RU2226686C1 - Method and device for detection and identification of concealed explosives and narcotics - Google Patents

Method and device for detection and identification of concealed explosives and narcotics Download PDF

Info

Publication number
RU2226686C1
RU2226686C1 RU2002121666/28A RU2002121666A RU2226686C1 RU 2226686 C1 RU2226686 C1 RU 2226686C1 RU 2002121666/28 A RU2002121666/28 A RU 2002121666/28A RU 2002121666 A RU2002121666 A RU 2002121666A RU 2226686 C1 RU2226686 C1 RU 2226686C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon
nitrogen
explosives
time
ionizing radiation
Prior art date
Application number
RU2002121666/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002121666A (en
Inventor
В.Г. Раевский (RU)
В.Г. Раевский
А.И. Карев (RU)
А.И. Карев
ев Ю.А. Кон (RU)
Ю.А. Коняев
нцев А.С. Рум (RU)
А.С. Румянцев
Бразерз Лу (US)
Бразерз Лу
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 RU2002121666/28A priority Critical patent/RU2226686C1/en
Publication of RU2002121666A publication Critical patent/RU2002121666A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2226686C1 publication Critical patent/RU2226686C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment. SUBSTANCE: the method includes irradiation of the substance under test containing nitrogen and/or carbon by a bundle of ionizing radiation, and registration of the secondary radiation from the decay products. Irradiation is conducted by a bundle of ionizing radiation with an energy not exceeding 60 NcV, the time spectrum of the secondary radiation signals is registered, according to the results of the analysis of the time spectrum, the relative contents of nitrogen and carbon are determined, and, according to the information on the carbon and nitrogen composition, the substance under test is identified. The device has a source of ionizing radiation, detector of the decay products and an analyzer of the detector signals. The analyzer represents a time identifier of relative concentrations of nitrogen and carbon, which has a time-to-digital converter. EFFECT: enhanced precision and reliability. 2 cl, 1 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к области обнаружения скрытых взрывчатых веществ (ВВ) и наркотических средств (НС) и может быть использовано в мобильных и стационарных установках при разминировании территорий в рамках гуманитарных акций и для контроля незаконного оборота ВВ и НС в аэропортах, таможенных терминалах, блок-постах, автопарковках, почтовых службах и т.п.The invention relates to the field of detection of hidden explosives (BB) and narcotic drugs (NS) and can be used in mobile and stationary installations when clearing territories as part of humanitarian actions and to control the illegal traffic of explosives and NS at airports, customs terminals, checkpoints , car parks, postal services, etc.

Известный метод фотоядерного детектирования скрытых ВВ и НС относится к самым эффективным и быстродействующим методам прямого обнаружения ВВ и НС и заключается в регистрации продуктов распада короткоживущих изотопов 12В (бор-12) и 12N (азот-12), которые 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 и входящих в состав наиболее распространенных НС.The well-known method of photonuclear detection of hidden explosives and NSs is one of the most effective and high-speed methods for direct detection of explosives and NSs and consists in recording the decay products of short-lived isotopes 12 V (boron-12) and 12 N (nitrogen-12), which 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%) - chemical elements that form the basis of all modern explosives and are part of the most common NS.

При облучении ядер 14N и 13С гамма-квантами с энергией большей порогового значения Еγ возникают следующие фотоядерные реакции:When irradiating 14 N and 13 C nuclei with gamma rays with energies of a higher threshold value Eγ, the following photonuclear reactions occur:

Figure 00000001
Figure 00000001

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 1-200 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 аннигиляционные 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 Еγ для реакций 1-3. то в последующем за ним временном интервале менее 200 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.The choice of these processes as reference provides a high selectivity for the detection of explosives, because upon irradiation of 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 of 1-200 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 rays, as well as annihilation quanta with an energy of 511 keV, together with electrons and positrons constitute secondary decay products and can be detected by a detector. Therefore, if the object under investigation is irradiated with a gamma-ray pulse with gamma-ray energy above the threshold Eγ for reactions 1-3. then in the subsequent time interval of less than 200 ms, it will respond, if there is a sufficient concentration of nitrogen and / or carbon in it, by the flow of secondary particles from the decay of the isotopes 12 V and 12 N. Otherwise, this flow will not be in the measured time interval.

Практическая реализация фотоядерного способа детектирования ВВ и НС связана с подавлением возможных, так называемых "ложных" срабатываний от посторонних веществ, также содержащих азот и/или углерод. Это могут быть органические вещества, например древесина, при проведении работ по обнаружению ВВ на местности. Особое значение подавление ложных срабатываний имеет в установках для контроля багажа, где источниками ложных срабатываний могут быть различные предметы, в состав которых входят азот и углерод. Проблема ложных срабатываний является одной из важнейших во всех способах обнаружения ВВ и НС и ее решение определяет эффективность и производительность работ и практическую значимость.The practical implementation of the photonuclear method for detecting explosives and NS is associated with the suppression of possible so-called “false” responses from foreign substances also containing nitrogen and / or carbon. This can be organic substances, such as wood, when conducting work to detect explosives on the ground. Of particular importance is the suppression of false alarms in installations for controlling luggage, where the sources of false alarms can be various objects, which include nitrogen and carbon. The problem of false positives is one of the most important in all methods of detecting explosives and NS and its solution determines the efficiency and productivity of work and practical significance.

