitted gamma-rays passes through the thickness of sea water 8 to the submarine 1 and enters the scintillation gamma-detectors 3. The signals from the scintillation gamma-detectors 3 are fed to an amplitude analyzer 5, which registers them in a time window 9 for measuring gamma-quanta of radiation capture neutrons, the beginning and end of which corresponds to the maximum signal-to-noise ratio for the measured gamma quanta (tentatively, the beginning is 20 μs after the pulse, the end is 200 μs after the neutron pulse). The amplitude analyzer 5 measures the spectrum of gamma rays, from which it is possible to calculate the count rate of gamma rays with energies of 10.83, 5.42 MeV and 3.22 MeV, on the basis of which it is possible to determine the presence in the object 6 of the study lying on the seabed 7 , explosive or toxic substances.

Если в объекте 6 исследования присутствуют делящиеся вещества, то при захвате нейтронов происходит их вынужденное деление и испускаются мгновенные нейтроны деления. Часть мгновенных нейтронов проходит через толщу воды до фторсодержащего вещества 4, окружающего сцинтилляционные гамма-детекторы 3. При взаимодействии нейтронов деления с энергией больше 4,2 МэВ с фторсодержащим веществом 4 в результате 19F(n,α)16N реакции производится короткоживущий (7,14 с) изотоп 16N, испускающий высокоэнергетичные гамма-кванты с энергией 6,13 МэВ. If fissionable substances are present in object 6 of the study, then neutrons are captured by their forced fission and instantaneous fission neutrons are emitted. A part of the instantaneous neutrons passes through the water column to a fluorine-containing substance 4 surrounding the gamma-ray scintillation detectors 3. When fission neutrons with an energy greater than 4.2 MeV interact with fluorine-containing substance 4, a short-lived (7) reaction is produced as a result of the 19 F (n, α) 16 N reaction , 14 c) 16 N isotope emitting high-energy gamma rays with an energy of 6.13 MeV.

Для достижения максимальной вероятности обнаружения делящихся веществ регистрацию гамма-квантов с энергией 6,13 МэВ, испускаемых изотопом 16N, необходимо производить при отсутствие фонового излучении. На большой глубине (>10 м), где находится объект 6 исследования, практически отсутствует гамма-фон, обусловленный космическим излучением. Энергия гамма-излучения изотопов, нарабатываемых при облучении веществ зондирующими нейтронами меньше 3 МэВ, поэтому их можно дискриминировать от гамма-квантов с энергией 6,13 МэВ. Источником фона при регистрации гамма-квантов с энергией 6,13 МэВ могут быть гамма-кванты, испускаемые при радиационном захвате тепловых нейтронов ядрами некоторых элементов (например, ядро 35Cl, содержащемся в морской воде 8, при захвате теплового нейтрона испускает гамма-квант с энергией 6,11 МэВ). Поэтому регистрация гамма-квантов с энергией 6,13 МэВ должна производиться в отсутствие нейтронного потока спустя определенную задержку после выключения импульсного нейтронного дейтерий-дейтериевого генератора 2 (фиг. 2). Длительность задержки выбирается из условия, чтобы вероятность регистрации фона была существенно меньше вероятности регистрации продуктов распада 16N при наличии делящихся веществ в объекте 6 исследования. Время жизни теплового нейтрона в чистой воде около 0,2 мс (в соленой воде еще меньше из-за дополнительного поглощения нейтронов ядрами хлора). При длительности задержки 3 мс количество тепловых нейтронов уменьшится в 3,5•106 раз, а при длительности задержки 4 мс − в 5•108 раз. Необходимая задержка определяется количеством нейтронов, испускаемых за 1 импульс импульсного нейтронного дейтерий-дейтериевого генератора 2. Например, при периоде повторения импульсов 20 мс и интенсивности 2•108 1/с импульсного нейтронного дейтерий-дейтериевого генератора 2 за импульс испускается 4•106 нейтронов. Спустя 3 мс после импульса нейтронов практически все нейтроны термализуются и поглотятся ядрами хлора, и гамма-фон будет отсутствовать. Окончание временного окна 10 для измерения гамма-квантов изотопа 16N должно произойти раньше следующего импульса импульсного нейтронного дейтерий-дейтериевого генератора 2.To achieve the maximum probability of detecting fissile substances, the registration of gamma rays with an energy of 6.13 MeV emitted by the 16 N isotope is necessary in the absence of background radiation. At a great depth (> 10 m), where object 6 of the study is located, there is practically no gamma background due to cosmic radiation. The energy of gamma radiation of isotopes generated by irradiating substances with probing neutrons is less than 3 MeV, so they can be discriminated against from gamma rays with an energy of 6.13 MeV. The source of the background when registering gamma quanta with an energy of 6.13 MeV can be gamma quanta emitted during the radiation capture of thermal neutrons by the nuclei of certain elements (for example, the 35 Cl nucleus contained in seawater 8 emits a gamma quantum with energy of 6.11 MeV). Therefore, the registration of gamma rays with an energy of 6.13 MeV should be performed in the absence of a neutron flux after a certain delay after switching off the pulsed neutron deuterium-deuterium generator 2 (Fig. 2). The duration of the delay is selected so that the probability of detecting the background is significantly less than the probability of detecting 16 N decay products in the presence of fissile substances in the object 6 of the study. The lifetime of a thermal neutron in pure water is about 0.2 ms (in salt water it is even shorter due to the additional absorption of neutrons by chlorine nuclei). With a delay time of 3 ms, the number of thermal neutrons will decrease by 3.5 • 10 6 times, and with a delay time of 4 ms - by 5 • 10 8 times. The necessary delay is determined by the number of neutrons emitted per 1 pulse of a pulsed neutron deuterium-deuterium generator 2. For example, with a pulse repetition period of 20 ms and an intensity of 2 • 10 8 1 / s of a pulsed neutron deuterium-deuterium generator 2, 4 • 10 6 neutrons are emitted per pulse . 3 ms after the neutron pulse, almost all neutrons are thermalized and absorbed by chlorine nuclei, and there will be no gamma background. The end of the time window 10 for measuring gamma rays of the 16 N isotope should occur before the next pulse of the pulsed neutron deuterium-deuterium generator 2.

