RU2185614C1 - Detector of hidden explosives - Google Patents

Detector of hidden explosives Download PDF

Info

Publication number
RU2185614C1
RU2185614C1 RU2000131575A RU2000131575A RU2185614C1 RU 2185614 C1 RU2185614 C1 RU 2185614C1 RU 2000131575 A RU2000131575 A RU 2000131575A RU 2000131575 A RU2000131575 A RU 2000131575A RU 2185614 C1 RU2185614 C1 RU 2185614C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
detector
gamma
explosives
detection
mev
Prior art date
Application number
RU2000131575A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.С. Белоусов
Р.Р. Илющенко
А.И. Карев
Ю.А. Коняев
Ю.М. Кочегаров
Е.И. Малиновский
Р.Г. Майструк
В.П. Милованов
В.Г. Раевский
А.С. Румянцев
Е.И. Тамм
Н.И. Ханюченко
Original Assignee
Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН
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 Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН filed Critical Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН
Priority to RU2000131575A priority Critical patent/RU2185614C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2185614C1 publication Critical patent/RU2185614C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

FIELD: detection of hidden explosives, mines included, demining of territories within the bounds of humanitarian actions. SUBSTANCE: detector includes source of pulse ionizing radiation generating gamma- quanta beam with maximal energy of gamma-quanta exceeding 31.0 MeV, detector of secondary radiation and analyzer of signals of detector. Given units are positioned on mobile platform. Availability of source of gamma-quanta with energy above 31.0 MeV in mix of detector makes it possible to use gamma-activation analysis for identification of hidden explosives. Technical result of invention lies in mine-field reconnaissance with velocity not less than 8.0 sq m/min and in detection of explosives hidden in ground at depth up to 50 cm. EFFECT: diminished time of search and raised reliability of detection. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области обнаружения скрытых взрывчатых веществ, в том числе мин, и может быть использовано, например, при разминировании территорий в рамках гуманитарных акций. The invention relates to the field of detection of hidden explosives, including mines, and can be used, for example, when clearing territories as part of humanitarian actions.

Известные устройства обнаружения скрытых взрывчатых веществ (СВВ) можно разделить на две основные группы: устройства, использующие косвенные методы, с помощью которых обнаруживаются признаки, присущие изделию, содержащему взрывчатое вещество (ВВ), такие как материал корпуса или взрывателя, форма объекта, его температурный контраст с окружающей средой и многие другие, и устройства, позволяющие обнаруживать собственно ВВ или составляющие их компоненты. Known devices for the detection of hidden explosives (UHV) can be divided into two main groups: devices using indirect methods by which the characteristics inherent in a product containing an explosive (BB) are detected, such as the material of the case or fuse, the shape of the object, its temperature contrast with the environment, and many others, and devices that detect the actual explosives or their constituent components.

Наибольшее распространение получили устройства, реализующие косвенные методы, такие как индукционный, магнитометрический или радиоволновый, и обнаруживающие объекты, имеющие в своих конструкциях металлические детали, или объекты, отличающиеся от окружающей среды своей диэлектрической проницаемостью. В силу своего принципа действия приборы, основанные на косвенных методах, в реальных условиях их применения обладают двумя существенными недостатками. Во-первых, с их помощью нельзя гарантированно обнаружить взрывоопасный предмет (например, с помощью металлоискателя невозможно обнаружить объект, если в нем не содержатся металлические детали). Во-вторых, работа этих устройств сопровождается большим количеством ложных сигналов, которое может достигать 100-1000 на одну найденную мину, что приводит к резкому снижению темпа разминирования, быстрой утомляемости саперов, и, как следствие, растет вероятность пропуска взрывоопасных предметов [1]. The most widely used devices that implement indirect methods, such as induction, magnetometric or radio wave, and detecting objects that have metal parts in their structures, or objects that differ from the environment in their dielectric constant. By virtue of their operating principle, devices based on indirect methods, in real conditions of their use, have two significant drawbacks. Firstly, with their help it is impossible to detect an explosive object (for example, using a metal detector it is impossible to detect an object if it does not contain metal parts). Secondly, the operation of these devices is accompanied by a large number of false signals, which can reach 100-1000 per mine found, which leads to a sharp decrease in the rate of clearance, quick fatigue of sappers, and, as a result, the probability of missing explosive objects increases [1].

От этих недостатков могут быть свободны устройства, использующие прямые методы обнаружения ВВ. К наиболее известным из них относятся методы ядерно-магнитного (ЯМР) и ядерно-квадрупольного резонансов (ЯКР), газоаналитические и ядерно-физические. Не вдаваясь в детальное рассмотрение физических основ, определяющих суть этих методов, а основываясь на уровне их проработки и результатах практического применения созданных на их основе технических средств, можно сказать следующее. Devices using direct methods for detecting explosives can be free from these disadvantages. The most famous of these are nuclear magnetic resonance (NMR) and nuclear quadrupole resonance (NQR) methods, gas analytical and nuclear physical. Without going into a detailed discussion of the physical foundations that determine the essence of these methods, but based on the level of their elaboration and the results of the practical application of the technical means created on their basis, we can say the following.