В патенте США (№4756866 от 12.07.1988) [1] предложены устройство и способ обнаружения ВВ для контроля багажа авиапассажиров по данным только от реакции

Figure 00000002
(2) путем регистрации аннигиляционных гамма-квантов с энергией 511 КэВ линейками из двух детекторов, расположенных по противоположным сторонам обследуемой единицы багажа. Как известно, аннигиляционные гамма-кванты вылетают в противоположные стороны (под углом 180°) при остановке распадного позитрона в веществе и тем самым указывают на расположение объекта с повышенным содержанием азота в объеме багажа. Но этот способ и установка не позволяют идентифицировать сам объект на принадлежность к ВВ. Отбраковка багажных единиц из общего потока на наличие азота может приводить в реальных условиях к резкому снижению производительности из-за ложных сигналов от предметов, содержащих азот.In US patent (No. 4756866 from 07/12/1988) [1] a device and method for detecting explosives for controlling baggage of air passengers according to reaction data only are proposed
Figure 00000002
(2) by registering annihilation gamma rays with an energy of 511 keV with arrays of two detectors located on opposite sides of the luggage unit being examined. As is known, gamma annihilation quanta fly out in opposite directions (at an angle of 180 °) when the decay positron in a substance stops, and thus indicate the location of an object with a high nitrogen content in the luggage volume. But this method and installation do not allow identifying the object itself as belonging to the explosive. The rejection of luggage units from the general stream for nitrogen can lead in real conditions to a sharp decrease in productivity due to false signals from objects containing nitrogen.

В статье [2], выбранной в качестве прототипа, предложено для поиска ВВ и НС использовать все три реакции (1-3) и способ идентификации сигналов от ВВ и НС от сигналов, вызванных другими веществами, содержащими также азот и/или углерод. В этом способе для идентификации вещества ВВ и НС предлагается проводить раздельные измерения выходов - суммарное количество сигналов от азота и углерода при максимальной энергии гамма-квантов выше порогового значения для реакции (2) и количество сигналов только от углерода при максимальной энергии пучка меньше порогового значения реакции (1). При первом измерении определяется суммарное количество образованных ядер 12В и 12N, а во втором измерении количество ядер 12В от реакции (3). Соотношение количества этих ядер характеризует вещество. Этот способ обладает определенными недостатками. Необходимо динамично изменять энергию ускоренных электронов и контролировать интенсивность пучка гамма-квантов при процедуре раздельного измерения выходов. Кроме того, для корректного раздельного измерения относительной концентрации азота и углерода от реакций (1-3) и реакции (3) требуется учитывать форму тормозного спектра, что затруднительно из-за искажений в результате прохождения излучения через толщу скрывающего вещества, которая, в общем случае, является неизвестной величиной. Это существенно, например, при обнаружения мин в грунте, когда глубина их установки от поверхности может меняться от 0 до 40-50 см. Указанные факторы влияют на точность результатов и однозначность идентификации ВВ и НС.In the article [2], selected as a prototype, it was proposed to use all three reactions (1-3) and a method for identifying signals from explosives and NS from signals caused by other substances also containing nitrogen and / or carbon to search for explosives and NS. In this method, to identify the explosives and NS substances, it is proposed to conduct separate measurements of the outputs — the total number of signals from nitrogen and carbon at the maximum gamma-ray energy is higher than the threshold value for reaction (2) and the number of signals from carbon only at the maximum beam energy is less than the threshold reaction value (1). In the first measurement, the total number of 12 V and 12 N nuclei formed is determined, and in the second measurement, the number of 12 V nuclei from reaction (3). The ratio of the number of these nuclei characterizes the substance. This method has certain disadvantages. It is necessary to dynamically change the energy of accelerated electrons and to control the intensity of the gamma-ray beam during the separate measurement of the outputs. In addition, for the correct separate measurement of the relative concentration of nitrogen and carbon from reactions (1-3) and reaction (3), it is necessary to take into account the shape of the inhibitory spectrum, which is difficult due to distortions due to the passage of radiation through the thickness of the hiding substance, which, in the general case is an unknown quantity. This is significant, for example, when detecting mines in the soil, when the depth of their installation from the surface can vary from 0 to 40-50 cm. These factors affect the accuracy of the results and the uniqueness of identification of explosives and NS.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение точности и достоверности при одновременном сокращении времени поиска и обнаружения ВВ и НС.The problem solved by the invention is to increase the accuracy and reliability while reducing the time of search and detection of explosives and NS.