Временная диаграмма функционирования устройства при работе импульсного нейтронного дейтерий-дейтериевого генератора 2 в импульсном режиме приведена на фиг. 2. Длительность излучения нейтронов τi меньше времени жизни теплового нейтрона. Гамма-кванты радиационного захвата нейтронов регистрируются во временном окне 9 для измерения гамма-квантов радиационного захвата нейтронов, начало которого равно τd1 , а окончание − τm1 после импульса нейтронов. Гамма-кванты распада 16N регистрируются во временном окне 10 для измерения гамма-квантов изотопа 16N, начало которого равно τd2, а окончание τm2 должно быть меньше периода повторения импульсов импульсного нейтронного дейтерий-дейтериевого генератора 2. Значения τd1, τm1 и τd2 определяются по максимальному отношению сигнал-шум для измеряемых гамма-квантов. При периоде повторения импульсов 20 мс и интенсивности 2•108 1/с импульсного нейтронного дейтерий-дейтериевого генератора 2 ориентировочные значения τd1, τm1, τd2 и τm2 после импульса нейтронов равны: τd1 = 20 мкс, τm1 = 200 мкс, τd2 = 3 мс, τm2 = 19,5 мс.The timing diagram of the operation of the device during operation of a pulsed neutron deuterium-deuterium generator 2 in a pulsed mode is shown in FIG. 2. The duration of neutron emission τ i is less than the lifetime of a thermal neutron. Gamma rays of radiation capture of neutrons are recorded in time window 9 for measuring gamma rays of radiation capture of neutrons, the beginning of which is τ d1 , and the end is τ m1 after the neutron momentum. The 16 N decay gamma quanta are recorded in a time window 10 for measuring the 16 N isotope gamma quanta, the beginning of which is τ d2 , and the end of τm2 must be less than the pulse repetition period of the pulsed neutron deuterium-deuterium generator 2. The values of τ d1 , τ m1 and τ d2 are determined by the maximum signal-to-noise ratio for the measured gamma rays. For a pulse repetition period of 20 ms and an intensity of 2 • 10 8 1 / s of a pulsed neutron deuterium-deuterium generator 2, the approximate values of τ d1 , τ m1 , τ d2 and τ m2 after the neutron pulse are equal to: τ d1 = 20 μs, τ m1 = 200 μs, τ d2 = 3 ms, τ m2 = 19.5 ms.