Устройства, использующие метод ЯМР реально могут быть применены только в стационарных условиях и способны обеспечить контроль относительно небольших объемов среды (до нескольких литров), помещенных внутрь зоны, в которой создается мощное магнитное поле. Devices using the NMR method can actually be used only in stationary conditions and are able to provide control of relatively small volumes of the medium (up to several liters) placed inside the zone in which a powerful magnetic field is created.

Устройства, использующие метод ЯКР, могут обладать большими поисковыми возможностями, однако область спектра, в которой находятся резонансные частоты таких широко используемых ВВ, как тротил и гексоген, лежит в диапазоне наиболее интенсивных промышленных радиопомех, что может затруднить работу этих приборов. Devices using the NQR method can have great search capabilities, however, the region of the spectrum in which the resonant frequencies of such widely used explosives as trotyl and hexogen are located lies in the range of the most intense industrial radio interference, which can impede the operation of these devices.

Устройства, использующие методы газового анализа, требуют для своей работы создания малоподвижной газовой среды, в которой происходит накопление молекул ВВ в количестве, достаточном для обнаружения. Поэтому применение этих устройств, например, на открытой местности имеет очень низкую эффективность. Devices using gas analysis methods require the creation of a sedentary gaseous medium in which explosive molecules accumulate in an amount sufficient for detection. Therefore, the use of these devices, for example, in open areas has a very low efficiency.

Устройства, использующие ядерно-физические методы обнаружения СВВ, позволяют идентифицировать взрывчатые вещества по повышенной концентрации в обследуемой зоне атомов определенных элементов, в частности азота, поскольку азот входит в состав всех ВВ, применяемых на практике. Devices using nuclear-physical methods for the detection of UHF allow one to identify explosives by the increased concentration of atoms of certain elements, in particular nitrogen, in the studied zone, since nitrogen is a part of all explosives used in practice.

Известно устройство по патенту США [2], использующее гамма-активационный метод для поиска скрытых взрывчатых веществ. Устройство состоит из источника гамма-квантов, устройства, обеспечивающего сканирование зоны облучения по поверхности обследуемого объекта, и двух детекторов, регистрирующих анигилляционные гамма-кванты, являющиеся конечными продуктами фотоядерной реакции 14N(γ,2n)12N. Устройство обладает высокой чувствительностью и быстродействием, однако не может быть использовано для поиска ВВ, находящихся на поверхности земли или под землей, поскольку контролируемый объем должен находиться между детекторами.A device is known according to the US patent [2], using the gamma-activation method to search for hidden explosives. The device consists of a gamma-ray source, a device that scans the irradiation zone over the surface of the object being examined, and two detectors detecting gamma-ray anihillation quanta, which are the end products of the 14 N (γ, 2n) 12 N photonuclear reaction. The device has high sensitivity and speed However, it cannot be used to search for explosives located on the surface of the earth or underground, since the controlled volume must be between the detectors.

От указанного недостатка свободно устройство для поиска СВВ по патенту США [3], которое наиболее близко к предлагаемому (прототип). From this drawback is free device for searching for UHV according to US patent [3], which is closest to the proposed (prototype).