Поставленная задача решается заявляемым способом, суть которого заключается в следующем. При однократном облучении исследуемого вещества, содержащего азот и/или углерод, пучком гамма-квантов с энергией более 31 МэВ в нем в результате реакций (1-3) образуются ядра короткоживущих изотопов 12В и 12N. Относительная концентрация этих изотопов однозначно связана с относительной концентрацией азота и углерода в облучаемом веществе и определяет уникальный портрет исследуемого вещества. Распадаясь, изотопы 12В и 12N формируют поток вторичного излучения, форма временной зависимости которого определяются периодами полураспада изотопов и их начальной относительной концентрацией. В общем виде, закон изменения числа радиоактивных ядер одного элемента со временем представлен экспонентой [3]:The problem is solved by the claimed method, the essence of which is as follows. Upon a single irradiation of the test substance containing nitrogen and / or carbon with a gamma ray beam with an energy of more than 31 MeV, nuclei of short-lived isotopes 12 V and 12 N are formed in it as a result of reactions (1-3). The relative concentration of these isotopes is uniquely associated with the relative concentration of nitrogen and carbon in the irradiated substance and determines a unique portrait of the investigated substance. When decaying, the 12 V and 12 N isotopes form a secondary radiation flux, the shape of the time dependence of which is determined by the half-lives of the isotopes and their initial relative concentration. In general terms, the law of change in the number of radioactive nuclei of one element over time is represented by the exponent [3]:

Figure 00000003
Figure 00000003

где N(t) - число нераспавшихся ядер в момент времени t; N0 - исходное число образованных ядер, λ - константа распада. В нашем случае распада двух элементов:where N (t) is the number of non-decayed nuclei at time t; N 0 is the initial number of nuclei formed, λ is the decay constant. In our case, the decay of two elements:

Figure 00000004
Figure 00000004

где N0[B-12) и N0[N-12] - число образовавшихся ядер соответственно 12В и 12N,where N 0 [B-12) and N 0 [N-12] are the number of nuclei formed, respectively, 12 V and 12 N,

N0[sum] - суммарное число образовавшихся ядер радиоактивных изотопов 12В и 12N.N 0 [sum] is the total number of formed nuclei of radioactive isotopes 12 V and 12 N.

Основные параметры распада изотопов от реакций (1-3):The main parameters of the decay of isotopes from reactions (1-3):

Figure 00000005
Figure 00000005

где T1/2 - период полураспада, λ11, λ20 - константы распадов.where T 1/2 is the half-life, λ 11 , λ 20 are the decay constants.

Анализируя после окончания импульса облучения форму и ход временной зависимости потока вторичного излучения от распадов 12В и 12N можно определить начальную относительную концентрацию изотопов 12В и 12N и идентифицировать исследуемое вещество.By analyzing after the end of the irradiation pulse the shape and behavior of the time dependence of the secondary radiation flux on the decays of 12 V and 12 N, it is possible to determine the initial relative concentration of isotopes 12 V and 12 N and to identify the test substance.

Количественно результаты анализа временного спектра продуктов распада изотопов 12В и 12N могут быть представлены в виде значений параметра k, определенного какQuantitatively, the results of the analysis of the time spectrum of the decay products of isotopes 12 V and 12 N can be presented in the form of values of the parameter k, defined as

Figure 00000006
Figure 00000006

Для реализации способа необходимо, чтобы фоновые процессы, приводящие к фотообразованию короткоживущих изотопов с периодом полураспада менее 200 мс и существенно искажающие измеряемый временной спектр, были подавлены. К таким процессам относятся реакции на кислороде - 16 (16О):To implement the method, it is necessary that the background processes leading to photo formation of short-lived isotopes with a half-life of less than 200 ms and significantly distort the measured time spectrum are suppressed. Such processes include reactions on oxygen - 16 ( 16 O):

Figure 00000007
Figure 00000007

Из указанных процессов только реакция (11) может давать ощутимый вклад в полезный сигнал за счет присутствия ядер 16О в молекуле исследуемого вещества, тогда как вклад от процесса (10) практически отсутствует ввиду крайне малых значений поперечных сечений для этой реакции. Кроме того, реакция (11) может дать существенный фоновый вклад при поиске мин в грунте, так как элементный химический состав грунта может на 50% состоять из кислорода. Исключить из регистрации продукты распада от реакции (11) можно, если ограничить энергию частиц ионизирующего излучения значением не более 60 МэВ, при этом вклад от этой реакции практически отсутствует. Это ограничение по энергии позволяет проводить однозначный анализ вкладов от распада только двух изотопов 12В и 12N. При этом фон от распада других долгоживущих изотопов незначителен и его вклад может быть учтен обычной процедурой вычитания фона, что позволяет надежно идентифицировать малые количества ВВ и НС.Of these processes, only reaction (11) can make a significant contribution to the useful signal due to the presence of 16 O nuclei in the molecule of the substance under study, while the contribution from process (10) is practically absent due to the extremely small cross sections for this reaction. In addition, reaction (11) can make a significant background contribution in the search for mines in the soil, since the elemental chemical composition of the soil can be 50% oxygen. It is possible to exclude from the registration the decay products from reaction (11) if the energy of the particles of ionizing radiation is limited to no more than 60 MeV, while the contribution from this reaction is practically absent. This energy limitation allows an unambiguous analysis of the contributions from the decay of only two isotopes 12 V and 12 N. Moreover, the background from the decay of other long-lived isotopes is insignificant and its contribution can be taken into account by the usual background subtraction procedure, which allows reliable identification of small amounts of explosives and NS.

