RU2065156C1 - Способ обнаружения оружия и взрывчатых веществ в контролируемых предметах - Google Patents
Способ обнаружения оружия и взрывчатых веществ в контролируемых предметах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2065156C1 RU2065156C1 RU92002293A RU92002293A RU2065156C1 RU 2065156 C1 RU2065156 C1 RU 2065156C1 RU 92002293 A RU92002293 A RU 92002293A RU 92002293 A RU92002293 A RU 92002293A RU 2065156 C1 RU2065156 C1 RU 2065156C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- density
- explosives
- threshold value
- sections
- radiation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Использование: анализ материалов радиационными методами путем измерения вторичной эмиссии с использованием нейтронов, а также облучения образца рентгеновскими лучами. Сущность изобретения: контролируемые предметы облучают сначала рентгеновским излучением, находят участки с плотностью неорганических и органических материалов выше установленного порога и определяют геометрическую форму участков с плотностью неорганических материалов выше установленного порогового значения. После этого участки с плотностью органических материалов выше установленного порога облучают потоком тепловых нейтронов. Наличие оружия и взрывчатых веществ устанавливают с помощью информативных параметров, в качестве которых используют величину ослабления рентгеновского излучения предметами в зависимости от атомного номера материала их участков и длины волны рентгеновского излучения, геометрическую форму участков с плотностью неорганических материалов выше установленного порога и интенсивность вторичного гамма-излучения, зарегистрированного при облучении участков с плотностью органических материалов выше порогового значения потоком тепловых нейтронов. 4 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области анализа материалов радиационными методами измерением вторичной эмиссии с использованием нейтронов, а также облучением образца рентгеновскими лучами, и может быть использовано для обнаружения оружия и взрывчатых веществ (ВВ) среди содержимого различных контролируемых предметов (портфели, сумки, радиои видеоаппаратура, баулы, чемоданы, почтовые отправления и т.п.) без их вскрытия.
Известен способ (европейский патент N 0336634, кл. G 01 V 5/00, 1989 г. ), принятый за прототип, заключающийся:
в облучении контролируемых предметов сначала тепловыми нейтронами, измерении вторичного гамма-излучения и обнаружении по его интенсивности в отдельных частях контролируемых предметов азота в количествах, обычно содержащихся в ВВ;
в детектировании, затем в контролируемых предметах металла, если обнаруженное количество азота оказалось ниже обычно содержащегося в ВВ, с последующим принятием решения о возвращении предмета владельцу (или его погрузке в транспортное средство) или о его задержании для визуального досмотра при обнаружении внутри предмета металлических изделий, могущих быть оружием (пистолеты, автоматы, гранаты в металлическом корпусе и т.п.);
в облучении контролируемых предметов рентгеновским излучением, если обнаруженное количество азота соответствует количеству обычно содержащемуся в ВВ, регистрации прошедшего излучения, анализе участков предмета с повышенным содержанием азота путем визуального рассмотрения их изображения на дисплее и принятии решения о возвращении предмета владельцу (или погрузке его в транспортное средство), его задержании для визуального досмотра или направлении на детектирование металла;
в детектировании в контролируемых предметах металла, если при облучении их рентгеновским излучением обнаружены изделия, по внешним очертаниям которых можно идентифицировать их как оружие, и принятие решения о возвращении предмета владельцу (или погрузке его в транспортное средство) или задержании его для визуального досмотра.
в облучении контролируемых предметов сначала тепловыми нейтронами, измерении вторичного гамма-излучения и обнаружении по его интенсивности в отдельных частях контролируемых предметов азота в количествах, обычно содержащихся в ВВ;
в детектировании, затем в контролируемых предметах металла, если обнаруженное количество азота оказалось ниже обычно содержащегося в ВВ, с последующим принятием решения о возвращении предмета владельцу (или его погрузке в транспортное средство) или о его задержании для визуального досмотра при обнаружении внутри предмета металлических изделий, могущих быть оружием (пистолеты, автоматы, гранаты в металлическом корпусе и т.п.);
в облучении контролируемых предметов рентгеновским излучением, если обнаруженное количество азота соответствует количеству обычно содержащемуся в ВВ, регистрации прошедшего излучения, анализе участков предмета с повышенным содержанием азота путем визуального рассмотрения их изображения на дисплее и принятии решения о возвращении предмета владельцу (или погрузке его в транспортное средство), его задержании для визуального досмотра или направлении на детектирование металла;
в детектировании в контролируемых предметах металла, если при облучении их рентгеновским излучением обнаружены изделия, по внешним очертаниям которых можно идентифицировать их как оружие, и принятие решения о возвращении предмета владельцу (или погрузке его в транспортное средство) или задержании его для визуального досмотра.
Способ-прототип, по которому контролируемые предметы облучаются потоком тепловых нейтронов и по вторичному гамма-излучению определяется в каждом участке этих предметов количество азота, сравниваемого с количеством обычно содержащемся в ВВ, не позволяет однако использовать источники с меньшим потоком нейтронов иначе, как без снижения производительности процесса (количество предметов, прошедших контроль за 1 ч) и (или) увеличения площади детектирования гамма-излучения. Это связано с тем, что для идентификации ВВ в любом участке контролируемого предмета необходимо достижение определенной (пороговой) величины информативности. Величина информативности тем выше, чем больше время измерения вторичного гамма-излучения, поток нейтронов и площадь детектирования гамма-излучения. Таким образом, используя источники с меньшим потоком нейтронов, необходимо для достижения пороговой величины информативности увеличить время измерения вторичного гамма-излучения при сканировании каждого участка контролируемых предметов или увеличить площадь детектирования вторичного гамма-излучения. Однако увеличение времени измерения гамма-излучения при сканировании каждого участка контролируемых предметов приводит к увеличению времени контроля предмета в целом и, следовательно, к снижению производительности процесса контроля. С другой стороны, при данной массе находящегося в отдельном участке контролируемого предмета ВВ (и, следовательно, при данной массе азота ВВ) величина информативности тем больше, чем меньше объем этого участка (и, следовательно, масса азота воздуха, в нем содержащегося) и соответственно площадь детектирования гамма-излучения (площадь поперечного сечения детектора гамма-излучения при реализации способа). Таким образом, увеличение площади детектирования гамма-излучения повышает величину фоновой компоненты от азота воздуха, снижает величину информативности и, следовательно, снижает вероятность идентификации ВВ.
