RU2238545C2 - Способ обнаружения, идентификации и локализации органических веществ, в том числе взрывчатых и наркотических веществ, с использованием импульсных потоков быстрых нейтронов - Google Patents
Способ обнаружения, идентификации и локализации органических веществ, в том числе взрывчатых и наркотических веществ, с использованием импульсных потоков быстрых нейтронов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2238545C2 RU2238545C2 RU2002102468/28A RU2002102468A RU2238545C2 RU 2238545 C2 RU2238545 C2 RU 2238545C2 RU 2002102468/28 A RU2002102468/28 A RU 2002102468/28A RU 2002102468 A RU2002102468 A RU 2002102468A RU 2238545 C2 RU2238545 C2 RU 2238545C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ions
- gamma
- quanta
- neutron
- organic matter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области анализа материалов радиационными методами. Особенность способа заключается в том, что облучение исследуемого объекта осуществляют неколлимированными потоками быстрых нейтронов, а для локализации органического вещества используют совокупность данных о временах регистрации характеристических гамма-квантов, полученных при нескольких (не менее трех) положениях устройства относительно облучаемого объекта. Кроме того, облучение объекта импульсными потоками быстрых нейтронов прекращают при отсутствии превышения уровня фона потоком регистрируемых характеристических гамма-квантов в течение времени, необходимого для обнаружения органических веществ. Кроме того, для получения импульсных потоков быстрых нейтронов используют одноатомные ионы дейтерия из ионного источника, ускоряют ионы в предускорителе, направляют ионы на ВЧ сканирующее устройство с коллиматором, в котором формируют импульсные пучки ионов дейтерия, направляют импульсные пучки ионов на группирователь для группировки ионов по скоростям, ускоряют импульсные пучки ионов в электростатическом ускорителе и бомбардируют ионами тритиевую мишень. Техническим результатом изобретения является уменьшение времени контроля объекта и уменьшение стоимости контролирующего устройства. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к области анализа материалов радиационными методами, измерения вторичной эмиссии при нейтронном облучении и может быть использовано для обнаружения органических веществ, в том числе взрывчатых и наркотических веществ, других контрабандных товаров и опасных материалов (предметов) среди содержимого контролируемых объектов (чемоданы, грузовые контейнеры, автомобили, вагоны, здания, грунт и т.д.) без их вскрытия.
Известен метод обнаружения, идентификации и локализации органических веществ, основанный на измерении спектра нейтронов после прохождения нейтронов с широким ("белым") спектром по энергиям через исследуемое вещество [1]. В нем сечение полного взаимодействия нейтронов с веществом носит резонансный характер и зависимость сечения взаимодействия от энергии индивидуальна для каждого химического элемента. Форма нейтронного спектра после прохождения через вещество однозначно определяется элементным составом вещества. Для обнаружения органических веществ в контролируемых объектах объекты сканируются узким коллимированным потоком нейтронов. Для создания узкого потока нейтронов используется ВЧ линейный или циклический ускоритель ионов дейтерия на энергию несколько МэВ с последующей коллимацией потока нейтронов, испускаемых мишенью при ее бомбардировке ионами дейтерия.
Недостатком способа является высокая стоимость устройства, его реализующего, что связано с высокой стоимостью ВЧ ускорителя, а также большое требуемое время контроля, что связано с необходимостью сканирования объекта узким потоком нейтронов.
Известен способ обнаружения органических веществ [2], в котором контролируемый объект сканируется узким коллимированным потоком нейтронов и регистрируются так называемые “характеристические” гамма-кванты, возникающие при неупругом рассеянии быстрых нейтронов на ядрах азота, углерода, кислорода, с характеристической энергией 5,1 МэВ (рассеяние на ядрах азота); 4,4 МэВ (углерода); 6,9 и 7,1 МэВ (кислорода). Из соотношения количества зарегистрированных “характеристических” гамма-квантов различной энергии определяется химический состав органического вещества и принимается решение о его принадлежности к определенному типу органического вещества, например взрывчатому веществу или наркотическому веществу. Для локализации органического вещества используют коллимированные мозаичные гамма-детекторы, которые регистрируют гамма-кванты, испускаемые только в определенном телесном угле по отношению к детектору.