Таким образом, заявляемый способ позволяет после однократного облучения исследуемого вещества пучком ионизирующего излучения путем измерения и обработки временной зависимости радиоактивного распада получить информацию об углеродном и азотном составе и идентифицировать вещество по критерию его принадлежности к ВВ или НС.Thus, the inventive method allows after a single exposure of the test substance to an ionizing radiation beam by measuring and processing the time dependence of the radioactive decay, to obtain information about the carbon and nitrogen composition and to identify the substance by the criterion of its belonging to explosives or NS.

Известно устройство [4], использующее фотоядерный способ обнаружения ВВ и позволяющее для идентификации ВВ определять относительную концентрацию азота и углерода в исследуемом веществе (прототип). Устройство содержит источник ионизирующего излучения, детектор вторичного излучения и анализатор сигналов детектора, размещенные на подвижной платформе. Для идентификации ВВ в установке может применяться способ двукратного облучения исследуемого вещества при разных значениях максимальной энергии гамма-квантов в зондирующем пучке.A device [4] is known that uses a photonuclear detection method for explosives and allows for the identification of explosives to determine the relative concentration of nitrogen and carbon in the test substance (prototype). The device comprises an ionizing radiation source, a secondary radiation detector, and a detector signal analyzer located on a movable platform. To identify explosives in the setup, a method of double irradiation of the test substance with different values of the maximum gamma-ray energy in the probe beam can be used.

Задача реализации заявляемого способа обнаружения и идентификации ВВ и НС решается предлагаемым устройством. Устройство содержит импульсный источник ионизирующего излучения, столовый детектор продуктов распада и временной идентификатор. Наличие в составе устройства стопового детектора и временного идентификатора является существенным отличительным признаком, поскольку позволяет проводить идентификацию ВВ и НС после однократного облучения исследуемого вещества.The task of implementing the proposed method for the detection and identification of explosives and NS is solved by the proposed device. The device contains a pulsed source of ionizing radiation, a table detector of decay products and a time identifier. The presence of a stop detector and a temporary identifier in the device is an essential distinguishing feature, since it allows identification of explosives and NS after a single irradiation of the test substance.

Использование заявляемого устройства позволяет 1) обнаруживать все виды мин, взрывоопасных предметов и наркотиков, содержащих азот и/или углерод, независимо от конструкции мин и упаковки ВВ и НС; 2) обнаруживать и идентифицировать ВВ с массой не менее 10 г и НС - не менее 50 г; 3) обнаруживать ВВ и НС с вероятностью не менее 99,6%; 4) обеспечить количество ложных срабатываний на уровне менее 5%; 5) создавать на основе этого устройства высокоэффективные мобильные и стационарные установки детектирования ВВ и НС. Заявляемое устройство представлено на схеме. На схеме и в тексте приняты следующие обозначения:Using the inventive device allows 1) to detect all types of mines, explosive objects and drugs containing nitrogen and / or carbon, regardless of the design of mines and packaging of explosives and NS; 2) to detect and identify explosives with a mass of at least 10 g and NS - at least 50 g; 3) detect explosives and NS with a probability of at least 99.6%; 4) ensure the number of false positives at a level of less than 5%; 5) to create, on the basis of this device, highly efficient mobile and stationary installations for detecting explosives and NS. The inventive device is presented in the diagram. The following notation is used in the diagram and in the text:

1 - источник ионизирующего излучения,1 - source of ionizing radiation,

2 - столовый детектор вторичного излучения,2 - table detector of secondary radiation,

3 - объект с ВВ или НС,3 - object with explosives or NS,

4 - стартовый генератор,4 - start generator

5 - временной идентификатор,5 - temporary identifier,

6 - время-цифровой преобразователь,6 - time-to-digital Converter

7 - установочный счетчик,7 - installation counter,

8 - процессор,8 - processor

9 - база данных,9 - database

10 - сигнализатор детектирования ВВ или НС.10 - detector detector BB or NS.