Из анализа уравнения для циклического активационного анализа [Тустановский В.Т. Оценка точности и чувствительности активационного анализа. – М.: Атомиздат, 1976. – 192 С.] следует, что, поскольку длительность нейтронного импульса τi много меньше периода повторения импульсов Tii << Ti), задержка τd2 << Ti, время обнаружения T0>> Ti, можно считать, что количество NN зарегистрированных гамма-квантов с энергией 6,13 МэВ от изотопа 16N равноFrom the analysis of the equation for cyclic activation analysis [Tustansky V.T. Assessment of the accuracy and sensitivity of activation analysis. - M .: Atomizdat, 1976. - 192 С.] it follows that, since the neutron pulse duration τi is much shorter than the pulse repetition period T ii << T i ), delay τ d2 << T i , detection time T 0 >> T i , we can assume that the number N N of registered gamma rays with an energy of 6.13 MeV from the 16 N isotope is

Figure 00000003
(3)
Figure 00000003
(3)

где ε – вероятность регистрации гамма-квантов с энергией 6,13 МэВ, выходящих из фторсодержащего вещества 4, сцинтилляционными гамма-детекторами 3, QN – скорость наработки изотопа 16N во фторсодержащем веществе 4. Расчеты зависимости величины ε и количества зарегистрированных гамма-квантов с энергией 6,13 МэВ от объема сцинтилляционных гамма-детекторов 3, находящихся на одинаковом расстоянии от нейтронного генератора и друг друга, приведены в Таблице.where ε is the probability of detecting 6.13 MeV gamma quanta leaving the fluorine-containing substance 4 by scintillation gamma-detectors 3, Q N is the rate of production of the 16 N isotope in the fluorine-containing substance 4. Calculations of the dependence of ε and the number of registered gamma-quanta with an energy of 6.13 MeV from the volume of scintillation gamma-detectors 3, located at the same distance from the neutron generator and each other, are shown in the Table.

Для обнаружения с надежностью 99 % необходимо, чтобыFor detection with 99% reliability, it is necessary that

Figure 00000004
(4)
Figure 00000004
(4)

где B – количество фоновых отсчетов. Поскольку фоновое излучение, которое может создавать сигнал в сцинтилляционных детекторах 3, интерферирующий с сигналом от гамма-квантов с энергией 6,13 МэВ, отсутствует (B=0), поэтому условие (4) может быть записано какwhere B is the number of background samples. Since the background radiation that can generate a signal in scintillation detectors 3 interfering with the signal from gamma rays with an energy of 6.13 MeV is absent (B = 0), therefore, condition (4) can be written as

Figure 00000005
(5)
Figure 00000005
(5)

Таким образом, из выражений (3) и (5) следует, что объем и расположение фторосодержащего вещества, а также объем и расположение сцинтилляционных гамма-детекторов должны быть такими, чтобы произведение скорости наработки изотопа 16N во фторсодержащем веществе нейтронами деления QN и вероятности регистрации гамма-квантов с энергией 6,13 МэВ, выходящих из фторсодержащего вещества 4, сцинтилляционными гамма-детекторами 3 было не менее 6,25/T0 , где T0 – время обнаружения.Thus, it follows from expressions (3) and (5) that the volume and location of the fluorine-containing substance, as well as the volume and location of scintillation gamma detectors, must be such that the product of the rate of production of the 16 N isotope in the fluorine-containing substance by fission neutrons Q N and the probability The detection of gamma quanta with an energy of 6.13 MeV coming out of fluorine-containing material 4 by scintillation gamma-detectors 3 was not less than 6.25 / T 0 , where T 0 is the detection time.

