RU2380690C1 - Переносное устройство для идентификации скрытых веществ - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов радиационными методами с измерением вторичной эмиссии с использованием нейтронов, в частности, для неразрушающего дистанционного контроля различных скрытых веществ. Технический результат - создание портативного и компактного устройства для работы в полевых условиях, уменьшение минимально регистрируемой массы скрытого вещества, улучшение условий идентификации скрытых веществ, в частности повышение вероятности идентификации опасных веществ и уменьшение вероятности ложных тревог, повышение точности наведения меченого пучка нейтронов на обследуемый объект. Для решения данных технических задач устройство для обнаружения скрытых веществ, содержащее источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, заключенные в вакуумную камеру, детектор γ-излучения и регистрирующую электронику, включающую блок электроники сбора данных, пульт управления, блок программ приема и обработки данных, интерфейс пользователя и источник питания, выполнено в виде двух переносных модулей - досмотрового модуля и модуля управления, соединенных кабелями Ethernet-соединения и питания, имеющих длину, обеспечивающую безопасную работу оператора, при этом в досмотровом модуле размещены источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, детектор γ-излучения и регистрирующая электроника; в модуле управления размещены пульт управления, блок программ приема и обработки данных, интерфейс пользователя и источник питания; при этом детектор γ-излучения размещен под углом, близким к 45° относительно направления пучка меченых нейтронов, перпендикулярно передней плоскости модуля, выполнен на основе кристалла LYSO и снабжен защитой от пучка меченых нейтронов; при том испытательный модуль снабжен жестко связанной с источником монохроматических нейтронов системой наведения на объект досмотра на основе лазерных генераторов линии, для которой в корпусе досмотрового модуля предусмотрено светопрозрачное окно; в качестве детектора α-частиц используется многоканальный кремниевый детектор. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов радиационными методами с измерением вторичной эмиссии с использованием нейтронов, в частности для неразрушающего дистанционного контроля различных скрытых веществ. Оно может быть применено для идентификации в полевых и стационарных условиях взрывчатых, наркотических или сильнодействующих ядовитых веществ, скрытых в объектах досмотра малого размера (сумки, портфели).

Известно устройство (патент РФ №2196980), разработанное для обнаружения скрытых веществ в практике таможенной службы. Данное устройство для обнаружения скрытых веществ содержит источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, выполненный на основе пластического сцинтиллятора, заключенные в вакуумную камеру, детектор γ-излучения и регистрирующую электронику (систему регистрации α-γ совпадений), включающую блок электроники сбора данных, блок питания, пульт управления, блок программ приема и обработки данных и интерфейс пользователя. При этом детектор γ-излучения расположен на расстоянии 30-40 см от исследуемого объекта. Детектор α-частиц выполнен из активированного полистирола толщиной 0.7 мм в виде матрицы с числом ячеек 2×2 размером 11×11 мм каждая, установлен на расстоянии 7.5 см от тритиевой мишени нейтронного генератора и защищен алюминиевой фольгой толщиной 4-6 мкм.

Общими существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения, являются следующие - устройство для обнаружения скрытых веществ содержит источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, заключенные в вакуумную камеру, детектор γ-излучения и регистрирующую электронику, включающую блок электроники сбора данных, пульт управления, блок программ приема и обработки данных, интерфейс пользователя и источник питания.

Недостатками данного устройства, препятствующими его внедрению в практику контроля за скрытыми веществами, являются:

1. Устройство не предназначено для работы в полевых условиях, поскольку не удовлетворяет требованиям портативности и компактности. В полевых условиях также не всегда возможно разместить гамма-детектор на расстоянии 30-40 см.

2. Использование органического сцинтиллятора для регистрации α-частиц исключает применение компактного нейтронного генератора отпаянного типа со статическим вакуумом в корпусе. Речь может идти только о стационарной лабораторной установке, позволяющей демонстрацию принципа идентификации веществ с помощью пучка меченых нейтронов, но не пригодной для практического применения в полевых условиях.

3. Использование детектора γ-излучения на основе сцинтиллятора NaI, широко использующееся для детектирования гамма-квантов в ядерной спектроскопии, имеет, тем не менее, серьезные недостатки при работе в интенсивных нейтронных полях быстрых нейтронов. Для ряда задач временное разрешение сцинтиллятора NaI не является достаточным.

4. В устройстве отсутствует контроль за тем, что происходит облучение именно заданной области идентификации.