Недостатком способа является высокий уровень облучения, которому подвергается объект. Это связано с низкой эффективностью регистрации характеристических гамма-квантов коллимированными гамма-детекторами и вследствие этого необходимостью использования генератора нейтронов очень высокой интенсивности, порядка 5· 1010 нейтронов/с. Кроме того, недостатком способа является большое требуемое время контроля, что связано с необходимостью сканирования объекта узким потоком нейтронов.
Наиболее близким к предложенному способу является способ обнаружения контрабанды [3] с использованием импульсных потоков быстрых нейтронов, включающий облучение контролируемого объекта импульсными потоками быстрых нейтронов, регистрацию характеристических гамма-квантов, создаваемых при неупругом столкновении быстрых нейтронов с ядрами органического вещества, определение времени регистрации характеристических гамма-квантов относительно начала нейтронного импульса, обнаружение органического вещества по факту регистрации характеристических гамма-квантов, идентификацию органического вещества по соотношению характеристических гамма-квантов различной энергии и локализацию органического вещества (3).
Кроме того, этот способ включает в себя:
сканирование всего объекта узким коллимированным импульсным пучком быстрых нейтронов для локализации органических веществ в объекте;
создание узкого коллимированного импульсного пучка быстрых нейтронов с энергией в диапазоне 5-9 МэВ с использованием ускорителя ионов высокой энергии, например циклического ускорителя ионов дейтерия с энергией выше 5 МэВ, в котором ускоренные ионы дейтерия бомбардируют дейтериевую мишень, и использованием дополнительной коллимации создаваемого пучка нейтронов таким образом, чтобы поперечные размеры пучка при облучении объекта были порядка поперечных размеров различимого элементарного объема (воксела) внутри контейнера.
Недостатком указанного способа является то, что он не позволяет использовать неколлимированные широкие импульсные пучки быстрых нейтронов, поскольку исследуемый воксел в каждом такте сканирования расположен вдоль оси распространения узкого коллимированного импульсного пучка быстрых нейтронов, из которого испустился искомый гамма-квант, а поперечный размер воксела определяется поперечным сечением пучка нейтронов, и для локализации органических веществ в объекте поперечный размер воксела должен быть гораздо меньше поперечных размеров контейнера. При использовании узких коллимированных пучков быстрых нейтронов необходимо сканировать весь контейнер, что ведет к большому времени облучения контролируемого объекта.
Кроме того, способ, принятый за прототип, не позволяет сократить время обнаружения органических веществ в процессе облучения, поскольку решение о наличии органических веществ может быть принято только после сканирования всего объекта. Это приводит к увеличению среднего времени облучения, следовательно, к снижению производительности процесса контроля в целом и к увеличению средней дозы излучения, поглощенной объектом. Создание узких коллимированных пучков быстрых нейтронов с энергией от 5 до 9 МэВ, необходимых для осуществления способа, связано с необходимостью использования ускорителей ионов высоких энергий (с энергией несколько МэВ/нуклон и более), приводящих к генерации пучков нейтронов, максимальная интенсивность и энергия которых совпадает с направлением движения пучков ионов. Часть нейтронов вылетает под большими углами относительно направления движения пучка ионов и требуется дополнительное коллимирование нейтронного пучка для устранения этих нейтронов. Все это влечет за собой значительное повышение сложности, стоимости, массы, габаритов установки для реализации способа в целом, необходимости создания дополнительных систем обслуживания ускорителя ионов высокой энергии.
Для сокращения времени облучения контролируемого объекта в способе обнаружения, идентификации и локализации органических веществ, в том числе взрывчатых и наркотических веществ, с использованием импульсных потоков быстрых нейтронов, включающем облучение контролируемого объекта импульсными потоками быстрых нейтронов, регистрацию характеристических гамма-квантов, создаваемых при неупругом столкновении быстрых нейтронов с ядрами органического вещества, определение времени регистрации характеристических гамма-квантов относительно начала нейтронного импульса, обнаружение органического вещества по факту регистрации характеристических гамма-квантов, идентификацию органического вещества по соотношению характеристических гамма-квантов различной энергии и локализацию органического вещества, облучение осуществляют неколлимированными потоками быстрых нейтронов, а для локализации органического вещества используют совокупность данных о временах регистрации характеристических гамма-квантов, полученных при нескольких (не менее трех) положениях устройства относительно облучаемого объекта.