На фиг. 3 представлен эскиз модели для осуществления заявляемого устройства. Импульсный нейтронный дейтерий-дейтериевый генератор 2 типа ИНГ-031 производства ВНИИ автоматики им. Н.Л. Духова обеспечивает нейтронный поток 2•108 1/с, длительность импульса τi= 1 мкс, период повторения импульсов Ti= 20 мс, время облучения T0=400 c. Сцинтилляционные гамма-детекторы 3 созданы на основе кристаллов BGO диаметром 76 мм и высотой 76 мм. Каждый сцинтилляционный гамма-детектор 3 находится во фторсодержащем веществе 4 (фторопласте) объемом 2,1•103 см3 в форме полого цилиндра, расположенного коаксиально относительно сцинтилляционным гамма-детектором 3 и имеющего с ним одинаковую высоту. Торцевые поверхности сцинтилляционного гамма-детектора 3, фторсодержащего вещества 4 и импульсного нейтронного дейтерий-дейтериевого генератора 2 расположены в одной плоскости.In FIG. 3 presents a sketch of a model for implementing the inventive device. Pulsed neutron deuterium-deuterium generator type 2 ING-031 manufactured by All-Russian Research Institute of Automation named after N.L. Dukhov provides a neutron flux of 2 • 108 1 / s, pulse duration τ i = 1 μs, pulse repetition period T i = 20 ms, irradiation time T 0 = 400 s. Scintillation gamma detectors 3 are based on BGO crystals with a diameter of 76 mm and a height of 76 mm. Each scintillation gamma-detector 3 is located in a fluorine-containing substance 4 (fluoroplastic) with a volume of 2.1 • 10 3 cm 3 in the form of a hollow cylinder located coaxially relative to the scintillation gamma-detector 3 and having the same height with it. The end surfaces of the scintillation gamma-ray detector 3, fluorine-containing substance 4 and the pulsed neutron deuterium-deuterium generator 2 are located in the same plane.

Могут быть использованы другие значения размеров сцинтилляционных гамма-детекторов 3, объема фторсодержащего вещества 4 и геометрии его расположения относительно сцинтилляционных гамма-детекторов 3, например, фторсодержащее вещество 4 может окружать боковые поверхности и/или торцевые поверхности сцинтилляционных гамма-детекторов 3. Также может быть другое расположение нейтронного генератора 2 относительно сцинтилляционных гамма-детекторов 3, показанных на Фиг.1. При этом необходимо, чтобы выполнялось условие (5) - произведение скорости наработки изотопа 16N во фторсодержащем веществе нейтронами деления QN и вероятности регистрации гамма-квантов с энергией 6,13 МэВ, выходящих из фторсодержащего вещества 4, сцинтилляционными гамма-детекторами 3 должно быть не менее 6,25/T0, где T0 – время обнаружения.Other sizes of scintillation gamma detectors 3, volume of fluorine-containing substance 4 and its geometry relative to scintillation gamma-detectors 3 can be used, for example, fluorine-containing substance 4 can surround the side surfaces and / or end surfaces of scintillation gamma-detectors 3. It can also be another arrangement of the neutron generator 2 relative to the scintillation gamma detectors 3 shown in FIG. In this case, it is necessary that condition (5) is fulfilled - the product of the rate of production of the 16 N isotope in a fluorine-containing substance by fission neutrons Q N and the probability of detecting gamma rays with an energy of 6.13 MeV coming out of the fluorine-containing substance 4, scintillation gamma detectors 3 should be not less than 6.25 / T 0 , where T 0 is the detection time.

После каждого импульса нейтронов импульсного нейтронного дейтерий-дейтериевого генератора 2 амплитудный анализатор 5 измеряет спектр гамма-квантов во временном окне 9 для измерения гамма-квантов радиационного захвата нейтронов, начало которого τd1 =20 мкс, а окончание τm1 =200 мкс после импульса нейтронов, и определяет скорость счета гамма-квантов с энергиями 10,83, 5,42 МэВ и 3,22 МэВ для поиска в объекте 6 исследования взрывчатых или отравляющих веществ. After each neutron pulse of a pulsed neutron deuterium-deuterium generator 2, an amplitude analyzer 5 measures the gamma-ray spectrum in time window 9 to measure gamma-rays of radiation neutron capture, the beginning of which is τ d1 = 20 μs and the end is τ m1 = 200 μs after the neutron pulse , and determines the count rate of gamma rays with energies of 10.83, 5.42 MeV and 3.22 MeV for searching explosives or poisons in object 6.