Предлагаемое изобретение предназначено для решения следующих технических задач - создания портативного и компактного устройства для работы в полевых условиях, уменьшения минимально регистрируемой массы скрытого вещества, улучшения условий идентификации скрытых веществ, в частности повышения вероятности идентификации опасных веществ и уменьшения вероятности ложных тревог, повышения точности наведения меченого пучка нейтронов на обследуемый объект.

Для решения данных технических задач устройство для обнаружения скрытых веществ, содержащее источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, заключенные в вакуумную камеру, детектор γ-излучения и регистрирующую электронику, включающую блок электроники сбора данных, пульт управления, блок программ приема и обработки данных, интерфейс пользователя и источник питания, выполнено в виде двух переносных модулей - досмотрового модуля и модуля управления, соединенных кабелями Ethernet-соединения и питания, имеющих длину, обеспечивающую безопасную работу оператора, при этом в досмотровом модуле размещены источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, детектор γ-излучения и регистрирующая электроника; в модуле управления размещены пульт управления, блок программ приема и обработки данных, интерфейс пользователя и источник питания; при этом детектор γ-излучения размещен под углом, близким к 45° относительно направления пучка меченых нейтронов, перпендикулярно передней плоскости модуля, выполнен на основе кристалла LYSO и снабжен защитой от пучка меченых нейтронов; при этом испытательный модуль снабжен жестко связанной с источником монохроматических нейтронов системой наведения на объект досмотра на основе лазерных генераторов линии, для которой в корпусе досмотрового модуля предусмотрено светопрозрачное окно; в качестве детектора α-частиц используется многоканальный кремниевый детектор.

Отличительными признаками предлагаемого технического решения от известного, принятого за прототип, являются следующие - устройство выполнено в виде двух переносных модулей - досмотрового модуля и модуля управления, соединенных кабелями Ethernet-соединения и питания, имеющих длину, обеспечивающую безопасную работу оператора, при этом в досмотровом модуле размещены источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, детектор γ-излучения и регистрирующая электроника; в модуле управления размещены пульт управления, блок программ приема и обработки данных, интерфейс пользователя и источник питания; при этом детектор γ-излучения размещен под углом, близким к 45° относительно направления пучка меченых нейтронов, перпендикулярно передней плоскости модуля, выполнен на основе кристалла LYSO и снабжен защитой от пучка меченых нейтронов; при этом испытательный модуль снабжен жестко связанной с источником монохроматических нейтронов системой наведения на объект досмотра на основе лазерных генераторов линии, для которой в корпусе досмотрового модуля предусмотрено светопрозрачное окно; в качестве детектора α-частиц используется многоканальный кремниевый детектор.

Благодаря наличию данных отличительных признаков в совокупности с известными из прототипа достигаются следующие технические результаты:

1. Вес модуля не превышает 34 кг, что делает его удобным для работы в полевых условиях. Применены специальные инженерные решения для размещения в одном модуле γ-детектора, блока электроники сбора данных и НГ, системы лазерного наведения на объект досмотра. Детектор γ-излучения размещен под углом 45° относительно направления пучка меченых нейтронов и перпендикулярно фронтальной (передней) плоскости модуля. Это обеспечивает оптимальные условия как для облучения досмотрового объекта, так и для регистрации максимального числа γ-квантов.

2. В качестве детектора α-частиц используется многоканальный кремниевый детектор, который непосредственно встроен в нейтронный генератор отпаянного типа. Использование в отпаянных НГ именно кремниевых детекторов намного технологичнее, чем сцинтилляцонных α-детекторов, поскольку они выдерживают и сохраняют свои параметры после температурного отжига до 400°C. Кремниевые детекторы намного устойчивее к тряске и ударам, что важно для использования в аппаратуре, которая должна работать в полевых условиях.

3. В качестве детектора γ-излучения используется детектор на основе кристалла LYSO. Он имеет в три раза лучшее временное разрешение, чем детектор на основе NaI, и дает меньший фон от быстрых нейтронов. Оба этих качества позволяют существенно улучшить условия идентификации скрытых веществ и понизить значение минимально детектируемой массы.

4. В состав системы включена система наведения на объект досмотра на основе лазерных генераторов линии, для которой в корпусе досмотрового модуля предусмотрено специальное окно. Это исключительно важно для того, чтобы обследованию подвергалась именно определенная область объекта досмотра. Площадь области обследования одним пучком меченых нейтронов довольно мала. На расстоянии около 40 см от нейтронного генератора она составляет 20×20 мм. Поэтому вопрос правильного прицеливания исключительно важен.