Предлагаемое устройство фотоядерного детектирования ВВ и НС содержит источник ионизирующего излучения 1 для генерации импульсов пучка гамма излучения и электронов; столовый детектор вторичных частиц 2 для регистрации продуктов распада, образованных радиоактивных изотопов и формирования сигналов "стоп" для последующего временного анализа; объект облучения 3, который может содержать ВВ и/или НС; стартовый генератор 4 для формирования запускающего сигнала "старт" и инициализации одного акта облучения объекта; временной идентификатор 5 для временного анализа сигналов от стопового детектора 2 и управления стартовым генератором 4 и сигнализатором 10 и объединяющий в единый функциональный узел времяцифровой преобразователь 6, установочный счетчик 7; процессор 8 для обработки накопленного времяцифровым преобразователем 6 временного распределения, вычисления величины k, сравнения с данными в базе данных 9 и включения сигнализатора 10 при наличии ВВ и/или НС; базу данных 9, которая содержит эталонные значения kнет для каждого из веществ, подлежащих идентификации и которая сформирована из экспериментальных данных в независимых опытах или расчетных значений; сигнализатор детектирования ВВ и/или НС 10 для информирования о зарегистрированных взрывчатых веществах и/или наркотических средствах.The proposed device for the photonuclear detection of explosives and NS contains a source of ionizing radiation 1 for generating pulses of a beam of gamma radiation and electrons; a table detector of secondary particles 2 for detecting decay products formed by radioactive isotopes and generating stop signals for subsequent temporary analysis; irradiation object 3, which may contain explosives and / or NS; a start generator 4 for generating a start signal "start" and the initialization of one act of irradiation of the object; time identifier 5 for temporary analysis of signals from the stop detector 2 and control of the start generator 4 and the signaling device 10 and integrating a time-digital converter 6 into a single functional unit, the installation counter 7; a processor 8 for processing the time distribution accumulated by the time-digital converter 6, calculating the value of k, comparing it with the data in the database 9, and turning on the signaling device 10 in the presence of explosives and / or NS; a database 9, which contains reference values of k no for each of the substances to be identified and which is formed from experimental data in independent experiments or calculated values; detector for detecting explosives and / or HC 10 to inform about registered explosives and / or drugs.

Стартовый генератор 4 соединен с источником ионизирующего излучения 1 и времяцифровым преобразователем 6. Источник излучения 1 облучает объект 3. Вторичное излучение объекта 3 регистрируется стоповым детектором 2, подключенным к времяцифровому преобразователю 6. Времяцифровой преобразователь 6 соединен с установочным счетчиком 7, который подключен к стартовому генератору 4 и процессору 8. Процессор 8 соединен с базой данных 9. К процессору 8 подключен сигнализатор обнаружения ВВ и/или НС 10.The start generator 4 is connected to the ionizing radiation source 1 and the time-digital converter 6. The radiation source 1 irradiates the object 3. The secondary radiation of the object 3 is detected by the stop detector 2 connected to the time-digital converter 6. The time-digital converter 6 is connected to the installation counter 7, which is connected to the start generator 4 and the processor 8. The processor 8 is connected to the database 9. To the processor 8 is connected an alarm detector for detecting explosives and / or HC 10.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Генератор 4 выдает стартовый импульс, который запускает источник ионизирующего излучения 1 и времяцифровой преобразователь 6. Источник ионизирующего излучения 1 формирует пучок гамма-квантов и электронов с максимальной энергией менее 60 МэВ в направлении обследуемого объекта. Если в объекте 3 находится вещество, содержащее азот и/или углерод, то в нем происходят фотоядерные реакции (1-3). Продукты распада образованных нестабильных изотопов 12N и 12В (β-частицы и индуцированные γ-кванты) регистрируются стоповым детектором 2. Импульсы стопового детектора 2 направляются во временной идентификатор 5 на стоповый вход времяцифрового преобразователя 6 и установочный счетчик 7.The proposed device operates as follows. Generator 4 generates a start pulse, which starts the ionizing radiation source 1 and the time-digital converter 6. The ionizing radiation source 1 forms a beam of gamma rays and electrons with a maximum energy of less than 60 MeV in the direction of the object being examined. If object 3 contains a substance containing nitrogen and / or carbon, then photonuclear reactions occur in it (1-3). The decay products of the formed unstable isotopes 12 N and 12 V (β particles and induced γ-quanta) are detected by the stop detector 2. The pulses of the stop detector 2 are sent to the time identifier 5 to the stop input of the time-digital converter 6 and the installation counter 7.

Установочный счетчик 7 накапливает поступающие от стопового детектора 2 сигналы в заданном временном интервале. Если количество накопленных сигналов не превышает установленного порогового значения, то счетчик выдает сигнал на стартовый генератор 4 для проведения следующего акта облучения объекта, а измерения и анализ временного спектра не проводятся. Таким образом, обеспечивается максимальная скорость обследования объекта 3. Если количество накопленных сигналов превысит установленное значение, то это будет означать наличие в облучаемом объекте 3 вещества с содержанием углерода и/или азота. В этом случае 7 разрешает завершить накопление временного спектра времяцифровым преобразователем 6.The installation counter 7 accumulates the signals coming from the stop detector 2 in a predetermined time interval. If the number of accumulated signals does not exceed the set threshold value, then the counter gives a signal to the start generator 4 for the next act of irradiating the object, and measurements and analysis of the time spectrum are not performed. Thus, the maximum speed of examination of object 3 is ensured. If the number of accumulated signals exceeds the set value, this will mean the presence in the irradiated object 3 of a substance containing carbon and / or nitrogen. In this case, 7 allows you to complete the accumulation of the time spectrum by a digital clock converter 6.

Времяцифровой преобразователь 6 проводит по каналу "стоп" накопление количества поступающих импульсов в соответствующие дискретные временные каналы, на которые разделен измеряемый временной интервал. Общее количество сигналов во всех дискретных каналах устройства 6 соответствует полному числу событий (N0[sum]). По окончанию процесса накопления данные передаются для обработки процессору 8. Процессор 8 выполняет обработку временного спектра и вычисление k.Time-to-digital Converter 6 conducts on the channel "stop" the accumulation of the number of incoming pulses in the corresponding discrete time channels into which the measured time interval is divided. The total number of signals in all discrete channels of device 6 corresponds to the total number of events (N 0 [sum] ). At the end of the accumulation process, the data is transmitted for processing to the processor 8. The processor 8 performs the processing of the time spectrum and calculates k.