Кроме того, для уменьшения времени контроля облучение контролируемого объекта импульсными потоками быстрых нейтронов прекращают при отсутствии превышения уровня фона потоком регистрируемых характеристических гамма-квантов в течение времени, необходимого для обнаружения органических веществ.
Кроме того, для уменьшения стоимости устройства, реализующего способ, для получения импульсных потоков быстрых нейтронов используют однозарядные ионы дейтерия из ионного источника, ускоряют ионы в предускорителе, направляют ионы на ВЧ сканирующее устройство с коллиматором, в котором формируют импульсные пучки ионов дейтерия, направляют импульсные пучки ионов на группирователь для группировки ионов по скоростям, ускоряют импульсные пучки ионов в электростатическом ускорителе и бомбардируют ионами тритиевую мишень.
Предложенный способ не известен из уровня техники, следовательно, он является новым.
Предложенный способ явным образом не следует из уровня техники, следовательно, он имеет изобретательский уровень.
Предложенный способ может быть использован для решения технических и военных задач (в том числе для поиска мин), в системах таможенного контроля контейнеров и транспортных средств на предмет выявления в них контрабанды, поскольку большинство взрывчатых, наркотических веществ и других объектов контрабанды относится к классу органических веществ. Органические вещества характеризуются наличием в их составе водорода, углерода, кислорода и ряда других легких элементов (например, азота). Определив предлагаемым способом концентрацию углерода, кислорода и азота в предметах, находящихся в контролируемых объектах, можно осуществить идентификацию этих предметов без нарушения целостности объекта. Следовательно, предложенный способ является промышленно применимым и социально приемлемым.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом. Контролируемый объект 1 перемещают относительно нейтронного генератора 2 и гамма-детекторов 3 контролирующего устройства. В дейтерий-тритиевом нейтронном генераторе 2 при соударении пучка ионов дейтерия 4 с нейтронообразующей тритиевой мишенью 5 создают импульсные потоки быстрых монохроматичных нейтронов. Длительность импульса потока нейтронов τ гораздо меньше, а период повторения импульсов Т гораздо больше времени прохождения нейтронов через объект. Импульс тока пучка ионов дейтерия 4, приходящий на нейтронообразующую мишень 5, подают в формирователь тактового импульса 6, создающий тактовый сигнал. Поскольку угловое распределение нейтронов, испускаемых дейтерий-тритиевым нейтронным генератором 2, по энергии и по плотности почти изотропно, пространственное распределение потока нейтронов имеет форму сферического слоя 7 толщиной порядка Vnτ , где Vn - скорость нейтрона. При прохождении через органическое вещество 8, находящееся в объекте, нейтроны вызывают излучение характеристических гамма-квантов 9 при неупругих столкновениях с ядрами углерода, азота и кислорода, входящих в состав органического вещества. Характеристические гамма-кванты регистрируются гамма-детекторами 3. На выходе гамма-детекторов 3 возникают импульсы, поступающие на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10 и формирователь со следящим порогом (ФСП) 11. Сигнал с выхода ФСП 11 инициирует срабатывание АЦП 10 и регистра адреса (РА) 12. Сигнал с выхода ФСП 11 поступает на вход время-цифрового преобразователя (ВЦП) 13, измеряющего временной интервал между тактовым сигналом и импульсом с АЦП 10. Обработанные данные с АЦП 10, ВЦП 13 и РА 12 поступают на шину данных 14. В конце тактового периода (определяемом линией задержки 15) данные от АЦП 10, ВЦП 13 и РА 12 сработавших детекторов заносятся в компьютер 16. По этим данным измеряется амплитуда импульса с гамма-детектора и время импульса относительно тактового сигнала t.