Кроме того, способ-прототип не позволяет сократить общее время контроля предметов и тем самым повысить производительность процесса контроля и упростить его. Это объясняется тем, что облучение контролируемых предметов рентгеновским излучением с последующим анализом их изображения на дисплее не позволяет с необходимой достоверностью идентифицировать отдельные изделия как оружие. Исключение составляют случаи, когда среди содержимого контролируемых предметов находится незамаскированное специальным образом огнестрельное и холодное оружие, например гранаты в неметаллических корпусах, обнаружение которых может быть осуществлено визуально по их характерной внешней форме. Поэтому в способе-прототипе, наряду с рентгеновским анализом, предусмотрена дополнительная операция детектирование металла среди содержимого контролируемых предметов, которая требует как дополнительного времени, так и соответствует технической реализации.
В государствах СНГ и других государствах мира стали реалиями систематические пиратские действия по захвату и угону самолетов с применением оружия, взрывы на улицах, в зданиях, на железнодорожном и в общественном транспорте, террористические акты в отношении отдельных государственных и политических деятелях, контрабандный провоз оружия, закладка взрывных устройств в почтовые отправления. Только в 1990 1991 годах было совершено свыше 30 угонов или попыток угона самолетов Аэрофлота, в том числе с применением оружия, свыше 100 взрывов в поездах, унесших более 100 жизней, а также взрывы на Московском вокзале в Санкт-Петербурге, в почтовых отправлениях в Днепропетровске и т. д. Решение этой проблемы, например на транспорте прежде всего на авиационном введение 100%-го контроля ручной клади и багажа пассажиров на наличие в них оружия и ВВ.
Таким образом возникла общественная необходимость в создании способов и реализующих их технических средств обнаружения оружия и ВВ.
Широкое распространение в настоящее время получил способ обнаружения огнестрельного и холодного оружия, гранат в металлических корпусах, патронов путем облучения контролируемого багажа или ручной клади рентгеновским излучением и анализом их изображения на дисплее. Однако этот способ не обеспечивает обнаружения ВВ.
Один из способов обнаружения ВВ основан на определении наличия азота, содержащегося практически во всех современных и широко используемых ВВ, путем облучения последних тепловыми нейтронами с последующей регистрацией вторичного гамма-излучения с энергией 10,8 МэВ. При этом для формирования поля тепловых нейтронов используют обычно радионуклидный источник быстрых нейтронов с последующим замедлением их до тепловой энергии.
Для обнаружения азотосодержащих веществ за время измерения tизм при заданной вероятности правильного обнаружения Рпо и вероятности ложной тревоги Рлт, необходимо выполнение условия
I ≥ Iпор, (1)
где
(2)
(3)
(4)
(5)
Iпор пороговая информативность;
I информативность устройства;
nэ скорость счета при регистрации блоками детектирования гамма-излучения с энергией около 10,8 МэВ, испускаемого при взаимодействии тепловых нейтронов с азотом ВВ, имп/с;
nф скорость счета при регистрации блоками детектирования гамма-излучения с энергией около 10,8 МэВ, испускаемого при взаимодействии тепловых нейтронов с азотом воздуха, облучаемого тепловыми нейтронами (фон), имп./c;
nк скорость счета при регистрации блоками детектирования гамма-излучения с энергией около 10,8 МэВ, обусловленного космической компонентой фона, имп. /с;
средняя плотность потока тепловых нейтронов в объеме, где располагается контролируемый предмет или его часть, нейтрон/см2•c;
σ сечение (n, g) реакции на азоте, см2;
e выход гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ на один захват нейтрона;
р число ядер азота в 1 г азота, г-1;
S площадь поперечного сечения чувствительного элемента (сцинтиллятора) блока детектирования гамма-излучения, см2;
h эффективность регистрации блоком детектирования гамма-квантов в энергетическом интервале около 10,8 МэВ;
Мвв масса азота в ВВ, г;
М масса азота воздуха в объеме, где располагается контролируемый предмет или его часть, г;
a расстояние от центра ВВ до эффективного центра чувствительного элемента блока детектирования гамма-излучения, см;
b расстояние от центра объема, где располагается контролируемый предмет или его часть, до эффективного центра чувствительного элемента блока детектирования гамма-излучения, см.
I ≥ Iпор, (1)
где
Iпор пороговая информативность;
I информативность устройства;
nэ скорость счета при регистрации блоками детектирования гамма-излучения с энергией около 10,8 МэВ, испускаемого при взаимодействии тепловых нейтронов с азотом ВВ, имп/с;
nф скорость счета при регистрации блоками детектирования гамма-излучения с энергией около 10,8 МэВ, испускаемого при взаимодействии тепловых нейтронов с азотом воздуха, облучаемого тепловыми нейтронами (фон), имп./c;
nк скорость счета при регистрации блоками детектирования гамма-излучения с энергией около 10,8 МэВ, обусловленного космической компонентой фона, имп. /с;
σ сечение (n, g) реакции на азоте, см2;
e выход гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ на один захват нейтрона;
р число ядер азота в 1 г азота, г-1;
S площадь поперечного сечения чувствительного элемента (сцинтиллятора) блока детектирования гамма-излучения, см2;
h эффективность регистрации блоком детектирования гамма-квантов в энергетическом интервале около 10,8 МэВ;
Мвв масса азота в ВВ, г;
М масса азота воздуха в объеме, где располагается контролируемый предмет или его часть, г;
a расстояние от центра ВВ до эффективного центра чувствительного элемента блока детектирования гамма-излучения, см;
b расстояние от центра объема, где располагается контролируемый предмет или его часть, до эффективного центра чувствительного элемента блока детектирования гамма-излучения, см.