Полученное значение k сравнивается с аналогичными значениями (kист) в базе данных 9. Если значение k совпадает в пределах ошибок с kист из базы данных 9, то процессор выдает сигнал обнаружения на сигнализатор 10. Поддержание 9 в актуализированном состоянии возможно новыми данными, полученными в результате эксплуатации устройства.The obtained value of k is compared with the same values (k source ) in database 9. If the value of k coincides within the error with k source from database 9, then the processor generates a detection signal to the signaling device 10. Maintaining 9 in the updated state is possible with new data received as a result of the operation of the device.

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

Пример 1.Example 1

Для подтверждения эффективности заявляемого способа было проведено компьютерное моделирование процессов, связанных с обнаружением и идентификацией ВВ и НС в условиях, имитирующих инспекцию багажа в установках контроля в аэропортах, таможенных терминалах и т.п.To confirm the effectiveness of the proposed method, a computer simulation of the processes related to the detection and identification of explosives and NS in conditions simulating baggage inspection in control installations at airports, customs terminals, etc. was carried out.

На первом этапе моделировалось фоторождение изотопов 12В и 12N в облучаемом веществе, вычислялось суммарное количество образованных ядер N0[sum] и истинное значение kист. На втором этапе моделировалась процедура измерения временной зависимости потока вторичного излучения от распадов изотопов 12В и 12N и проводилось восстановление значения kизм по результатам измерений. Приведенные в таблице 1 результаты моделирования были получены при следующих условиях: энергия электронного пучка 55 МэВ, ток пучка электронов в импульсе 50 мА, длительность токового импульса 6 мкс, площадь стопового детектора вторичного излучения 1 м2, расстояние от объекта исследования до детектора 60 см, масса ВВ, НС и ложных объектов 100 г, скрывающее вещество - слой воды толщиной 10 см. Результаты представлены в таблице 1.At the first stage, photoproduction of 12 V and 12 N isotopes in the irradiated substance was simulated, the total number of formed nuclei N 0 [sum] and the true value of k source were calculated. At the second stage, the procedure for measuring the time dependence of the secondary radiation flux on the decays of the 12 V and 12 N isotopes was simulated and the value of k ISM was restored from the measurement results. The simulation results shown in Table 1 were obtained under the following conditions: electron beam energy of 55 MeV, electron beam current in a pulse of 50 mA, current pulse duration of 6 μs, the area of the stop detector of secondary radiation 1 m 2 , the distance from the object of study to the detector is 60 cm, the mass of explosives, NS and false objects 100 g, hiding substance - a layer of water 10 cm thick. The results are presented in table 1.

Figure 00000008
Figure 00000008

В столбце 3 представлены полные значения количества зарегистрированных сигналов N0[sum], полученных в результате компьютерного моделирования процесса обнаружения данного вещества в описанных выше условиях.Column 3 presents the total number of registered signals N 0 [sum] obtained as a result of computer simulation of the detection process of this substance under the conditions described above.

В столбце 4 указан относительный вклад сигналов от распада 12N, зарегистрированных в результате компьютерного моделирования и которые однозначно связаны с концентрацией азота и углерода в веществе. Полученный в результате моделирования относительный вклад от распада 12N принимается за эталонное значение kист.Column 4 shows the relative contribution of 12 N decay signals recorded as a result of computer simulation and which are uniquely related to the concentration of nitrogen and carbon in the substance. The relative contribution from the decay of 12 N obtained as a result of the simulation is taken as the reference value k source .

В столбце 5 представлены измеренные значения kизм (kизм=k (9)), восстановленные из временного спектра регистрируемых сигналов, и указаны погрешности измерений.Column 5 presents the measured values of k ISM (k ISM = k (9)), recovered from the time spectrum of the recorded signals, and the measurement errors are indicated.

Как следует из полученных результатов, заявляемый метод позволяет эффективно идентифицировать ВВ и НС, отделяя их от ложных объектов.As follows from the obtained results, the inventive method allows you to effectively identify explosives and NS, separating them from false objects.

Пример 2.Example 2

В таблице 2 представлены основные характеристики стационарной установки для контроля багажных единиц в аэропортах, которая может быть разработана на основе предлагаемого изобретения. Приведенные данные получены на основании результатов компьютерного моделирования процессов обнаружения и идентификации ВВ и НС.Table 2 presents the main characteristics of a stationary installation for monitoring luggage units at airports, which can be developed on the basis of the invention. The data presented are based on the results of computer simulation of the detection and identification of explosives and NS.