Гамма-кванты распада 16N регистрируются во временном окне 10 для измерения гамма-квантов изотопа 16N, начало которого равно τd2 =3 мс, а окончание τm2 =20 мс (до прихода следующего синхроимпульса). Объектом 6 исследования, лежащем на морском дне 7, является ядерный боезаряд на основе оружейного урана массой 12 кг с вольфрамовым поршнем [Fetter S., Frolov A.V., Miller M. Detecting Nuclear Warheads // Science and Global security, Vol. 1, 1990, pp. 225 – 302]. Модель данного ядерного боезаряда представлена на фиг. 4. Расстояние между импульсным нейтронным генератором 2 и объектом 6 исследования равно 30 см. Поскольку пробег нейтронов в бериллии, уране, вольфраме, тринитротолуоле и алюминии гораздо больше толщины сфер из этих материалов, можно считать, что ослабление нейтронов в этих материалах не происходит, а объект 6 исследования можно представить сферой внешним диаметром 7 см и внутренним диаметром 5,77 см (фиг. 4).The 16 N decay gamma quanta are recorded in a time window 10 for measuring the 16 N isotope gamma quanta, the beginning of which is τ d2 = 3 ms, and the end of τ m2 = 20 ms (before the next clock pulse arrives). The object of the study 6, lying on the seabed 7, is a nuclear warhead based on weapons-grade uranium weighing 12 kg with a tungsten piston [Fetter S., Frolov AV, Miller M. Detecting Nuclear Warheads // Science and Global security, Vol. 1, 1990, pp. 225-302]. A model of this nuclear warhead is shown in FIG. 4. The distance between the pulsed neutron generator 2 and the object 6 of the study is 30 cm. Since the range of neutrons in beryllium, uranium, tungsten, trinitrotoluene and aluminum is much greater than the thickness of the spheres of these materials, we can assume that the attenuation of neutrons in these materials does not occur, but object 6 of the study can be represented as a sphere with an outer diameter of 7 cm and an inner diameter of 5.77 cm (Fig. 4).

С помощью программы GEANT было проведено численное моделирование процессов транспортировки нейтронов, испускаемых импульсным нейтронным дейтерий-дейтериевым генератором 2 до объекта 6 исследования, вынужденного деления урановой сферы в объекте 6 исследования под действием нейтронов, прохождения нейтронов деления до фторсодержащего вещества 4, наработки изотопов 16N, выхода гамма-квантов изотопа 16N и регистрацию их сцинтилляционными гамма-детекторами 3.Using the GEANT program, we carried out a numerical simulation of the processes of transporting neutrons emitted by a pulsed neutron deuterium-deuterium generator 2 to object 6 of the study, forced fission of the uranium sphere in object 6 of the study under the influence of neutrons, the passage of fission neutrons to a fluorine-containing substance 4, and the production of isotopes 16 N, the output of gamma rays of the 16 N isotope and their registration with scintillation gamma detectors 3.

При объеме сцинтилляционных гамма-детекторов 3, равном 1400 см3, NN=6,7, и условие (5) выполняется. В случае использования сцинтилляционных гамма-детекторов 3 на основе кристаллов BGO диаметром 76 мм и высотой 76 мм для этого потребуется четыре гамма-детектора. Следовательно, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет большую вероятность обнаружения в объекте 6 исследования ядерного боезаряда, содержащего 12 кг оружейного урана в вольфрамовом поршне, и, таким образом, достигается заявленный результат - является увеличение вероятности обнаружения сильноэкранированного оружейного урана в объекте исследования, находящегося на морском дне.With the volume of scintillation gamma detectors 3 equal to 1400 cm 3 , N N = 6.7, and condition (5) is satisfied. In the case of using scintillation gamma detectors 3 based on BGO crystals with a diameter of 76 mm and a height of 76 mm, four gamma detectors are required for this. Therefore, the proposed device, in comparison with the prototype, has a higher probability of detecting a nuclear warhead in object 6 of the study containing 12 kg of weapons-grade uranium in a tungsten piston, and thus, the claimed result is achieved — increasing the likelihood of detecting highly shielded weapons-grade uranium in the object of study located on the seabed.

Источники информацииSources of information

1. Sudac D., Matika D. and Valcovic V. Detection of Explosives in Objects on the Bottom of the Sea // Application of Accelerators in Research and Industry, AIP Conf. Proceedings, Vol. 1099, 2009, pp. 574-577.1. Sudac D., Matika D. and Valcovic V. Detection of Explosives in Objects on the Bottom of the Sea // Application of Accelerators in Research and Industry, AIP Conf. Proceedings, Vol. 1099, 2009, pp. 574-577.

2. Алексахин В.Ю., Быстрицкий В.М., Замятин Н.И. и др. Применение метода меченых нейтронов для обнаружения опасных веществ под водой// Сборник докладов международной научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе». – М.: ВНИИА, 2012. – С. 555–567.2. Aleksakhin V.Yu., Bystritsky V.M., Zamyatin N.I. et al. Application of the tagged neutron method for the detection of hazardous substances under water // Collection of reports of the international scientific and technical conference “Portable neutron generators and technologies based on them”. - M.: VNIIIA, 2012. - S. 555-567.