При облучении контролируемого объекта импульсными потоками быстрых нейтронов поток характеристических гамма-квантов 9, регистрируемых гамма-детекторами 3, складывается из потока информационных характеристических гамма-квантов, испускаемых при неупругих столкновениях быстрых нейтронов с органическим веществом, и дополнительных (“фоновых”) характеристических гамма-квантов, испускаемых при неупругих столкновениях быстрых нейтронов с окружающей средой (в частности, с воздухом при обнаружении органических веществ в контейнере или с грунтом при поиске пластиковых мин). Скорость регистрации фоновых характеристических гамма-квантов зависит от условий обнаружения органических веществ и определяется заранее. Для уменьшения числа фоновых отсчетов используется экран 18, ограничивающий телесный угол, в котором происходит регистрация гамма-квантов. Если при облучении в течение времени, необходимого для надежного обнаружения органического вещества, которое определяется формулами (1)-(5), количество регистрируемых характеристических гамма-квантов не превышает ожидаемое количество фоновых гамма-квантов, то облучение прекращают.
Данные об амплитуде импульса с гамма-детектора и времени импульса относительно тактового сигнала позволяют определить расстояние от нейтронного генератора до места испускания гамма-квантов и энергию гамма-кванта. Скорость гамма-квантов гораздо больше скорости нейтронов, например, при энергии нейтронов 14 МэВ скорость гамма-квантов в 6 раз больше скорости нейтронов. Для простоты описания способа будем считать, что скорость гамма-квантов бесконечно больше по сравнению со скоростью нейтронов (реальная скорость гамма-кванта учитывается с помощью поправок, корректирующих место вылета гамма-квантов). Тогда область возможных решений о пространственном положении места вылета в момент времени t характеристических гамма-квантов, зарегистрированных гамма-детектором, определяется пространственной плотностью потока нейтронов в момент времени t относительно начала импульса нейтронов, то есть описывается геометрическим местом точек в виде сферического слоя 7 радиусом Vnt, толщиной vnτ . Центр сфер, образующих слой, совпадает с местом испускания нейтронов (нейтронообразующей мишенью). При регистрации характеристических гамма-квантов при разных положениях объекта относительно нейтронного генератора возможная область решений будет описываться геометрическим местом точек, ограниченных контейнером и образованных пересечением таких сферических слоев, находящихся на различных расстояниях друг от друга. Если центры образующих сфер (совпадающие с местом испускания нейтронов) не расположены на одной прямой (например, объект облучается с одной стороны, а затем с противоположной стороны), то возможное место испускания гамма-кванта будет локализовано в области 17 с характерными размерами порядка Vnτ , в которой расположено органическое вещество. Из соотношения количества зарегистрированных характеристических гамма-квантов различной энергии определяется химический состав органического вещества и принимается решение о его принадлежности к определенному типу органического вещества, например взрывчатому веществу или наркотическому веществу.
Импульсные потоки быстрых нейтронов получают следующим образом. Пучок ионов дейтерия 4 создают в ионном источнике 19 и ускоряют в предускорителе 20. Затем его подают в прерыватель пучка 21. Прерыватель пучка представляет собой две отклоняющие пластины 22, между которыми подается высокочастотное напряжение. На некотором расстоянии от пластин находится коллиматор 23 в виде диафрагмы или тонкой щели. Амплитуда и период высокочастотного напряжения выбирается таким, чтобы обеспечить прохождение пучка ионов в течение очень коротких интервалов времени. Таким образом, после прохождения коллиматора формируется последовательность сгустков ионов, длительность которых гораздо меньше периода следования. Пучок ионов в виде сгустков поступает в группирователь 24 клистронного типа, который модулирует сгустки по скорости таким образом, чтобы их продольный размер перед столкновением с нейтронообразующей мишенью был минимальным. Кроме того, перед мишенью сгустки доускоряются до требуемой энергии в электростатической трубке 25. При столкновении сгустков с мишенью 5 происходит генерация импульсных потоков быстрых нейтронов.
При конкретной реализации способа:
- органическое вещество 8 представляет собой куб или шар, расположенный в центре контролируемого объекта;
- другие органические вещества в контролируемом объекте 8 отсутствуют;
- фоновая компонента, обусловленная взаимодействием нейтронов с материалом сцинтиллятора, космическим нейтронным фоном, наложением импульсов, отсутствует;
- основной фоновой компонентой являются характеристические гамма-кванты, создаваемые при столкновении быстрых нейтронов с воздухом;
- поток быстрых нейтронов не ослабляется при прохождении контролируемого объекта 8.
Для надежного выделения характеристических гамма-квантов 9, испускаемых ядрами органического вещества от фоновых гамма-квантов, необходимо выполнение условия
где α - доверительный интервал [8];
Nc - количество зарегистрированных характеристических гамма-квантов, испускаемых при столкновении нейтронов с органическим веществом,
NФ - количество зарегистрированных фоновых гамма- квантов.