Устройство представляет собой подвижную платформу, на которой, в частности, установлено одно или несколько устройств для поиска СВВ, таких как металлоискатель, тепловизор и подпочвенный радар, которые обеспечивают первичную разведку территории. Для окончательной идентификации СВВ служат источник ионизирующего излучения - потока тепловых нейтронов, детектор вторичного излучения - гамма квантов и анализатор сигналов детектора. Устройство работает следующим образом. После первичной разведки над местом предполагаемого расположения СВВ устанавливается нейтронный источник, и грунт облучается тепловыми нейтронами. Если в обследуемой зоне имеются атомы природного изотопа азота 14N, то эти ядра захватывают нейтроны, переходят в возбужденное состояние, после чего испускают гамма-кванты с энергией 10,8 МэВ. Наличие в регистрируемом излучении гамма-квантов с этой энергией является сигналом обнаружения ВВ. Примененный в устройстве метод обнаружения азота, известный как метод TNA, обладает существенным недостатком, обусловленным тем, что при облучении грунта нейтронами инициируются различные побочные процессы, сопровождающиеся испусканием гамма-квантов, имеющих практически непрерывный энергетический спектр в интервале энергий 9-11 МэВ, причем спектральная плотность этого излучения сильно зависит от химического состава грунта. Поэтому процесс регистрации излучения, связанного с наличием в обследуемой зоне азота, идет при крайне неблагоприятном соотношении сигнал/шум, в силу чего для достижения приемлемого уровня достоверности требуется регистрация большого числа событий, что увеличивает время, необходимое для идентификации СВВ. Кроме того, плотность потока тепловых нейтронов быстро падает с глубиной, что также ограничивает возможности устройства. Из приведенных в описании патента данных следует, что устройство способно обнаруживать с вероятностью 93% заряды ВВ с массой около 4 кг до глубины 20 см и заряды с массой ВВ 300 г (что значительно больше массы заряда большинства противопехотных мин), когда они лежат практически на поверхности, причем для их идентификации необходимы экспозиции продолжительностью более 4 минут. Таким образом, следует признать, что данное устройство вряд ли может быть использовано как основное поисковое средство в акциях по гуманитарному разминированию, поскольку стандарты ООН [4] предписывают удаление всех взрывоопасных предметов на глубину до 20 см с вероятностью 99,6%.The device is a mobile platform on which, in particular, one or more devices for searching for UHF, such as a metal detector, a thermal imager and a subsoil radar, are provided that provide primary reconnaissance of the territory. For the final identification of UHF, a source of ionizing radiation — a thermal neutron flux, a secondary radiation detector — gamma quanta, and a detector signal analyzer — are used. The device operates as follows. After primary reconnaissance, a neutron source is installed above the site of the proposed UHF location, and the soil is irradiated with thermal neutrons. If there are atoms of the natural 14 N nitrogen isotope in the examined area, then these nuclei capture neutrons, become excited, and then emit gamma rays with an energy of 10.8 MeV. The presence of gamma rays with this energy in the detected radiation is a signal for the detection of explosives. The nitrogen detection method used in the device, known as the TNA method, has a significant drawback due to the fact that upon irradiation of the soil with neutrons various side processes are initiated, accompanied by the emission of gamma rays having an almost continuous energy spectrum in the energy range 9-11 MeV, the spectral the density of this radiation is highly dependent on the chemical composition of the soil. Therefore, the process of recording radiation associated with the presence of nitrogen in the examined zone proceeds with an extremely unfavorable signal-to-noise ratio, which is why, in order to achieve an acceptable level of reliability, a large number of events must be recorded, which increases the time required for the identification of UHF. In addition, the thermal neutron flux density rapidly decreases with depth, which also limits the capabilities of the device. From the data given in the description of the patent it follows that the device is capable of detecting with a probability of 93% explosive charges with a mass of about 4 kg to a depth of 20 cm and charges with an explosive mass of 300 g (which is much more than the mass of the charge of most anti-personnel mines) when they lie practically on surfaces, and exposures longer than 4 minutes are necessary for their identification. Thus, it should be recognized that this device can hardly be used as the main search tool in humanitarian demining actions, since UN standards [4] require the removal of all explosive objects to a depth of 20 cm with a probability of 99.6%.

Задачей, решаемой изобретением, является расширение арсенала технических средств, используемых для обнаружения СОВ, при одновременном сокращении времени поиска и повышении достоверности обнаружения. The problem solved by the invention is the expansion of the arsenal of technical means used for the detection of SOW, while reducing search time and increasing the reliability of detection.

Поставленная задача решается предлагаемым устройством, содержащим источник ионизирующего излучения, детектор вторичного излучения и анализатор сигналов детектора, размещенные на подвижной платформе, в котором использован источник ионизирующего излучения, генерирующий импульсный пучок тормозного излучения с максимальной энергией гамма-квантов более 31 МэВ. Наличие в составе устройства источника гамма-квантов с энергией более 31 МэВ является существенным отличительным признаком, поскольку, во-первых, позволяет использовать в качестве зондирующего пучок гамма-квантов вместо нейтронного пучка и, во-вторых, применить для идентификации СВВ метод гамма-активационного анализа. The problem is solved by the proposed device containing an ionizing radiation source, a secondary radiation detector, and a detector signal analyzer located on a moving platform that uses an ionizing radiation source that generates a pulsed beam of bremsstrahlung with a maximum gamma-ray energy of more than 31 MeV. The presence of a gamma-ray source with an energy of more than 31 MeV in the device is an essential distinguishing feature, because, firstly, it allows the use of a gamma-ray probe as a probe instead of a neutron beam and, secondly, the gamma-activation method is used to identify UHV analysis.

В качестве источника импульсного гамма-излучения используется ускоритель электронов с энергией не менее 31 МэВ и мишень, в которой энергия ускоренных электронов трансформируется в пучок тормозного излучения. Кроме того, предложено выполнить электронный ускоритель по схеме разрезного микротрона. Массогабаритные характеристики устройства позволяют применить в качестве подвижной платформы наземное или воздушное (вертолет, аэростат или дирижабль) транспортное средство. An electron accelerator with an energy of at least 31 MeV and a target in which the energy of accelerated electrons are transformed into a bremsstrahlung beam are used as a source of pulsed gamma radiation. In addition, it was proposed to perform an electronic accelerator according to the split microtron scheme. The overall dimensions of the device make it possible to use a ground or air vehicle (helicopter, aerostat or airship) as a mobile platform.