Выражения (3), (4) и (5) составлены при следующих предположениях:
фоновая компонента при взаимодействии нейтронов с материалом сцинтиллятора и конструкционными материалами отсутствует (достигается применением соответствующих конструкционных материалов и принятием специальных мер по подавлению этой компоненты фона, что подтверждено исследованиями авторов на макете устройства);
вся масса ВВ сосредоточена в его центре, а масса воздуха облучаемого объема в центре этого объема.
фоновая компонента при взаимодействии нейтронов с материалом сцинтиллятора и конструкционными материалами отсутствует (достигается применением соответствующих конструкционных материалов и принятием специальных мер по подавлению этой компоненты фона, что подтверждено исследованиями авторов на макете устройства);
вся масса ВВ сосредоточена в его центре, а масса воздуха облучаемого объема в центре этого объема.
Подставив (4) и (5) в (3), а (3) в (1), получаем условие, при выполнении которого возможна идентификация азотосодержащего вещества
(6)
где
Для успешного решения задачи по обнаружению ВВ необходимо измерить распределение азотосодержащих веществ в контролируемом предмете и тем самым получить информацию, позволяющую отличить компактное ВВ от других изделий и продуктов, занимающих значительно больший объем в сравнении с ВВ. Так, например, 200 г тетрила по содержанию азота эквивалентны 1300 г колбасы твердого копчения, 1700 г мяса, 400 г шерсти или 1700 г хлопчатобумажной ткани. Однако при объеме 200 г тетрила около 120 см3 объемы перечисленных продуктов питания и материалов составляют 1600, 1900, 6500 и 3000 см3 соответственно.
где
Для успешного решения задачи по обнаружению ВВ необходимо измерить распределение азотосодержащих веществ в контролируемом предмете и тем самым получить информацию, позволяющую отличить компактное ВВ от других изделий и продуктов, занимающих значительно больший объем в сравнении с ВВ. Так, например, 200 г тетрила по содержанию азота эквивалентны 1300 г колбасы твердого копчения, 1700 г мяса, 400 г шерсти или 1700 г хлопчатобумажной ткани. Однако при объеме 200 г тетрила около 120 см3 объемы перечисленных продуктов питания и материалов составляют 1600, 1900, 6500 и 3000 см3 соответственно.
Принципиальным вопросом при создании способов и реализующих их технических средств для обнаружения ВВ является установление того минимального количества ВВ, которое должно быть идентифицировано. Очевидно, что за этот минимум целесообразно принять такое количество ВВ, которое в случае приведения его в действие представляло бы опасность для общества, т.е. могло бы нанести тяжкие телесные повреждения окружающим и причинить материальный ущерб. Нормированного значения этой величины в мировом сообществе пока не введено. Однако имеющийся у предприятия некоторый опыт работы по созданию подобных устройств, а также мнение специалистов ряда заинтересованных организаций, в том числе и зарубежных, позволяет принять в качестве ориентира 200 г ВВ (около 50 г азота) как минимальное количество, подлежащее идентификации.
Используя условие (6), представляется возможным оценить плотность потока тепловых нейтронов 
и поток нейтронов применяемых источников при реализации способа-прототипа устройством по патенту N 0336634 при следующих исходных данных.
Рпо 0,95; Рлт 0,01; Iпор 7,1; σ=8•10-26 см2; ε=0,12; Р 8,57•1022 ядер в 1 г азота; Мвв 50 г;
сцинтиллятор детектора из йодистого натрия с размерами диаметром 75 х 75 мм;
S 44 см2;
η≈0,06 (расчетная оценка, выполненная с использованием экспериментально определенной авторами величины эффективности для детектора со сцинтиллятором из йодистого натрия с размерами 150 х 100 мм);
nк ≈ имп./с (расчетная оценка, выполненная с использованием усредненных данных, полученных авторами на макете устройства с детектором, содержащим сцинтиллятор из йодистого натрия с диаметром 150 х 100 мм);
M 11 г (в предположении, что облучаемый одним источником нейтронов объем, сканируемый тремя детекторами диаметром 75 х 75 мм, составляет 100 х 270 х 400 мм, где высота 400 мм принята исходя из предельных размеров багажа 400 х 600 х 900 мм);
a 43,8 (соответствует расположению ВВ на продольной оси детектора и на максимальном удалении от эффективного центра сцинтиллятора);
b 23,8 см (соответствует расстоянию от центра облучаемого объема до эффективного центра сцинтиллятора).
сцинтиллятор детектора из йодистого натрия с размерами диаметром 75 х 75 мм;
S 44 см2;
η≈0,06 (расчетная оценка, выполненная с использованием экспериментально определенной авторами величины эффективности для детектора со сцинтиллятором из йодистого натрия с размерами 150 х 100 мм);
nк ≈ имп./с (расчетная оценка, выполненная с использованием усредненных данных, полученных авторами на макете устройства с детектором, содержащим сцинтиллятор из йодистого натрия с диаметром 150 х 100 мм);
M 11 г (в предположении, что облучаемый одним источником нейтронов объем, сканируемый тремя детекторами диаметром 75 х 75 мм, составляет 100 х 270 х 400 мм, где высота 400 мм принята исходя из предельных размеров багажа 400 х 600 х 900 мм);
a 43,8 (соответствует расположению ВВ на продольной оси детектора и на максимальном удалении от эффективного центра сцинтиллятора);
b 23,8 см (соответствует расстоянию от центра облучаемого объема до эффективного центра сцинтиллятора).