где no и nф - концентрация ядер элементов, входящих в состав органического вещества (углерода, азота, кислорода) в органическом веществе и воздухе соответственно, см-3;
σ - сечение неупругого рассеяния быстрого нейтрона на ядре с выходом характеристических гамма- квантов, см2;
Vo - объем, занимаемый органическим веществом, см3;
Vф - объем сферического слоя воздуха, в котором находится органическое вещество (вылетевшие характеристические гамма-кванты с этого слоя регистрируются гамма-детекторами в то же время, что и характеристические гамма-кванты, испущенные органическим веществом), см3;
tмин - минимальное время контроля, с;
Ω - вероятность вылета гамма-кванта, испущенного ядром органического вещества, в направлении детектора, рад;
Ψ - вероятность вылета гамма-кванта, испущенного ядром воздуха, в направлении детектора, рад;
η - вероятность регистрации характеристического гамма-кванта детектором;
Jn - средняя плотность потока быстрых нейтронов через органическое вещество, определяемая как
где I - средняя интенсивность нейтронного генератора, R - расстояние от нейтронообразующей мишени 5 до органического вещества.
Объем сферического слоя воздуха Vф равен
где ν o - скорость быстрого нейтрона, см/с;
τ - длительность импульса потока нейтронов, с.
Среди элементов, входящих в состав органического вещества, наиболее неблагоприятные условия регистрации - для ядер азота, поскольку значения σ и no для ядер азота минимальны, а значение nф - максимально по сравнению с углеродом и кислородом. Подставим следующие характерные значения параметров, входящих в формулы (1)-(5):
I=109; no=1· 1022; nф=2· 1019; τ =1· 10-9с; σ =1,5· 10-25; Ψ =0,002; Ω =0,01;
Vo=5· 109 для нейтрона с энергией 14 МэВ;
α =2,5, что соответствует вероятности обнаружения 99% [8];
Vo=625 объем органического вещества, соответствующий 1 кг тротила;
R=1,5 (в предположении, что контролируемый объект - стандартный морской контейнер с поперечным размером 200× 200 см, органическое вещество находится в центре контейнера, нейтронный генератор отстоит от контейнера на 50 см);
η =0,3 (экспериментально измеренная величина для сцинтиблока, включающего кристалл NaI(T1) диаметром 63 мм, высотой 100 мм при регистрации гамма-кванта энергией 5,1 МэВ).
Из решения системы уравнений (1)-(5) следует, что минимальное время контроля для надежной идентификации органического вещества при указанных выше параметрах tмин=2 с.
Суммарное время контроля равно
где l - длина и vc - скорость движения контролируемого объекта. Длина морского контейнера равна 600 см. При скорости движения 10 см/с суммарное время контроля составит 123 с.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства для осуществления предложенного способа, где
1 - контролируемый объект
2 - нейтронный генератор
3 - гамма-детекторы
4 - пучок ионов дейтерия
5 - нейтронообразующая мишень
6 - формирователь тактового импульса
7 - поток нейтронов, пространственное распределение которых имеет вид сферического слоя
8 - органическое вещество
9 - характеристические гамма-кванты
10 - аналого-цифровой преобразователь
11 - формирователь со следящим порогом
12 - регистр адреса
13 - время-цифровой преобразователь
14 - шина данных
15 - линия задержки
16 - компьютер
17 - защитный экран гамма-детектора
На фиг.2 схематически представлено осуществление локализации органических веществ в объекте, где
1 - контролируемый объект
2 - нейтронный генератор
8 - органическое вещество
18 - область вероятного нахождения органических веществ
На фиг.3 приведена блок-схема устройства создания импульсных потоков быстрых нейтронов, где:
4 - пучок ионов дейтерия
5 - нейтронообразующая мишень
19 - ионный источник
20 – предускоритель
21 - прерыватель пучка
22 - отклоняющие пластины
23 - коллиматор
24 - группирователь пучка
25 - электростатическая трубка
На фиг.4 представлена блок-схема устройства для конкретной реализации способа, где