Использование заявляемого устройства позволяет
1. обнаруживать все виды мин и взрывоопасных предметов, независимо от их конструкции и упаковки;
2. обнаруживать СВВ с массой заряда не менее 40 г;
3. обнаруживать СВВ в грунте на глубине до 0,5 м;
4. обнаруживать СВВ за время 5-20 мс;
5. обнаруживать СВВ с вероятностью не менее 99,6%;
6. вести разведку местности со скоростью не менее 8 м2/мин;
7. вести разведку местности, покрытую кустарниковой растительностью.
Using the inventive device allows
1. detect all types of mines and explosive objects, regardless of their design and packaging;
2. detect UHV with a charge mass of at least 40 g;
3. detect UHV in the soil at a depth of up to 0.5 m;
4. detect UHV in a time of 5-20 ms;
5. detect UHV with a probability of at least 99.6%;
6. conduct reconnaissance at a speed of at least 8 m 2 / min;
7. conduct reconnaissance of the area covered with shrubbery.

На фиг.1 показан общий вид устройства, на фиг.2 - вариант его размещения на гусеничном шасси в рабочем положении, вид сбоку; на фиг.3 - то же, вид сверху; на фиг.4 - то же, в походном положении, вид сверху. На фигурах и в тексте приняты следующие обозначения:
1 - анализатор сигналов детектора
2 - электронный ускоритель
3 - электромагнит
4 - электромагнит
5 - мишень
6 - детектор вторичного излучения
7 - подвижная платформа
8 - телескопическая штанга
9 - башня
10 - автономный электрогенератор
11 - импульсный модулятор клистрона
12 - устройство охлаждения
Устройство обнаружения СВВ состоит из электронного ускорителя 2 (фиг.1), мишени 5, детектора вторичного излучения 6 и анализатора сигналов детектора 1, размещенных на платформе 7. В качестве электронного ускорителя 2 может быть использован импульсный разрезной микротрон на энергию 50-70 МэВ, поскольку этот тип ускорителей благодаря своим массогабаритным характеристикам наиболее приемлем для установки на мобильных носителях. Мишень 5 представляет собой пластину из тяжелого металла (свинец, вольфрам, тантал, уран и т. п. ) толщиной 0,1-2 мм. Детектор вторичного излучения 6 состоит из сцинтилляторов и фотоприемников, например фотоэлектронных умножителей, просматривающих чувствительный объем детектора. Анализатор сигналов детектора 1 формирует сигнал об обнаружении ССВ. Между ускорителем 2 и мишенью 5 могут быть установлены электромагниты 3 и 4, отклоняющие электронный пучок в двух перпендикулярных плоскостях.
Figure 1 shows a General view of the device, figure 2 is a variant of its placement on the tracked chassis in the working position, side view; figure 3 is the same, a top view; figure 4 is the same, in the stowed position, top view. The following notation is used in the figures and in the text:
1 - detector analyzer
2 - electronic accelerator
3 - electromagnet
4 - electromagnet
5 - target
6 - secondary radiation detector
7 - movable platform
8 - telescopic rod
9 - tower
10 - autonomous generator
11 - pulse modulator klystron
12 - cooling device
The UHV detection device consists of an electronic accelerator 2 (Fig. 1), a target 5, a secondary radiation detector 6 and a signal analyzer of the detector 1 located on the platform 7. As an electronic accelerator 2, a pulsed split microtron with an energy of 50-70 MeV can be used, since this type of accelerator due to its overall dimensions is most suitable for installation on mobile media. Target 5 is a plate of heavy metal (lead, tungsten, tantalum, uranium, etc.) with a thickness of 0.1-2 mm. The secondary radiation detector 6 consists of scintillators and photodetectors, for example photoelectronic multipliers, scanning the sensitive volume of the detector. The signal analyzer of the detector 1 generates a signal about the detection of CERs. Between the accelerator 2 and the target 5, electromagnets 3 and 4 can be installed, deflecting the electron beam in two perpendicular planes.