Предлагаемое техническое решение может найти применение в различных мобильных и стационарных системах проверки наличия и идентификации скрытых веществ. Например, мобильные системы могут быть использованы для проверок неопознанных объектов в метро и других общественных местах, для дистанционной проверки автомобилей, разминирования гуманитарных объектов.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, где изображена общая схема устройства, в состав которого входит модуль досмотра 12 и модуль управления 14. В модуле досмотра 12 находится источник монохроматических нейтронов - нейтронный генератор (НГ) 10 с блоком питания 3, детектор γ-излучения 6, защита 7 детектора γ-излучения 6, блоки его питания 1, блок электроники сбора данных 2 с блоком питания 4 и блок питания 11 детектора α-частиц. Детектор α-частиц на схеме не обозначен, поскольку встроен в нейтронный генератор. Модуль досмотра выполнен на базе универсального контейнера К470 фирмы ZARGES с габаритными размерами 740×510×410 мм. Общий вес контейнера с аппаратурой - 34 кг. Наведение на объект досмотра осуществляется с помощью генератора лазерной линии 9. Соединение с модулем управления осуществляется через разъемы 5. Модули соединены между собой двумя кабелями 13, по которым осуществляется Ethernet-соединение и передается питание 220 В. В модуле управления 14 находится ноутбук с программами приема-обработки данных и интерфейсом пользователя и источник питания 15 на 220 В. Для лучшего наведения на объект контроля в передней стенке контейнера модуля досмотра 12 имеется светопрозрачное окно 8.

Предложенное устройство работает следующим образом. Досмотровый модуль 12 подносится к объекту контроля. Соединительные провода 13 разматываются на требуемую длину для безопасного размещения модуля управления 14. Включается система лазерного наведения 9, которая позволяет правильно выставить меченые пучки нейтронов для облучения требуемой области на объекте контроля. Лазерный генератор линии 9, жестко связанный с корпусом НГ 10, показывает направление меченых пучков. Модуль досмотра 12 облучает объект контроля несколькими пучками меченых нейтронов.

Ось меченых пучков НГ 10 направлена под углом к плоскости передней стенки чемодана. Это обусловлено тем, что размещение аппаратуры в модуле досмотра 12 выбиралось так, чтобы расстояние между объектом и нейтронным генератором 10 и расстояние между объектом и детектором γ-излучения 6 были минимальными. Это условие необходимо для повышения скорости набора статистики. Кроме того, детектор γ-излучения 6 должен быть защищен от излучений НГ 10. Для этого введена защита 7 детектора γ-излучения 6, которая состоит из 200 мм полиэтилена и 50 мм стали.

Цикл измерения включает в себя: запуск генератора нейтронов 10, накопление и анализ данных, поступающих с детектора α-частиц и детектора γ-излучения 6, принятие решений в автоматическом режиме, протоколирование результатов измерения и архивирование данных, набранных за время измерения. Идентификация взрывчатого или наркотического вещества осуществляется автоматически без участия оператора с помощью нейронных сетей.

Claims (1)

1. Устройство для идентификации скрытых веществ, содержащее источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, заключенные в вакуумную камеру, детектор γ-излучения и регистрирующую электронику, включающую блок электроники сбора данных, пульт управления, блок программ приема и обработки данных, интерфейс пользователя и источник питания, отличающееся тем, что устройство выполнено в виде двух переносных модулей - досмотрового модуля и модуля управления, соединенных кабелями Ethernet-соединения и питания, имеющих длину, обеспечивающую безопасную работу оператора, при этом в досмотровом модуле размещены источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, детектор γ-излучения и регистрирующая электроника; в модуле управления размещены пульт управления, блок программ приема и обработки данных, интерфейс пользователя и источник питания; при этом детектор γ-излучения размещен под углом, близким к 45°, относительно направления пучка меченых нейтронов, перпендикулярно передней плоскости модуля, выполнен на основе кристалла LYSO и снабжен защитой от пучка меченых нейтронов; притом испытательный модуль снабжен жестко связанной с источником монохроматических нейтронов системой наведения на объект досмотра на основе лазерных генераторов линии, для которой в корпусе досмотрового модуля предусмотрено светопрозрачное окно; в качестве детектора α-частиц используется многоканальный кремниевый детектор.