Figure 00000009
Figure 00000009

Из таблицы следует, что установка может обладать уникальными характеристиками, которые значительно превосходят по основным параметрам самые эффективные и наиболее распространенные в мире установки. Так установка СТХ 9000 Dsi фирмы InVision Technologies (USA) [5], предназначенная для контроля ВВ в багажных единицах в аэропортах, работает по принципу обнаружения по косвенным признакам (рентгеновское просвечивание и обработка изображений) и имеет производительность 542 единиц багажа в час, а данные по ложным срабатываниям вовсе не приводятся.From the table it follows that the installation may have unique characteristics that significantly exceed the most efficient and most common installations in the world in basic parameters. Thus, the CTX 9000 Dsi installation of InVision Technologies (USA) [5], designed to control explosives in baggage units at airports, operates on the basis of indirect detection (x-ray scanning and image processing) and has a capacity of 542 pieces of baggage per hour, and the data false positives are not given at all.

Пример 3.Example 3

В таблице 3 представлены сравнительные технико-экономические характеристики для способов обнаружения ВВ, используемых в работах по очистке заминированных территорий при соблюдении требований ООН для гуманитарного разминирования [6].Table 3 presents the comparative technical and economic characteristics for the methods for detecting explosives used in the cleaning of mined areas while observing the UN requirements for humanitarian demining [6].

Figure 00000010
Figure 00000010

В столбце 1 обозначены технико-экономические показатели.Column 1 indicates the technical and economic indicators.

В столбце 2 приведены данные для основного, используемого в настоящее время ручного метода обнаружения мин с помощью современных переносных приборов и специальных розыскных собак.Column 2 shows the data for the main currently used manual method for detecting mines using modern portable devices and special search dogs.

В столбце 3 приведены расчетные данные для устройства, предложенного в [4].Column 3 shows the calculated data for the device proposed in [4].

В столбце 4 приведены расчетные данные для подвижной установки, использующей заявляемые способ и устройство обнаружения и идентификации скрытых взрывчатых веществ.Column 4 shows the calculated data for a mobile installation using the inventive method and device for the detection and identification of hidden explosives.

Из представленных в таблице данных следует, что заявляемый способ и устройство позволят проводить работы по разминированию территорий более чем в 800 раз эффективнее основного - ручного метода - и в 2,8 раза эффективнее устройства, предложенного в [4]. Кроме того, необходимо отметить, что заявляемый способ и устройство, также как и устройство по патенту [4], позволяет реализовать безлюдную технологию гуманитарного разминирования, тогда как ручной метод из-за непосредственного контакта с взрывоопасными предметами подвергает людей опасности гибели или увечья.From the data presented in the table it follows that the claimed method and device will allow for mine clearance work more than 800 times more effective than the main - manual method - and 2.8 times more effective than the device proposed in [4]. In addition, it should be noted that the claimed method and device, as well as the device according to the patent [4], allows for the implementation of uninhabited humanitarian demining technology, while the manual method, due to direct contact with explosive objects, exposes people to danger of death or injury.

Источники информации:Sources of information:

1. Патент США №4756866, 376/157, кл. G 21 G 1/12, опубл. 12.07.1988.1. US patent No. 4756866, 376/157, CL. G 21 G 1/12, publ. 07/12/1988.

2. Е.А. Knapp, A.W. Saunders, andW.P. Trower. Direct Imaging of Explosives. Proceedings Euroconference on: Sensor systems and signal processing techniques applied to the detection of mines and unexplosed ordnance. MINE'99, October 1-3,1999. Villa Agape, Firenze, Italy Laboratorio Ultrasuoni e Controlli Non Distmttivi Universita di Firenze, Italy. http://demming.jrc.it/aris/events/mine99/start.htm2. E.A. Knapp, A.W. Saunders, andW.P. Trower. Direct Imaging of Explosives. Proceedings Euroconference on: Sensor systems and signal processing techniques applied to the detection of mines and unexplosed ordnance. MINE'99, October 1-3,1999. Villa Agape, Firenze, Italy Laboratorio Ultrasuoni e Controlli Non Distmttivi Universita di Firenze, Italy. http://demming.jrc.it/aris/events/mine99/start.htm

3. К.Н.Мухин. Экспериментальная ядерная физика. Т.1. Физика атомного ядра. Учебник для ВУЗов. Изд. 3-е. - М.: Атомиздат, 1974, с.170.3. K.N. Mukhin. Experimental nuclear physics. T.1. Physics of the atomic nucleus. Textbook for high schools. Ed. 3rd - M .: Atomizdat, 1974, p. 170.

4. Устройство для обнаружения скрытых взрывчатых веществ. Патент РФ №2185614. БИ №20, 2002 г.4. Device for detecting hidden explosives. RF patent No. 2185614. BI No. 20, 2002

5. Официальный СВИТ компании InVision Technologies, http://www.invision-tech.com/index3.htm5. Official InVision Technologies SWITCH, http://www.invision-tech.com/index3.htm

6. Международные стандарты по проведению операций по разминированию в рамках гуманитарных акций под эгидой ООН. ООН, 1996, 75 с.6. International standards for conducting demining operations in the framework of humanitarian actions under the auspices of the UN. UN, 1996, 75 pp.