В основе работы предлагаемого устройства лежит гамма-активационный метод, предложенный в работе [5], суть которого состоит в том, что для идентификации ВВ используется регистрация продуктов распада короткоживущих изотопов 12В (бор-12) и 12N (азот-12), имеющих периоды полураспада соответственно 20,2 и 11,0 мс. Эти изотопы рождаются в результате фотоядерных реакций на азоте (14N) и углероде (13С) (примесь изотопа 13С в природном углероде равна 1,107%), химических элементах, составляющих основу всех современных ВВ, при их облучении гамма-квантами с энергией большей порогового значения Eγ

Figure 00000002

Figure 00000003

Figure 00000004

Выбор этих процессов в качестве реперных обеспечивает высокую селективность обнаружения ВВ, т. к. при облучении любых других химических элементов гамма-пучком с энергией меньше 100 МэВ не образуются никакие другие изотопы с периодом полураспада в диапазоне от 1 до 100 мс. Изотопы 12В и 12N являются β -активными и в процессе распада испускают электроны и позитроны с максимальной энергией ~ 13 МэВ и ~17 МэВ, которые, двигаясь в веществе, в свою очередь индуцируют гамма-кванты. Эти гамма-кванты, так же как и анигилляционные с энергией 511 КэВ, вместе с электронами и позитронами составляют вторичные продукты распада и могут быть зарегистрированы детектором. Следовательно, если облучить обследуемый объект импульсом гамма излучения с энергией гамма-квантов выше пороговых значений Eγ для реакций 1-3, то в последующем за ним временном интервале 1-20 мс он откликнется, при наличии в нем достаточной концентрации азота и/или углерода, потоком вторичных частиц от распада изотопов 12В и 12N, в противном случае этого потока в измеряемый промежуток времени не будет. Это обстоятельство обеспечивает высокую чувствительность устройства и достоверность обнаружения СВВ.The work of the proposed device is based on the gamma-activation method proposed in [5], the essence of which is that the identification of explosives uses the decay products of short-lived isotopes 12 V (boron-12) and 12 N (nitrogen-12), having half-lives of 20.2 and 11.0 ms, respectively. These isotopes are produced as a result of photonuclear reactions on nitrogen ( 14 N) and carbon ( 13 C) (an admixture of the 13 C isotope in natural carbon is 1.107%), the chemical elements that form the basis of all modern explosives when irradiated with gamma rays with higher energies threshold value E γ
Figure 00000002

Figure 00000003

Figure 00000004

The choice of these processes as reference provides high selectivity for the detection of explosives, because when irradiating any other chemical elements with a gamma beam with an energy of less than 100 MeV, no other isotopes are formed with a half-life in the range from 1 to 100 ms. The 12 V and 12 N isotopes are β-active and in the process of decay emit electrons and positrons with a maximum energy of ~ 13 MeV and ~ 17 MeV, which, when moving in matter, in turn induce gamma rays. These gamma quanta, as well as 511 keV anigillation ones, together with electrons and positrons make up the secondary decay products and can be detected by a detector. Therefore, if the object under investigation is irradiated with a gamma radiation pulse with gamma-ray energy above the threshold values E γ for reactions 1-3, then in the subsequent time interval of 1–20 ms, it will respond if there is a sufficient concentration of nitrogen and / or carbon in it , a stream of secondary particles from the decay of isotopes 12 V and 12 N, otherwise this stream will not be in the measured period of time. This circumstance provides high sensitivity of the device and reliability of detection of UHV.

Предлагаемое устройство обнаружения СВВ работает следующим образом. Электронный пучок из ускорителя 2 с энергией больше 31 МэВ отклоняется в магнитах 3 и 4 и направляется на тормозную мишень 5, в которой он конвертируется в узкий пучок тормозного излучения, направленный по оси первичного электронного пучка с максимальной энергией гамма-квантов больше 31 МэВ. В течение длительности токового импульса ускорителя 2 пучок тормозного излучения облучает ограниченный участок обследуемой поверхности, проникая в грунт на определенную глубину. Через 0,1-1,0 мс после окончания токового импульса в течение 1-20 мс работает детектор вторичного излучения 6, данные с которого обрабатываются анализатором 1, формирующим сигнал об обнаружении ВВ. Если ВВ не обнаружено, то поле в магнитах 3 и/или 4 изменяется, соответственно изменяется направление электронного пучка, падающего на тормозную мишень, область облучения смещается, и цикл поиска ВВ возобновляется. The proposed detection device UHV works as follows. An electron beam from accelerator 2 with an energy of more than 31 MeV is deflected in magnets 3 and 4 and directed to a brake target 5, in which it is converted into a narrow beam of bremsstrahlung directed along the axis of the primary electron beam with a maximum gamma-ray energy greater than 31 MeV. During the duration of the current pulse of the accelerator 2, the beam of bremsstrahlung irradiates a limited area of the surface being examined, penetrating the soil to a certain depth. After 0.1-1.0 ms after the end of the current pulse, the secondary radiation detector 6 operates for 1-20 ms, the data from which is processed by the analyzer 1, which generates a signal about the detection of explosives. If no explosive is detected, then the field in magnets 3 and / or 4 changes, respectively, the direction of the electron beam incident on the brake target changes, the irradiation region shifts, and the search cycle for the explosive resumes.