Результаты вычислений:
при t 1 c
Принимая во внимание, что величина потока нейтронов источника Q, необходимая для создания единичной плотности тепловых нейтронов в точке, состоящей от центра источника на 50 см, равна примерно 2•104 (см. например, статью В. И. Фоминых и О. А. Мигунькова "Направленный излучатель тепловых нейтронов "Прожектор" в сб. "Исследования в области измерений ионизирующих излучений. Труды метрологических институтов СССР", вып. 166(226), "Энергия" Ленинградское отделение, 1974), получаем, что в устройстве, реализующем способ-прототип, должны использоваться источники с потоком нейтронов: Q 2•104 x 2•106 4•1010 нейтрон/с при времени измерения каждого участка контролируемого предмета 1 с.
при t 1 c
Принимая во внимание, что величина потока нейтронов источника Q, необходимая для создания единичной плотности тепловых нейтронов в точке, состоящей от центра источника на 50 см, равна примерно 2•104 (см. например, статью В. И. Фоминых и О. А. Мигунькова "Направленный излучатель тепловых нейтронов "Прожектор" в сб. "Исследования в области измерений ионизирующих излучений. Труды метрологических институтов СССР", вып. 166(226), "Энергия" Ленинградское отделение, 1974), получаем, что в устройстве, реализующем способ-прототип, должны использоваться источники с потоком нейтронов: Q 2•104 x 2•106 4•1010 нейтрон/с при времени измерения каждого участка контролируемого предмета 1 с.
Одной из важнейших характеристик способов и реализующих их устройств для обнаружения ВВ в различных предметах, в частности в авиабагаже, является их производительность, т. е. количество единиц багажа, прошедших контроль, в единицу времени:
G
, ед. багажа/ч при непрерывной работе средства транспортирования;
G
, ед. багажа/ч при работе средства транспортирования с остановами на время измерения каждого участка контролируемых предметов,
где l предельная длина багажа с включением в нее длины промежутка между двумя смежными багажами, м;
V скорость перемещения грузонесущего органа средства транспортирования, м/c;
tизм время измерения гамма-излучения, с;
tпер время перемещения багажа между двумя остановами средства транспортирования, с.
G
G
где l предельная длина багажа с включением в нее длины промежутка между двумя смежными багажами, м;
V скорость перемещения грузонесущего органа средства транспортирования, м/c;
tизм время измерения гамма-излучения, с;
tпер время перемещения багажа между двумя остановами средства транспортирования, с.
Принимая V 0,1 м/с (аналогично скорости транспортера в устройстве, реализующем способ-прототип), а l 1 м, получаем производительность устройства с непрерывной подачей багажа, равную G 360 ед. багажа/ч, что может считаться приемлемым при осуществлении контроля багажа авиапассажиров широкофюзеляжного самолета типа ИЛ 86.
При такой же производительности устройства, средство транспортирования которого делает остановы на время измерения, и принимая tпер 2 с, имеем
И, наконец, несмотря на твердую решимость руководителей многих государств принять всем меры по созданию системы безопасности, которая могла бы помешать исполнению задуманного террористами преступления или была способна обнаружить ВВ, одним из главных препятствий является весьма высокая стоимость реализации этой системы. Одной из дорогостоящих составляющих в них являются источники нейтронов, в качестве которых наиболее предпочтителен калифорний-252. В устройстве, реализующем способ-прототип, как следует из описания изобретения по патенту N 0336 634, считается оптимальным использование одного источника на три детектора. Если принять, что в одну линию поперек направления транспортирования багажа предельной ширины 600 мм размещены по 6 детекторов с каждой стороны транспортера, то общее количество источников, используемых в этом устройстве 4 шт. (суммарный поток нейтронов 4•1010•4 1,6•1011 нейтрон/с. Стоимость закрытого радионуклидного источника калифорний-252 с потоком нейтронов 1•108 нейтрон/с составляет около 50 тыс. руб. (в ценах середины 1992 г.) и возрастает примерно пропорционально с возрастанием потока нейтронов. Таким образом, стоимость комплекса источников в устройстве, реализующем способ-прототип, составляет
при времени измерения одного участка контролируемого предмета 1 с.
И, наконец, несмотря на твердую решимость руководителей многих государств принять всем меры по созданию системы безопасности, которая могла бы помешать исполнению задуманного террористами преступления или была способна обнаружить ВВ, одним из главных препятствий является весьма высокая стоимость реализации этой системы. Одной из дорогостоящих составляющих в них являются источники нейтронов, в качестве которых наиболее предпочтителен калифорний-252. В устройстве, реализующем способ-прототип, как следует из описания изобретения по патенту N 0336 634, считается оптимальным использование одного источника на три детектора. Если принять, что в одну линию поперек направления транспортирования багажа предельной ширины 600 мм размещены по 6 детекторов с каждой стороны транспортера, то общее количество источников, используемых в этом устройстве 4 шт. (суммарный поток нейтронов 4•1010•4 1,6•1011 нейтрон/с. Стоимость закрытого радионуклидного источника калифорний-252 с потоком нейтронов 1•108 нейтрон/с составляет около 50 тыс. руб. (в ценах середины 1992 г.) и возрастает примерно пропорционально с возрастанием потока нейтронов. Таким образом, стоимость комплекса источников в устройстве, реализующем способ-прототип, составляет
при времени измерения одного участка контролируемого предмета 1 с.
Таким образом задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение стоимости осуществления способа обнаружения оружия и ВВ в контролируемых предметах без снижения производительности процессе контроля.
При осуществлении изобретения достигается технический результат, заключающийся в том, что при сохранении вероятности идентификации ВВ снижается суммарная активность (суммарный поток) используемых при осуществлении способа источников нейтронов, упрощается способ и повышается производительность контроля.