1 - контролируемый объект
2 - нейтронный генератор
6 - формирователь тактового импульса
10 - аналого-цифровой преобразователь
11 - формирователь со следящим порогом
12 - регистр адреса
13 - время-цифровой преобразователь
14 - шина данных
15 - линия задержки
16 - компьютер
26 - штанга
27 - кран- балка
28 - коаксиальный кабель
29 - измерительный канал
30 - коаксиальный кабель
31 - коаксиальный кабель
Заявленный способ может быть реализован при помощи устройства, в котором нейтронный генератор 2 установлен на штанге 26, соединенной с кран-балкой 27, которая перемещает нейтронный генератор в горизонтальном направлении для установки его в позицию А при просвечивании объекта 1, движущегося в прямом направлении, и в позицию Б при просвечивания объекта, движущегося в обратном направлении. К корпусу кран-балки 27 прикреплены гамма-детекторы 3. Выход каждого гамма-детектора 3 соединен с измерительным каналом 28 коаксиальным кабелем 29, по которому передаются электрические сигналы с гамма-детекторов 3. Каждый измерительный канал 28 включает АЦП 10, ВЦП 13, ФСП 11 и PA 12. Измерительные каналы 28 соединены посредством шины данных 14 с компьютером 16. Токовый сигнал с нейтронного генератора 2 подводится по коаксиальному кабелю 30 к формирователю тактового импульса 6. Выход формирователя тактового импульса 6 соединен коаксиальным кабелем 31 с линией задержки 15, сигнал с которой идет на компьютер 16.
В вакуумной камере нейтронного генератора 2 установлен ионный источник 19, в котором плазма производится посредством высокочастотного или электронно-циклотронного резонансного разряда. Ионный источник находится под положительным потенциалом UИ. На выходе ионного источника расположен предускоритель 20, к которому приложено напряжение UИ. После предускорителя 20 вдоль оси пучка 30 расположен прерыватель пучка 21, состоящий из отклоняющих пластин 22 и коллиматора 23. На отклоняющие пластины подано высокочастотное напряжение частотой fдеф и амплитудой Uдеф. После коллиматора вдоль оси пучка установлен группирователь 24. На группирователь 24 подано высокочастотное напряжение частотой fгp и амплитудой Uгp. Отклоняющие пластины 22, коллиматор 23 и группирователь 24 находятся под нулевым потенциалом (заземлены). Электростатическая трубка 25 расположена между группирователем 24 и нейтронообразующей мишенью 5. К электростатической трубке 5 приложено напряжение Uo. Нейтронообразующая мишень 5 находится под потециалом Uo.
Нейтронный генератор 2 для создания импульсных потоков быстрых нейтронов включает:
- ионный источник 19, предускоритель 20, электростатическую трубку 25, нейтронообразующую мишень 5 нейтронного генератора НГ-150 производства НИИЭФА (С.-Петербург, Россия). Сведения о нейтронном генераторе НГ-150 приведены в работе [4];
- прерыватель пучка 21 (с отклоняющими пластинами 22 и коллиматором 23) и группирователь пучка 23 производства РНЦ "Курчатовский институт". Методика расчета прерывателя и группирователя дана в работе [5]. Пользуясь данной методикой, выбраны следующие значения:
- Uo=100кВ;
- Uи=10кB;
- Uдеф=2,4 кВ;
- Uгр=8 кВ;
- fдеф=3,4 МГц;
- fгp=13,6 МГц.
Гамма-детекторы 3 для регистрации характеристических гамма-квантов на основе:
- сцинтиблоков, включающих NaI кристалл диаметром 63 мм, высотой 100 мм и фотоэлектронный умножитель ФЭУ-139 производства АО "Кристалл", г. Усолье-Сибирское, Иркутская область. Российская Федерация. Сведения о гамма-детекторах приведены в проспекте фирмы АО "Кристалл" [6].
Для создания системы сбора и обработки информации:
- аналого-цифровые преобразователи 10 фирмы LeCroy Corporation, модель 2249А; формирователи со следящим порогом 11 фирмы LeCroy Corporation, модель 3420, время-цифровые преобразователи 13 фирмы LeCroy Corporation, модель 2228А. Сведения о приборах приведены в проспекте фирмы LeCroy Corporation [7];
- компьютер IBM PC.