Высокая избирательность устройства при обнаружении ВВ обусловлена тем, что во взрывчатых веществах (тротил, гексоген, октоген, ТЭН, тетрил) азот и углерод составляют по массе (17-38)% и (24-50)% соответственно, в то время как в земной коре их концентрация существенно меньше 1%. Поэтому основными источниками ложных сигналов могут быть либо участки почвы с высокой концентрацией азотных удобрений, либо органические включения. Чтобы отделить эти сигналы от сигналов, полученных от ВВ, можно провести дополнительное облучение подозрительного участка гамма-квантами с энергией в диапазоне от 18 до 23 МэВ. В этом случае детектор будет регистрировать только продукты фотоядерной реакции на углероде. Сравнивая показания детектора, полученные при этих двух облучениях с разными энергиями гамма-квантов, можно сделать заключение о химическом составе обследуемого объекта. The high selectivity of the device in the detection of explosives is due to the fact that in explosives (TNT, RDX, HMX, TEN, tetryl), nitrogen and carbon are (17-38)% and (24-50)% by mass, respectively, while Earth's crust, their concentration is significantly less than 1%. Therefore, the main sources of false signals can be either soil sections with a high concentration of nitrogen fertilizers or organic inclusions. In order to separate these signals from signals received from the explosive, it is possible to carry out additional irradiation of the suspicious area with gamma rays with energies in the range from 18 to 23 MeV. In this case, the detector will record only the products of the photonuclear reaction on carbon. Comparing the detector readings obtained with these two irradiations with different gamma-ray energies, we can draw a conclusion about the chemical composition of the examined object.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами. The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1. Example 1

Вариант устройства для обнаружения СВВ на гусеничном шасси в рабочем положении показан на фиг.2 (вид сбоку) и на фиг.3 (вид сверху). В башне 9 установлен разрезной микротрон на энергию 50 МэВ, электромагниты для отклонения пучка, мишень, биологическая защита и клистрон - источник СВЧ-питания микротрона. Вне башни закреплены импульсный модулятор клистрона 11, устройство охлаждения 12 и автономный электрогенератор 10. Детектор вторичного излучения 6 укреплен на телескопической штанге 8 и в рабочем положении размещен над обследуемой поверхностью впереди по ходу движения. В походном положении, показанном на фиг.3 (вид сверху), детектор вторичного излучения 6 устанавливается на транспортное средство. Проведенные оценки показывают, что суммарная масса оборудования, устанавливаемого на носитель, может не превышать 10 т, а габаритные размеры всей установки в походном положении, включая гусеничное шасси, составляют (Д•Ш•В) 6100•3800•2600 мм3.A variant of a device for detecting UHV on a tracked chassis in the operating position is shown in FIG. 2 (side view) and in FIG. 3 (top view). In tower 9, a split microtron with an energy of 50 MeV, electromagnets for deflecting the beam, a target, biological protection, and a klystron — a source of microwave power for the microtron — are installed. Outside the tower, a klystron pulse modulator 11, a cooling device 12, and an autonomous electric generator 10 are fixed. The secondary radiation detector 6 is mounted on a telescopic rod 8 and is placed in front of the test surface in the operating position in the forward direction. In the stowed position shown in FIG. 3 (top view), the secondary radiation detector 6 is mounted on the vehicle. Estimates show that the total mass of equipment installed on the carrier can not exceed 10 tons, and the overall dimensions in the stowed position, including the tracked chassis, are (L • W • H) 6100 • 3800 • 2600 mm 3 .

Разведка местности производится с неподвижного шасси, при этом устройство последовательно облучает перед собой равноотстоящие друг от друга участки поверхности. После окончания обследования некоторой зоны устройство перемещается вперед и начинает обследование следующего участка поверхности. Если предположить, что расстояние между соседними облученными участками равно 50 мм и частота повторения токовых импульсов микротрона 50 имп/с, то для обследования зоны размером 4000•2000 мм2 устройству потребуется время около 1 мин.Exploration of the terrain is carried out from a fixed chassis, while the device sequentially irradiates in front of itself equally spaced sections of the surface. After the examination of a certain area, the device moves forward and begins the examination of the next surface area. If we assume that the distance between adjacent irradiated areas is 50 mm and the repetition frequency of the current pulses of the microtron is 50 pulses / s, then the device will need a time of about 1 min to examine an area of 4000 • 2000 mm 2 in size.

Пример 2. Example 2

Ниже приводятся результаты компьютерного моделирования работы предлагаемого устройства для обнаружения СВВ. Для модельного эксперимента были использованы следующие исходные данные:
Энергия ускоренных электронов 50 МэВ.
The following are the results of computer simulations of the proposed device for the detection of UHF. For the model experiment, the following initial data were used:
The energy of accelerated electrons is 50 MeV.