В известном способе, заключающемся в облучении контролируемых предметов по отдельности потоком тепловых нейтронов с регистрацией вторичного гамма-излучения и рентгеновским излучением с регистрацией прошедшего через контролируемые предметы излучения, определении информативных параметров и использовании их для установления наличия оружия и взрывчатых веществ:
контролируемые предметы облучают сначала рентгеновским излучением, находят участки с плотностью неорганических и органических материалов выше установленного порогового значения и определяют геометрическую форму участков с плотностью неорганических материалов выше установленного порогового значения;
после этого участки с плотностью органических материалов выше установленного порогового значения облучают потоком тепловых нейтронов;
используют в качестве информативных параметров величину ослабления рентгеновского излучения контролируемыми предметами в зависимости от атомного номера материала их участков и длины волны рентгеновского излучения, геометрическую форму участков с плотностью неорганических материалов выше установленного порогового значения и интенсивность вторичного гамма-излучения, зарегистрированного при облучении участков с плотностью органических материалов выше порогового значения потоком тепловых нейтронов.
контролируемые предметы облучают сначала рентгеновским излучением, находят участки с плотностью неорганических и органических материалов выше установленного порогового значения и определяют геометрическую форму участков с плотностью неорганических материалов выше установленного порогового значения;
после этого участки с плотностью органических материалов выше установленного порогового значения облучают потоком тепловых нейтронов;
используют в качестве информативных параметров величину ослабления рентгеновского излучения контролируемыми предметами в зависимости от атомного номера материала их участков и длины волны рентгеновского излучения, геометрическую форму участков с плотностью неорганических материалов выше установленного порогового значения и интенсивность вторичного гамма-излучения, зарегистрированного при облучении участков с плотностью органических материалов выше порогового значения потоком тепловых нейтронов.
Указанная совокупность отличительных от прототипа существенных признаков изобретения позволяет осуществить следующее.
1) Снизить суммарную активность (суммарный поток) используемых при осуществлении способа источников нейтронов без увеличения площади детектирования гамма-излучения за счет увеличения времени измерения вторичного гамма-излучения при облучении тепловыми нейтронами тех участков контролируемых предметов, где по результатам рентгеновского контроля были обнаружены органические материалы с плотностью, превышающей пороговое значение. При этом сохраняется или даже сокращается общее время, которое необходимо было бы затратить на сканирование всех участков контролируемого предмета, т.е. производительность процесса контроля по крайней мере не снижается. Одновременно сохраняется и вероятность идентификации ВВ, поскольку снижение потока нейтронов компенсируется увеличением времени измерения вторичного гамма-излучения так, что заданный уровень информативности остается неизменным.
2) Упростить способ за счет исключения операции детектирования металла как приема обнаружения огнестрельного и холодного оружия, а также гранат и прочих взрывных устройств в металлических корпусах. Обнаружение этих видов оружия ведется в процессе рентгеновского контроля путем нахождения в контролируемых предметах участков с плотностью неорганических материалов выше порогового значения, соответствующего плотности металла, и определения их геометрической формы, характерной для определенного вида оружия. При этом повышается производительность процесса контроля, поскольку исключается детектирование металла как отдельная операция обнаружения оружия.
При этом в качестве информативного параметра при определении участков контролируемых предметов с плотностью неорганических и органических материалов выше установленного порогового значения используют величину ослабления рентгеновского излучения контролируемыми предметами в зависимости от атомного номера материала их участков и длины волны рентгеновского излучения. Для установления наличия в контролируемых предметах огнестрельного и холодного оружия, гранат в металлических корпусах дополнительно используют в качестве информационного параметра геометрическую форму участков с плотностью неорганических материалов выше порогового значения, а для установления наличия ВВ интенсивность вторичного гамма-излучения, зарегистрированного при облучении участков с плотностью органических материалов выше порогового значения потоком тепловых нейтронов.
На фиг. 1 показана схема реализации способа; на фиг. 2 общий вид установки для обнаружения ВВ (продольный разрез); на фиг. 3 разрез А А; на фиг. 4 Б Б.
Заявляемый способ осуществляется следующими образом.
Контролируемый предмет, например багаж авиапассажира, по транспортеру 1 подают в рентгеновскую установку специального назначения 2, где багаж облучают рентгеновским излучением и по величине ослабления его в зависимости от атомного номера материала участков багажа и длины волны рентгеновского излучения находят участки с плотностью неорганических и органических материалов выше установленного порогового значения и определяют геометрическую форму участков с плотностью неорганических материалов выше установленного порогового значения. Если найден участок (участки) с плотностью неорганического материала выше порогового значения, соответствующего плотности металла, а геометрическая форма его характерна для внешнего вида пистолета, автомата, ножа, гранаты и т.п. то этот багаж по транспортерам 3, 4 и 5 направляют на специальный визуальный досмотр. Если найден участок (участки) с плотностью органического материала выше установленного порогового значения, соответствующего плотности ВВ, то багаж по транспортеру 3 направляют в устройство для обнаружения ВВ 6. В этом устройстве найденный участок (участки) с плотностью органического материала выше порогового значения облучают потоком тепловых нейтронов и регистрируют вторичное гамма-излучение с энергией 10,8 МэВ. Если интенсивность этого гамма-излучения превышает определенное пороговое значение, то делают вывод о наличии азота в количестве, обычно содержащемся в ВВ, и направляют багаж по транспортерам 7 и 5 на специальный визуальный досмотр. Если интенсивность гамма-излучения ниже порогового значения, то делают вывод об отсутствии азота в количестве, обычно содержащемся в ВВ, и багаж по транспортерам 7 и 8 возвращают владельцу или направляют на погрузку в самолет. В случае, если в результате контроля в рентгеновской установке 2 не обнаружены участки c плотностью неорганических и органических материалов выше установленного порогового значения, то багаж по транспортерам 3, 9 и 8 возвращают владельцу или направляют на погрузку в самолет.