3. Лайкин А.И., Гришин Д.С., Кызьюров В.С. и др. Опыт разработки погружного комплекса для идентификации взрывчатых, отравляющих и радиоактивных веществ в подводных потенциально-опасных объектах – «Варяг-ЧС» // Сборник докладов международной научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе». – М.: ВНИИА, 2012. – С. 525–534.3. Laikin A.I., Grishin D.S., Kyzyurov V.S. et al. Experience in the development of a submersible complex for the identification of explosive, poisonous and radioactive substances in underwater potentially hazardous objects - “Varyag-ChS” // Collection of reports of the international scientific and technical conference “Portable neutron generators and technologies based on them”. - M .: VNIIA, 2012. - S. 525–534.

4. Fetter S., Frolov A.V., Miller M. Detecting Nuclear Warheads // Science and Global security, Vol. 1, 1990, pp. 225 – 302.4. Fetter S., Frolov A.V., Miller M. Detecting Nuclear Warheads // Science and Global security, Vol. 1, 1990, pp. 225-302.

5. Сапожников Ю.А., Алиев Р.А., Калмыков С.Н. Радиоактивность окружающей среды. – М.: БИНОМ, 2006. – 286 С.5. Sapozhnikov Yu.A., Aliev R.A., Kalmykov S.N. Radioactivity of the environment. - M .: BINOM, 2006 .-- 286 p.

6. Гусев Н.Г., Машкович В.П., Суворов А.П. Физические основы защиты от излучений. – М.: Атомиздат, 1980. – 461 С.6. Gusev N.G., Mashkovich V.P., Suvorov A.P. The physical basis of radiation protection. - M .: Atomizdat, 1980 .-- 461 S.

7. Тустановский В.Т. Оценка точности и чувствительности активационного анализа. – М.: Атомиздат, 1976. – 192 С.7. Tustansky V.T. Assessment of the accuracy and sensitivity of activation analysis. - M .: Atomizdat, 1976. - 192 S.

Claims (1)

Устройство для обнаружения взрывчатых, отравляющих и делящихся веществ на морском дне, содержащее импульсный нейтронный дейтерий-дейтериевый генератор, сцинтилляционные гамма-детекторы и амплитудный анализатор с временным окном для измерения гамма-квантов радиационного захвата нейтронов, сцинтилляционные гамма-детекторы и импульсный нейтронный дейтерий-дейтериевый генератор присоединены к амплитудному анализатору, отличающееся тем, что сцинтилляционные гамма-детекторы размещены во фторсодержащем веществе, окружающем сцинтилляционные гамма-детекторы, амплитудный анализатор имеет временное окно для измерения гамма-квантов изотопа 16N, образующихся при взаимодействии нейтронов деления, испускаемых при облучении нейтронами объекта исследования, содержащего делящееся вещество, с фторсодержащим веществом, причем объем и расположение фторосодержащего вещества, а также объем и расположение сцинтилляционных гамма-детекторов должны быть такими, чтобы произведение скорости наработки изотопа 16N во фторсодержащем веществе нейтронами деления и вероятности регистрации гамма-квантов с энергией 6,13 МэВ, выходящих из фторсодержащего вещества, сцинтилляционными гамма-детекторами было не менее 6,25/T0, где T0 – время обнаружения.A device for detecting explosive, poisonous and fissile materials on the seabed, containing a pulsed neutron deuterium-deuterium generator, scintillation gamma detectors and an amplitude analyzer with a time window for measuring gamma rays of neutron radiation capture, scintillation gamma detectors and pulsed neutron deuterium-deuterium the generator is connected to an amplitude analyzer, characterized in that the gamma-ray scintillation detectors are placed in a fluorine-containing substance surrounding the scintillation ion gamma detectors, the amplitude analyzer has a time window for measuring gamma quanta of the 16 N isotope generated by the interaction of fission neutrons emitted during neutron irradiation of a test object containing fissile material with a fluorine-containing substance, the volume and location of the fluorine-containing substance, as well as the volume and the location of the scintillation gamma detectors must be such that the product of rate of use of the isotope 16 N in the fluorine-containing material and fission neutron detection probability and gamma-rays with an energy of 6.13 MeV, emerging from the fluorine-containing substance, gamma scintillation detector was not less than 6.25 / T 0, where T 0 - time detection.
RU2019126608U 2019-08-23 2019-08-23 Device for detecting explosive, poisonous and fissile materials on the seabed RU195097U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019126608U RU195097U1 (en) 2019-08-23 2019-08-23 Device for detecting explosive, poisonous and fissile materials on the seabed