Импульсный ток 50 мА. Surge current 50 mA.

Длительность токового импульса 6 мкс. The duration of the current pulse is 6 μs.

Мишень - свинцовая пластина толщиной 0,5 мм. The target is a lead plate 0.5 mm thick.

Высота расположения мишени тормозного излучения над грунтом 2 м. The height of the target of bremsstrahlung above the ground is 2 m.

Средний угол входа пучка гамма-квантов в поверхность грунта 45o.The average angle of entry of the gamma ray beam into the soil surface is 45 o .

Высота расположения детектора над контролируемой поверхностью 1,5 м. The height of the detector above the controlled surface is 1.5 m.

Чувствительная площадь детектора 0,5•0,5 м2.The sensitive area of the detector is 0.5 • 0.5 m 2 .

Эффективность регистрации гамма-квантов детектором 0,98%. The efficiency of detecting gamma rays with a 0.98% detector.

Длительность регистрации после окончания импульса излучения 18 мс. Duration of registration after the end of the radiation pulse 18 ms.

Взрывчатое вещество - тротил. The explosive is TNT.

Параметры грунта - для описания физических характеристик грунта использовались табличные данные для бетона. Soil parameters - tabular data for concrete were used to describe the physical characteristics of the soil.

В процессе моделирования учитывались физические процессы, происходящие с ускоренными электронами в тормозной мишени и гамма-квантами, образованными в воздухе, в веществе грунта, в объекте с взрывчатым веществом, а также взаимодействия электронов и позитронов - продуктов бета-распадов от фотоядерных реакций (1-3) - с веществом при их движении в апертуру детектора. During the simulation, physical processes taking place with accelerated electrons in the inhibitory target and gamma rays formed in air, in soil, in an object with explosive, and also the interaction of electrons and positrons - products of beta decays from photonuclear reactions (1- 3) - with the substance as they move into the aperture of the detector.

В ходе моделирования было также рассчитано число фоновых событий, регистрируемых устройством, обусловленных естественным космическим излучением, а также естественной и наведенной радиоактивностью грунта. During the simulation, the number of background events recorded by the device due to natural cosmic radiation, as well as the natural and induced radioactivity of the soil, was also calculated.

Анализ результатов компьютерного моделирования показывает, что предлагаемое устройство обнаружения СВВ способно обнаруживать заряды ВВ массой 40 г до глубины 20 см и массой 3000 г до глубины 40 см, при этом вероятность обнаружения не ниже 99,6%. Принимая во внимание, что эти характеристики устройства были получены при удалении мишени и детектора от поверхности земли на расстояние более 1 м, можно сделать заключение, что устройство способно вести разведку местности, покрытую кустарниковой растительностью. An analysis of the results of computer simulation shows that the proposed UHV detection device is capable of detecting explosive charges with a mass of 40 g to a depth of 20 cm and a mass of 3000 g to a depth of 40 cm, with a detection probability of at least 99.6%. Taking into account that these characteristics of the device were obtained by removing the target and the detector from the ground at a distance of more than 1 m, we can conclude that the device is able to conduct reconnaissance of the area covered with shrubbery.

Источники информации
1. Сердцев Н.И. и др. // Стратегическая стабильность. - 2000. - 2. - С. 33-40.
Sources of information
1. Hearts N.I. and others // Strategic stability. - 2000. - 2. - S. 33-40.

2. Патент США 4756866, 376/157, кл. G 21 G 1/12 опубл. 12.07.1988. 2. US patent 4756866, 376/157, CL. G 21 G 1/12 publ. 07/12/1988.

3. Патент США 6026135, 376/159, кл. G 21 G 1/06 опубл. 15.02.2000. 3. US patent 6026135, 376/159, CL. G 21 G 1/06 publ. 02/15/2000.

4. Международные стандарты по проведению операций по разминированию в рамках гуманитарных акций под эгидой ООН // ООН. - 1996. - 75 с. 4. International standards for conducting demining operations in the framework of humanitarian actions under the auspices of the UN // UN. - 1996. - 75 p.

5. Trower W.P. // Nuclear Instruments and Methods, В 79 (1993) 589. 5. Trower W.P. // Nuclear Instruments and Methods, B 79 (1993) 589.