Заявленный способ может быть реализован при помощи устройства, включающего:
специализированную рентгеновскую систему E-Scan 2 разработки и производства EG&G Astrophysics Research Corporation (Лонг-Бич, Калифорния, США);
установку для обнаружения ВВ 6 разработки МГП "РАТЭК";
транспортеры 3, 4, 5, 8 и 9 для перемещения контролируемых предметов в процессе их досмотра на наличие оружия и ВВ.
специализированную рентгеновскую систему E-Scan 2 разработки и производства EG&G Astrophysics Research Corporation (Лонг-Бич, Калифорния, США);
установку для обнаружения ВВ 6 разработки МГП "РАТЭК";
транспортеры 3, 4, 5, 8 и 9 для перемещения контролируемых предметов в процессе их досмотра на наличие оружия и ВВ.
Сведения о рентгеновской системе E-Scan содержатся:
в статье Patrick Flanagan, "Technology vs. terror", EUSA 1989, N 7, рр. 46-49, 51;
в проспекте и информационных листах фирмы EG&G Astrophysics (имеются в распоряжении МГП "РАТЭК"). Кроме того, МГП "РАТЭК" располагает двумя модификациями образцов системы Е-Scan, представленными фирмой EG&G Astropysics для проведения работ по созданию системы обнаружения оружия и ВВ.
в статье Patrick Flanagan, "Technology vs. terror", EUSA 1989, N 7, рр. 46-49, 51;
в проспекте и информационных листах фирмы EG&G Astrophysics (имеются в распоряжении МГП "РАТЭК"). Кроме того, МГП "РАТЭК" располагает двумя модификациями образцов системы Е-Scan, представленными фирмой EG&G Astropysics для проведения работ по созданию системы обнаружения оружия и ВВ.
Принцип действия системы E-Scan заключается в следующем. Большинство органических материалов состоит главным образом из водорода (атомный номер 1), углерода (6), азота (7) и кислорода (8). Наиболее широко распространенные металлы имеют атомные номера от 13 (алюминий) до 30 (цинк). Кремний и кальций, входящие в состав стекла, имеют атомные номера 14 и 20 соответственно. При прохождении рентгеновских лучей через слой вещества начальная их интенсивность уменьшается за счет ослабления, происходящего из-за поглощения рентгеновских фотонов веществом и изменения их направления при рассеянии. Степень поглощения быстро растет с увеличением атомного номера и длины волны рентгеновского излучения. Таким образом, формируя рентгеновские изображения одновременно при разных уровнях высокого напряжения в рентгеновской трубке (разные длины волн), система вычисляет величину ослабления, позволяя различать органические и неорганические материалы и формировать их изображения через оранжевый и синий фильтpы с разной степенью плотности. В тех случаях, когда в одном и том же объекте происходит наложение органических и неорганических материалов или когда большая плотность объекта не позволяет рентгеновским лучам проникнуть через него, используются оба фильтра, синий и оранжевый, в результате чего получается зеленый цвет. Такие системы значительно облегчают труд операторов при идентификации предметов: цветные дисплеи отображают органические материалы оранжевым цветом разной насыщенности в зависимости от плотности материала, неорганические синим, а оружие получается на экране ярко-зеленым. Конструктивно система E-Scan состоит из корпуса с радиационной защитой, внутри которого размещены рентгеновская трубка и матрица из светодиодов, регистрирующих прошедшее через контролируемый предмет излучение, аппаратура, обеспечивающая работу рентгеновской трубки и обработку информации, средство отображения информации (цветной дисплей) пульт управления и транспортер для перемещения контролируемого предмета через облучаемый рентгеновскими лучами объем корпуса.
Установка для обнаружения ВВ включает размещенные в радиационной защите 10 блок излучателя тепловых нейтронов 11 с излучающей нейтроны поверхностью 12, блок детектирования гамма-излучения 13 и средство транспортирования 14 контролируемых предметов 15, а также аппаратуру обработки поступающей с блоков детектирования гамма-излучения информации и систему управления перемещениями средства транспортирования 15, блока излучателя 11 и блока детектирования 12 (на фиг. не показаны). Блок излучателя тепловых нейтронов 11 расположен под грузовой поверхностью средства транспортирования 14, а блок детектирования гамма-излучения 13 над ней. При этом расстояние между торцом чувствительного элемента блока детектирования гамма-излучения и грузовой поверхностью средства транспортирования не меньше предельной ширины контролируемых предметов (см. фиг. 2). Излучающая нейтроны поверхность 12 блока излучателя обращена в сторону чувствительного элемента блока детектирования гамма-излучения 13, причем продольные оси их перпендикулярны грузовой поверхности средства транспортирования и совпадают. Блок излучателя тепловых нейтронов 11 и блок детектирования гамма-излучения 13 снабжены приводами (на фиг. не показаны), которые обеспечивают совместное перемещение их в поперечном к перемещению контролируемых предметов направлении (по линии а а, см. фиг. 4). Размер излучающей нейтроны поверхности 12 блока излучателя выбирается исходя из необходимого геометрического разрешения при облучении участков предметов с учетом площади поперечного сечения чувствительного элемента блока детектирования гамма-излучения 13.
Работа при помощи этой установки осуществляется следующим образом. В результате контроля предмета на рентгеновской установке 2 находится участок (участки) с повышенной концентрацией органического материала. Оператор установки на пульте ее управления набирает координаты этого участка, которые передаются в систему управления установки для обнаружения ВВ. Контролируемый предмет по транспортеру 3 подается на средство транспортирование 14 установки для обнаружения ВВ, которое перемещает контролируемый предмет 15 до совмещения намеченного для облучения нейтронами участка (показан пунктиром на фиг. 4), с осью а а, как это показано на фиг. 4. После этого по сигналам, сформированным системой управления, блок излучателя тепловых нейтронов 11 и блок детектирования гамма-излучения 13 путем перемещения вдоль оси а а (фиг. 4) устанавливаются по оси б б (фиг. 3), проходящей через центр 0 участка предмета, указанного на фиг. 4. В результате этого упомянутый участок контролируемого предмета оказывается на время измерения в поле тепловых нейтронов, которые взаимодействуют с азотом ВВ (в случае его наличия в этом месте предмета), а вторичное гамма-излучение с энергией гамма-квантов 10,8 МэВ регистрируется блоком детектирования. Информация, поступающая с него, обрабатывается по специальному алгоритму, который обеспечивает принятие решения о наличии или отсутствии ВВ в контролируемом предмете.