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019126608U RU195097U1 (en) 2019-08-23 2019-08-23 Device for detecting explosive, poisonous and fissile materials on the seabed

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU195097U1 true RU195097U1 (en) 2020-01-15

Family

ID=69167530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019126608U RU195097U1 (en) 2019-08-23 2019-08-23 Device for detecting explosive, poisonous and fissile materials on the seabed

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU195097U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU207121U1 (en) * 2021-06-22 2021-10-13 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") Tagged neutron detection device for explosives with active radiation shielding

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5410575A (en) * 1993-01-27 1995-04-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Detection of buried nitrogen rich materials
RU2336523C1 (en) * 2007-07-04 2008-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК") Method of explosives detection and identification
RU152171U1 (en) * 2014-12-25 2015-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Gamma-scintillation scintillation detector
US20170254763A1 (en) * 2014-09-07 2017-09-07 Uniwersytet Jagiellonski Device And Method For Non-Invasive Detection Of Hazardous Materials In The Aquatic Environment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5410575A (en) * 1993-01-27 1995-04-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Detection of buried nitrogen rich materials
RU2336523C1 (en) * 2007-07-04 2008-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК") Method of explosives detection and identification
US20170254763A1 (en) * 2014-09-07 2017-09-07 Uniwersytet Jagiellonski Device And Method For Non-Invasive Detection Of Hazardous Materials In The Aquatic Environment
RU152171U1 (en) * 2014-12-25 2015-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Gamma-scintillation scintillation detector

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Алексахин В.Ю. и др. Применение метода меченых нейтронов для обнаружения опасных веществ под водой. Радиобиология. Экология и ядерная медицина. Письма в ЭЧАЯ. 2013. Т. 10, N 7 (184). С. 1384-1395. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU207121U1 (en) * 2021-06-22 2021-10-13 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") Tagged neutron detection device for explosives with active radiation shielding

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7151815B2 (en) Nonintrusive method for the detection of concealed special nuclear material
US5098640A (en) Apparatus and method for detecting contraband using fast neutron activation
US3222521A (en) Method and apparatus for measuring fissionable isotope concentration
RU195097U1 (en) Device for detecting explosive, poisonous and fissile materials on the seabed
Volborth et al. Oxygen Determination in Rocks, Minerals, and Water by Neutron Activation.
Aleksakhin et al. Use of the tagged neutron technique for detecting dangerous underwater substances
Barmakov et al. System of combined active and passive control of fissile materials and their nuclide composition in nuclear wastes
Veres et al. Nuclear photoactivation analyses by means of an 80-kCi 60 Co γ-radiation source
WO1990013900A1 (en) Photoneutron method of detection of explosives in luggage
RU2068571C1 (en) Method of distant detection of nuclear charges
Bystritsky et al. Study of the Associated Particle Imaging technique for the hidden explosives identification
RU2095796C1 (en) Method for detection and non-destructive analysis of materials which have nuclei of light elements
US3688118A (en) Selective neutron sensor
Tavakkoli Farsoni et al. Design and evaluation of a TNA explosive-detection system to screen carry-on luggage
Lane Fast Neutron Assay of Elemental Content of Bulk Samples
CN1062213A (en) Method and apparatus for testing explosives
Csikai Neutron-based techniques for the detection of concealed objects
Ronney et al. Active neutron interrogation package monitor
Kuplennikov et al. On the multipurpose use of a portable neutron source
Hagen et al. Detection of Special Nuclear Material in Cargo using Continuous Neutron Interrogation and Tension Metastable Fluid Detectors
Alfassi Use of delayed neutrons in activation analysis
KUZELEV et al. INSTRUMENTAL TECHNIQUE FOR THE DETECTION AND IDENTIFICATION OF RADIOACTIVE, FISSILE AND EXTRA HAZARDOUS SUBSTANCES
Ocherashvili et al. Fissile mass estimation using β-delayed γ-rays and neutrons from fast and epithermal induced fissions
RU8355U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING TYPE OF POISONING SUBSTANCES
SU405451A1 (en)