Claims (3)

1. Устройство для обнаружения скрытых взрывчатых веществ, включающее источник ионизирующего излучения, детектор вторичного излучения и анализатор сигналов детектора, размещенные на подвижной платформе, отличающееся тем, что использован источник ионизирующего излучения, генерирующий импульсный пучок гамма-излучения с максимальной энергией гамма-квантов более 31 МэВ. 1. A device for detecting hidden explosives, including an ionizing radiation source, a secondary radiation detector and a detector signal analyzer located on a movable platform, characterized in that the ionizing radiation source is used, which generates a pulsed gamma-ray beam with a maximum gamma-ray energy of more than 31 MeV 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник ионизирующего излучения состоит из импульсного электронного ускорителя с энергией более 31 МэВ и мишени. 2. The device according to claim 1, characterized in that the ionizing radiation source consists of a pulsed electron accelerator with an energy of more than 31 MeV and a target. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что электронный ускоритель выполнен по схеме разрезного микротрона. 3. The device according to p. 2, characterized in that the electron accelerator is made according to the scheme of a split microtron.
RU2000131575A 2000-12-18 2000-12-18 Detector of hidden explosives RU2185614C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000131575A RU2185614C1 (en) 2000-12-18 2000-12-18 Detector of hidden explosives

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000131575A RU2185614C1 (en) 2000-12-18 2000-12-18 Detector of hidden explosives

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2185614C1 true RU2185614C1 (en) 2002-07-20

Family

ID=20243521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000131575A RU2185614C1 (en) 2000-12-18 2000-12-18 Detector of hidden explosives

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2185614C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007084025A1 (en) * 2006-01-20 2007-07-26 Korzhenevsky Aleksander Vladim Device for contactlessly detecting flammable and explosive liquids
RU2442974C1 (en) * 2010-12-06 2012-02-20 Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) Device for detection of hidden explosives and narcotic substances
RU2444003C1 (en) * 2010-12-06 2012-02-27 Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) Method of identifying concealed explosives and narcotic drugs
US20120140863A1 (en) * 2010-12-06 2012-06-07 Karev Alexander Ivanovich Methods of detection and identification of carbon- and nitrogen-containing materials

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007084025A1 (en) * 2006-01-20 2007-07-26 Korzhenevsky Aleksander Vladim Device for contactlessly detecting flammable and explosive liquids
RU2442974C1 (en) * 2010-12-06 2012-02-20 Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) Device for detection of hidden explosives and narcotic substances
RU2444003C1 (en) * 2010-12-06 2012-02-27 Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) Method of identifying concealed explosives and narcotic drugs
US20120140863A1 (en) * 2010-12-06 2012-06-07 Karev Alexander Ivanovich Methods of detection and identification of carbon- and nitrogen-containing materials
US8582712B2 (en) * 2010-12-06 2013-11-12 Lawrence Livermore National Security, Llc. Methods of detection and identification of carbon- and nitrogen-containing materials
US8681939B2 (en) 2010-12-06 2014-03-25 Lawrence Livermore National Security, Llc Device for detection and identification of carbon- and nitrogen-containing materials

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0354326B1 (en) Method and system for detection of nitrogenous explosives by using nuclear resonance absorption
US20030165212A1 (en) Method and apparatus for detecting, locating, and analyzing chemical compounds using subatomic particle activation
IL96894A (en) Apparatus system and method for detecting contraband using direct imaging pulsed fast neutrons
US10753891B2 (en) Methods and systems for non-invasive measurement of soil chlorine and/or nitrogen content and for detecting sub-surface chlorine or nitrogen-containing objects
Kuznetsov et al. Detection of buried explosives using portable neutron sources with nanosecond timing
Lehnert et al. The detection of explosive materials: review of considerations and methods
Vartsky et al. A method for detection of explosives based on nuclear resonance absorption of gamma rays in 14N
JP2009047559A (en) Method and apparatus for detecting nitrogen-containing compound
Elsheikh et al. On the use of a (252Cf–3He) assembly for landmine detection by the neutron back-scattering method
McFee et al. Performance of an improved thermal neutron activation detector for buried bulk explosives
Knapp et al. Direct imaging of explosives
RU2185614C1 (en) Detector of hidden explosives
Gozani Advances in accelerator based explosives detection systems
Brooks et al. Detection of anti-personnel landmines using neutrons and gamma-rays
US8625744B2 (en) Apparatus and methods for real-time detection of explosives devices
Faust et al. Feasibility of fast neutron analysis for the detection of explosives buried in soil
Cinausero et al. Development of a thermal neutron sensor for Humanitarian Demining
Nebbia et al. Detection of hidden explosives in different scenarios with the use of nuclear probes
Evsenin et al. Detection of hidden explosives by nanosecond neutron analysis technique
Faust et al. Investigation of the feasibility of fast neutron analysis for detection of buried landmines
Bach et al. Neutron activation and analyses
WO2012078242A1 (en) Methods of detection and identification of carbon-and nitrogen-containing materials
RU2238545C2 (en) Method for detection, indentification and localization of organic substances, including explosive and narcotic substnaces, with use of impulse flow of fast neutrons
Dovbnya et al. Detection of explosives
McFee et al. Defence Research and Development Canada: Suffield research on nuclear methods for detection of buried bulk explosives

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151219