Сравнение предлагаемого способа и способа-прототипа показывает, что суммарное время контроля устройством, реализующим предлагаемый способ, в 39 раз меньше суммарного времени контроля при использовании способа-прототипа, поскольку при использовании способа-прототипа время, в основном, затрачивается на сканирование объекта. Это время оценивается уравнением:
где h - высота контролируемого объекта, см;
I - длина контролируемого объекта, см;
s - площадь нейтронного потока, сканирующего контролируемый объект;
F - частота сканирования, Гц.
По данным работы [9] F=0,25; s=100. Отсюда время t=4800 с. Суммарное время контроля устройством, реализующим предлагаемый способ, определяется уравнением (6) и равно 123 с.
Из сопоставления стоимости устройств, реализующих предлагаемый способ и способ-прототип, следует, что стоимость устройства, реализующего предлагаемый способ, в 33 раза меньше стоимости устройства-прототипа, поскольку по данным работы [10] устройство, реализующее способ-прототип, стоит около 10 млн. $ США. Основная часть стоимости устройства, реализующего предлагаемый способ, складывается из стоимости генератора нейтронов, которая примерно равна стоимости электростатического ускорителя-инжектора линейного ускорителя, составляющего порядка 200 тыс. $ США и мозаичного гамма-детектора. Последний может быть составлен из 200 сцинтиблоков на основе NaI кристалла диаметром 63 мм, высотой 100 мм. Стоимость одного сцинтиблока 500 $ [5]. Таким образом, общая стоимость устройства, реализующего способ-изобретение, составит порядка 300 тыс. $.
Источники информации
1. US patent N 5606167, 25 February 1995. Miller T.G. Contraband detection apparatus and method.
2. Smith R..C., Hurwitz M.J., Tran K.-C. System to detect contraband in cargo containers using fast and slow neutron irradiation and collimated gamma detectors. Nuclear Instruments and Methods, B90, 1995, 733-735.
3. US patent N 5076993, 31 December, 1991. Sawa Z.P., Gozani Т. Contraband Detection System Using Direct Imaging Pulsed Fast Neutrons - прототип.
4. Кирьянов Г.И. Генераторы быстрых нейтронов. Москва. Энергоатомиздат, 1990, 224 с.
5. Бровченко В.Г., Воротников П.Е., Молчанов Ю.Д. Электронные устройства на элетростатических ускорителях. Атомиздат, Москва, 1968, 336 с.
6. Рекламный проспект АО "Кристалл", г. Усолье-Сибирское, Иркутская область, 665460, Российская Федерация, 2000.
7. Проспект фирмы LeCroy Corporation, NY, USA, 2000.
8. Яноши Л. Теория и практика обработки результатов измерений. М., Мир, 1965, 400 с.
9. Brown D.R., Gozani Т. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, v.B99, 1995, p. 753.
10. Terrorism and Drug Trafficking. Testing Status and Views on Operational Viability of Pulsed Fust Neutron Analysis. GAO report to the Subcommittee on Treasury and General Government, Committee on Appropriations, U.S. Senate, April, 1999, GAO/GGD-99-54, 24 p.