Claims (2)

1. Способ обнаружения и идентификации скрытых взрывчатых веществ и наркотических средств, включающий облучение исследуемого вещества, содержащего азот и/или углерод, пучков ионизирующего излучения, регистрацию вторичного излучения от продуктов распада, образованных изотопами азота-12 и бора-12, отличающийся тем, что облучение проводят пучком ионизирующего излучения с энергией не более 60 МэВ, регистрируют временной спектр сигналов вторичного излучения, по результатам анализа временного спектра определяют относительные содержания азота и углерода, и по информации об углеродном и азотном составе при использовании базы данных с эталонными значениями идентифицируют исследуемое вещество.1. A method for detecting and identifying hidden explosives and narcotic drugs, including irradiating a test substance containing nitrogen and / or carbon, ionizing radiation beams, recording secondary radiation from decay products formed by nitrogen-12 and boron-12 isotopes, characterized in that irradiation is carried out by a beam of ionizing radiation with an energy of not more than 60 MeV, the time spectrum of the secondary radiation signals is recorded, the relative nitrogen contents are determined by the results of the analysis of the time spectrum and carbon, and information on the carbon and nitrogen composition when using a database with reference values identify the test substance. 2. Устройство для обнаружения и идентификации скрытых взрывчатых веществ и наркотических средств, включающее источник ионизирующего излучения, детектор продуктов распада и анализатор сигналов детектора, отличающееся тем, что анализатор представляет собой временной идентификатор относительных концентраций азота и углерода, который содержит времяцифровой преобразователь, соединенный с установочным счетчиком и процессором, взаимодействующим с базой данных, при этом установочный счетчик подключен к источнику через стартовый генератор, связанный с времяцифровым преобразователем, а к процессору подключен сигнализатор.2. A device for detecting and identifying hidden explosives and narcotic drugs, including an ionizing radiation source, a decay product detector and a detector signal analyzer, characterized in that the analyzer is a temporary identifier for relative concentrations of nitrogen and carbon, which contains a time-digital converter connected to the installation a counter and a processor interacting with the database, while the installation counter is connected to the source through the start generator Associated with vremyatsifrovym converter, and is connected to the processor switch.
RU2002121666/28A 2002-08-14 2002-08-14 Method and device for detection and identification of concealed explosives and narcotics RU2226686C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002121666/28A RU2226686C1 (en) 2002-08-14 2002-08-14 Method and device for detection and identification of concealed explosives and narcotics

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002121666/28A RU2226686C1 (en) 2002-08-14 2002-08-14 Method and device for detection and identification of concealed explosives and narcotics

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002121666A RU2002121666A (en) 2004-03-27
RU2226686C1 true RU2226686C1 (en) 2004-04-10

Family

ID=32465301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002121666/28A RU2226686C1 (en) 2002-08-14 2002-08-14 Method and device for detection and identification of concealed explosives and narcotics

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2226686C1 (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

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002121666A (en) 2004-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2046314C (en) Contraband detection system using direct imaging pulsed fast neutrons
US20060227920A1 (en) Hybrid stoichiometric analysis and imaging using non-thermal and thermal neutrons
US7151815B2 (en) Nonintrusive method for the detection of concealed special nuclear material
Pesente et al. Detection of hidden explosives by using tagged neutron beams with sub-nanosecond time resolution
US20120168635A1 (en) System and Method For Measuring and Analyzing Target Emissions
US5440136A (en) Anisotropic neutron scatter method and apparatus
US9012852B2 (en) Explosives detector
RU2397513C1 (en) Procedure for neutron gamma logging and facility for its implementation
RU2516186C2 (en) Nonintrusive method for detection of chemical element
RU2226686C1 (en) Method and device for detection and identification of concealed explosives and narcotics
Im et al. Analytical capability of an explosives detection by a prompt gamma-ray neutron activation analysis
Kidd et al. Double-electron capture on Sn 112 to the excited 1871 keV state in Cd 112: A possible alternative to double-β decay
JP4543195B2 (en) Highly sensitive nuclide analysis method by multiple gamma ray detection
US8582712B2 (en) Methods of detection and identification of carbon- and nitrogen-containing materials
Dzhilavyan et al. Detection and identification of hidden explosives in photonuclear detection systems
Mitra Identification of UXO using the associated particle neutron time-of-flight technique, final report
US7329872B2 (en) Spectral analysis method for detecting an element
Cinausero et al. Development of a thermal neutron sensor for Humanitarian Demining
JP2009236635A (en) Method and apparatus for detecting nitrogen-containing substance
Evsenin et al. Detection of hidden explosives by nanosecond neutron analysis technique
Bystritsky et al. Study of the Associated Particle Imaging technique for the hidden explosives identification
RU2444003C1 (en) Method of identifying concealed explosives and narcotic drugs
WO2015020710A2 (en) Integrated primary and special nuclear material alarm resolution
JP4406686B2 (en) Highly sensitive nuclide analysis method using 3D cube by multiple gamma ray measurement
WO1999049311A2 (en) Method and apparatus for detecting, locating, and analyzing chemical compounds using subatomic particle activation (atometry)

Legal Events

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

Effective date: 20160815