Возможность достижения технического результата при осуществлении изобретения подтверждается выполненными на предприятии расчетно-экспериментальными оценками.
Используя условие (6) оценим плотность потока тепловых нейтронов 
и поток нейтронов применяемого источника в устройстве, реализующем заявленный способ, при следующих исходных данных.
Рпо 0,95; Рлт 0,01; Iпор 7,1; σ=80•10-26 см2; ε=0,12; p 8,57•1022 ядер в 1 г азота; Мвв 50 г;
сцинтиллятор детектора из йодистого натрия с диаметром 150 х 100 мм;
S 177 см2;
η=0,3 (экспериментально определенная на предприятии величина для детектора со сцинтиллятором из йодистого натрия с диаметром 150 х 100 мм);
nк 0,15 (экспериментально определенная величина на макете устройства);
М 16 г (в предположении, что облучаемый блоком излучателя тепловых нейтронов объем, сканируемый детектором диаметром 150 х 100 мм, составляет 200 х 200 х 400 мм, где 400 мм предельная высота предмета);
a 45 см (соответствует расположению ВВ на продольной оси детектора и на максимальном удалении от эффективного центра сцинтиллятора);
b 25 см (соответствует расстоянию от центра облучаемого объема до эффективного центра сцинтиллятора).
сцинтиллятор детектора из йодистого натрия с диаметром 150 х 100 мм;
S 177 см2;
η=0,3 (экспериментально определенная на предприятии величина для детектора со сцинтиллятором из йодистого натрия с диаметром 150 х 100 мм);
nк 0,15 (экспериментально определенная величина на макете устройства);
М 16 г (в предположении, что облучаемый блоком излучателя тепловых нейтронов объем, сканируемый детектором диаметром 150 х 100 мм, составляет 200 х 200 х 400 мм, где 400 мм предельная высота предмета);
a 45 см (соответствует расположению ВВ на продольной оси детектора и на максимальном удалении от эффективного центра сцинтиллятора);
b 25 см (соответствует расстоянию от центра облучаемого объема до эффективного центра сцинтиллятора).
Принимая время измерения одного участка контролируемого предмета t 2 c, число участков в каждом предмете, подлежащих контролю путем облучения нейтронами, не более трех (суммарное время измерения 6 с) и время перемещения предмета tпер 2 с, что обеспечивает производительность устройства, реализующего заявленный способ, не меньшую, чем в устройстве, реализующем способ-прототип, получаем
При этом поток нейтронов применяемого в блоке излучателя источника составит
Q 2•104•6,3•104 1,3• 109 нейтрон/с,
что меньше, чем суммарный поток нейтронов (активность) и стоимость источника в способе-прототипе в
Далее производительность процесса контроля в способе-прототипе составляет
считая, что предмет проходит контроль в течение 10 с в установке для обнаружения ВВ и 10 с в металлодетекторе,
или
если предмет проходит контроль в течение 10 с в установке для обнаружения ВВ, 10 с в рентгеновской установке и 10 с в металлодетекторе.
При этом поток нейтронов применяемого в блоке излучателя источника составит
Q 2•104•6,3•104 1,3• 109 нейтрон/с,
что меньше, чем суммарный поток нейтронов (активность) и стоимость источника в способе-прототипе в
Далее производительность процесса контроля в способе-прототипе составляет
считая, что предмет проходит контроль в течение 10 с в установке для обнаружения ВВ и 10 с в металлодетекторе,
или
Производительность процесса контроля в заявленном способе составляет 
если предмет проходит контроль в течение 10 с только в рентгеновской установке;
или
если предмет проходит контроль в течение 10 с в рентгеновской установке и 10 с в установке для обнаружения ВВ.
если предмет проходит контроль в течение 10 с только в рентгеновской установке;
или
если предмет проходит контроль в течение 10 с в рентгеновской установке и 10 с в установке для обнаружения ВВ.
Следовательно, производительность процесса контроля в заявленном способе может быть больше, чем в способе-прототипе в
или 
в зависимости от содержимого контролируемых предметов и в связи с этим объема контроля.
в зависимости от содержимого контролируемых предметов и в связи с этим объема контроля.
Таким образом, приведенные результаты подтверждают достижение технического результата при осуществлении заявляемого изобретения.
Достижение технического результата обеспечивает выполнение задачи, решаемой изобретением -снижение стоимости осуществления способа. Сравнительная стоимость основных технических средств, обеспечивающих реализацию способа-прототипа и заявляемого способа, приведена в таблице.
Перевод долларов США в рубли выполнен по условному курсу 1 200.
Таким образом, стоимость осуществления заявленного способа обнаружения оружия и ВВ примерно в 6 раз меньше, чем стоимость осуществления способа-прототипа. Учитывая, что на мировом рынке спросовая стоимость подобной системы контроля составляет не более 200 тыс. долларов США (40 млн. руб.), устройство, реализующее заявленный способ, может быть вполне конкурентоспособным.