Claims (3)
1. Способ обнаружения, идентификации и локализации органических веществ, в том числе взрывчатых и наркотических веществ, с использованием импульсных потоков быстрых нейтронов, включающий облучение контролируемого объекта импульсными потоками быстрых нейтронов, регистрацию характеристических гамма-квантов, создаваемых при неупругом столкновении быстрых нейтронов с ядрами органического вещества, определение времени регистрации характеристических гамма-квантов относительно начала нейтронного импульса, обнаружение органического вещества по факту регистрации характеристических гамма-квантов, идентификацию органического вещества по соотношению характеристических гамма-квантов различной энергии и локализацию органического вещества, отличающийся тем, что облучение осуществляют неколлимированными потоками быстрых нейтронов, а для локализации органического вещества используют совокупность данных о временах регистрации характеристических гамма-квантов, полученных при нескольких (не менее трех) положениях контролирующего устройства относительно облучаемого объекта.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что облучение контролируемого объекта импульсными потоками быстрых нейтронов прекращают при отсутствии превышения уровня фона потоком регистрируемых характеристических гамма-квантов в течение времени, необходимого для обнаружения органических веществ.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения импульсных потоков быстрых нейтронов используют одноатомные ионы дейтерия из ионного источника, ускоряют ионы в предускорителе, направляют ионы на ВЧ сканирующее устройство с коллиматором, в котором формируют импульсные пучки ионов дейтерия, направляют импульсные пучки ионов на группирователь для группировки ионов по скоростям, ускоряют импульсные пучки ионов в электростатическом ускорителе и бомбардируют ионами тритиевую мишень.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002102468/28A RU2238545C2 (ru) | 2002-02-01 | 2002-02-01 | Способ обнаружения, идентификации и локализации органических веществ, в том числе взрывчатых и наркотических веществ, с использованием импульсных потоков быстрых нейтронов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002102468/28A RU2238545C2 (ru) | 2002-02-01 | 2002-02-01 | Способ обнаружения, идентификации и локализации органических веществ, в том числе взрывчатых и наркотических веществ, с использованием импульсных потоков быстрых нейтронов |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002102468A RU2002102468A (ru) | 2003-10-10 |
| RU2238545C2 true RU2238545C2 (ru) | 2004-10-20 |
Family
ID=33536918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002102468/28A RU2238545C2 (ru) | 2002-02-01 | 2002-02-01 | Способ обнаружения, идентификации и локализации органических веществ, в том числе взрывчатых и наркотических веществ, с использованием импульсных потоков быстрых нейтронов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2238545C2 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2442974C1 (ru) * | 2010-12-06 | 2012-02-20 | Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) | Устройство для обнаружения скрытых взрывчатых веществ и наркотических средств |
| RU2444003C1 (ru) * | 2010-12-06 | 2012-02-27 | Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) | Способ идентификации скрытых взрывчатых веществ и наркотиков |
| US11375602B2 (en) * | 2018-03-06 | 2022-06-28 | Mirrotron Kft | Neutron source and method of producing a neutron beam |
-
2002
- 2002-02-01 RU RU2002102468/28A patent/RU2238545C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2442974C1 (ru) * | 2010-12-06 | 2012-02-20 | Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) | Устройство для обнаружения скрытых взрывчатых веществ и наркотических средств |
| RU2444003C1 (ru) * | 2010-12-06 | 2012-02-27 | Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) | Способ идентификации скрытых взрывчатых веществ и наркотиков |
| US11375602B2 (en) * | 2018-03-06 | 2022-06-28 | Mirrotron Kft | Neutron source and method of producing a neutron beam |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1882929B1 (en) | A detection system and detection method based on pulsed energetic particles | |
| JP3144642B2 (ja) | 直接画像形成用のパルス化形高速中性子を用いた禁輸品検出システムおよび方法 | |
| US9939550B2 (en) | Detection of special nuclear material and other contraband by prompt and/or delayed signatures from photofission | |
| US9123519B2 (en) | Methods and systems for time-of-flight neutron interrogation for material discrimination | |
| RU2349906C2 (ru) | Способ и система для обнаружения веществ, таких как специальные ядерные материалы | |
| US8396189B2 (en) | Photoneutron conversion target and photoneutron—X ray source | |
| US7630474B2 (en) | Radiation scanning with photon tagging | |
| RU2238545C2 (ru) | Способ обнаружения, идентификации и локализации органических веществ, в том числе взрывчатых и наркотических веществ, с использованием импульсных потоков быстрых нейтронов | |
| Strellis et al. | Air cargo inspection using pulsed fast neutron analysis | |
| RU2356036C2 (ru) | Способ обнаружения и идентификации скрытых опасных предметов | |
| Harmon et al. | Neutrons and photons in nondestructive detection | |
| WO2012078241A1 (en) | Device for detection and identification of carbon- and nitrogen-containing materials | |
| RU2427827C1 (ru) | Способ обнаружения и идентификации скрытых опасных предметов | |
| Vanier et al. | Thermal neutron imaging in an active interrogation environment | |
| Gozani | Detection of explosives and other threats using accelerator-based neutron techniques | |
| Hasegawa et al. | Production of Focused Neutron Beam Using Heavy Ion Reaction | |
| Chorny | Development of Remote Sensing Technology for Detection of Nuclear Explosives | |
| Davis et al. | Neutron-based land mine detection system development |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RH4A | Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation |
Effective date: 20051201 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080202 |