Claims (1)
- Способ обнаружения оружия и взрывчатых веществ в контролируемых предметах, основанный на облучении контролируемых предметов по отдельности потоком тепловых нейтронов с регистрацией вторичного гамма-излучения и рентгеновским излучением с регистрацией прошедшего через контролируемые предметы излучения, определении информативных параметров и использовании их для установления наличия оружия и взрывчатых веществ, отличающийся тем, что контролируемые предметы облучают сначала рентгеновским излучением, находят участки с плотностью неорганических и органических материалов выше установленного порогового значения и определяют геометрическую форму участков с плотностью неорганических материалов выше установленного порогового значения, после чего участки с плотностью органических материалов выше установленного порогового значения облучают потоком тепловых нейтронов, а в качестве информативных параметров используют величину ослабления рентгеновского излучения контролируемыми предметами в зависимости от атомного номера материала их участков и длины волны рентгеновского излучения, геометрическую форму участков с плотностью неорганических материалов выше установленного порогового значения и интенсивность вторичного гамма - излучения, зарегистрированного при облучении участков с плотностью органических материалов выше порогового значения потоком тепловых нейтронов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU92002293A RU2065156C1 (ru) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | Способ обнаружения оружия и взрывчатых веществ в контролируемых предметах |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU92002293A RU2065156C1 (ru) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | Способ обнаружения оружия и взрывчатых веществ в контролируемых предметах |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU92002293A RU92002293A (ru) | 1996-02-20 |
| RU2065156C1 true RU2065156C1 (ru) | 1996-08-10 |
Family
ID=20131069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU92002293A RU2065156C1 (ru) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | Способ обнаружения оружия и взрывчатых веществ в контролируемых предметах |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2065156C1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003040713A1 (en) * | 2001-11-08 | 2003-05-15 | 'scientific And Technical Center Ratec, Limited' | Method for detecting an explosive in an object under investigation |
| RU2312327C2 (ru) * | 2002-12-10 | 2007-12-10 | Коммонвелт Сайентифик Энд Индастриал Рисерч Организейшн | Радиографическое устройство |
| US7834802B2 (en) | 2001-03-16 | 2010-11-16 | Battelle Memorial Institute | Detection of a concealed object |
| US7844081B2 (en) | 2006-05-15 | 2010-11-30 | Battelle Memorial Institute | Imaging systems and methods for obtaining and using biometric information |
| US8102251B2 (en) | 2005-09-06 | 2012-01-24 | Infraegis, Inc. | Threat detection and monitoring apparatus with integrated display system |
-
1992
- 1992-10-16 RU RU92002293A patent/RU2065156C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Патент EP N 0336634, кл. G 05 V 5/00, 1989. * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7834802B2 (en) | 2001-03-16 | 2010-11-16 | Battelle Memorial Institute | Detection of a concealed object |
| WO2003040713A1 (en) * | 2001-11-08 | 2003-05-15 | 'scientific And Technical Center Ratec, Limited' | Method for detecting an explosive in an object under investigation |
| RU2206080C1 (ru) * | 2001-11-08 | 2003-06-10 | Открытое акционерное общество "Научно-технический центр "РАТЭК" | Способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете |
| US6928131B2 (en) | 2001-11-08 | 2005-08-09 | Ratec, Ltd. | Method for detecting an explosive in an object under investigation |
| RU2312327C2 (ru) * | 2002-12-10 | 2007-12-10 | Коммонвелт Сайентифик Энд Индастриал Рисерч Организейшн | Радиографическое устройство |
| US7313221B2 (en) | 2002-12-10 | 2007-12-25 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organization | Radiographic equipment |
| US8102251B2 (en) | 2005-09-06 | 2012-01-24 | Infraegis, Inc. | Threat detection and monitoring apparatus with integrated display system |
| RU2482544C2 (ru) * | 2005-09-06 | 2013-05-20 | Инфрегис, Инк. | Устройство обнаружения и мониторинга опасности со встроенной системой отображения |
| US7844081B2 (en) | 2006-05-15 | 2010-11-30 | Battelle Memorial Institute | Imaging systems and methods for obtaining and using biometric information |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5692029A (en) | Detection of concealed explosives and contraband | |
| US6928131B2 (en) | Method for detecting an explosive in an object under investigation | |
| US5479023A (en) | Method and apparatus for detecting concealed substances | |
| US3808444A (en) | X-ray contrast detection system | |
| Eberhardt et al. | Fast neutron radiography scanner for the detection of contraband in air cargo containers | |
| JP5173405B2 (ja) | ２エネルギー放射線走査および遅発中性子検出による物体調査 | |
| US7418077B2 (en) | Integrated carry-on baggage cart and passenger screening station | |
| US20060140340A1 (en) | X-ray inspection system for detecting explosives and other contraband | |
| US5124554A (en) | Explosives detector | |
| US20070278423A1 (en) | Quantitative transmission/emission detector system and methods of detecting concealed radiation sources | |
| US9697710B2 (en) | Multi-threat detection system | |
| US9239404B2 (en) | Device and method for continuous monitoring of persons, vehicles, containers or packets | |
| JPS6339851B2 (ru) | ||
| AU6359090A (en) | Multi-sensor explosive detection system | |
| Bendahan | Vehicle and cargo scanning for contraband | |
| US7359480B2 (en) | Neutron interrogation system using high gamma ray signature to detect contraband special nuclear materials in cargo | |
| CN109490987A (zh) | 包裹检测装置 | |
| EP3387627B1 (en) | Multi-threat detection system | |
| RU2065156C1 (ru) | Способ обнаружения оружия и взрывчатых веществ в контролируемых предметах | |
| JP2004108994A (ja) | 荷物検査装置 | |
| WO2001073415A2 (en) | Detection of fissile material | |
| US20090232277A1 (en) | System and method for inspection of items of interest in objects | |
| RU2046324C1 (ru) | Устройство для обнаружения взрывчатых веществ в контролируемых предметах, преимущественно в авиабагаже | |
| US20160356915A1 (en) | Four plane x-ray inspection system | |
| Kouzes | Radiation Detection Technology for Homeland Security |