RU2690041C1 - Method and system for detecting hazardous substances in freight train cars using the tagged neutron method - Google Patents
Method and system for detecting hazardous substances in freight train cars using the tagged neutron method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2690041C1 RU2690041C1 RU2018125398A RU2018125398A RU2690041C1 RU 2690041 C1 RU2690041 C1 RU 2690041C1 RU 2018125398 A RU2018125398 A RU 2018125398A RU 2018125398 A RU2018125398 A RU 2018125398A RU 2690041 C1 RU2690041 C1 RU 2690041C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mtsdd
- neutron
- car
- suspicious
- tagged
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
- G01N23/221—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by activation analysis
- G01N23/222—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by activation analysis using neutron activation analysis [NAA]
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates.
Изобретение относится к области исследования или анализа материалов радиационными методами с измерением вторичной эмиссии гамма-квантов с использованием нейтронов, в частности, для обнаружения и идентификации опасных веществ (взрывчатых, наркотических или сильнодействующих ядовитых), скрытых в различном типе вагонах грузовых поездов перед въездом их на железнодорожные мосты, виадуки и в тоннели. Кроме того, в пассивном режиме, при выключенном источнике нейтронов, изделие может служить детектором радиоактивных веществ. Следует отметить, что предлагаемый способ и система для обнаружения скрытых опасных веществ в грузовых железнодорожных поездах, имеет весьма широкую область применения для досмотра крупногабаритных грузов, таких как: морские контейнеры, транспортные фуры.The invention relates to the field of research or analysis of materials by radiation methods with the measurement of the secondary emission of gamma rays using neutrons, in particular, for the detection and identification of hazardous substances (explosive, narcotic or highly toxic) that are hidden in various types of freight train cars before entering them railway bridges, viaducts and tunnels. In addition, in the passive mode, with the neutron source turned off, the product can serve as a detector of radioactive substances. It should be noted that the proposed method and system for detecting hidden hazardous substances in freight railway trains has a very wide scope for the inspection of large cargoes, such as: sea containers, transport trucks.
Уровень техникиThe level of technology
Из уровня техники известно, что наиболее близким аналогом заявленного изобретения, взятым за прототип, является устройство для идентификации скрытых веществ, а именно переносной обнаружитель опасных скрытых веществ (см. [2], патент RU №2476864, МПК G01N 23/222, опубл. 27.02.2013), содержащее источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических альфа-частиц, детектор альфа-частиц, заключенные в вакуумную камеру, детектор гамма-излучения и регистрирующую электронику, включающую блок электроникисбора данных, пульт управления, блок программ приема и обработки данных, интерфейс пользователя и источники питания, 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 меченых монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических альфа-частиц, детектор альфа-частиц, детекторы гамма-излучения и регистрирующая электроника; в модуле управления размещены пульт управления, блок программ приема и обработки данных, интерфейс пользователя и источник питания при этом детектор гамма-излучения размещен под углом, близким к 45°, относительно направления потока меченых монохроматических нейтронов, перпендикулярно передней плоскости модуля, и снабжен защитой от потока монохроматических нейтронов, испускаемых нейтронным генератором; при том досмотровый модуль снабжен жестко связанной с источником меченых монохроматических нейтронов системой наведения его на объект досмотра на основе лазерных генераторов линий, для которой в корпусе досмотрового модуля предусмотрено светопрозрачное окно; в качестве детектора альфа-частиц используется многоэлементный кремниевый детектор.In the prior art it is known that the closest analogue of the claimed invention, taken as a prototype, is a device for identifying hidden substances, namely a portable detector of hazardous hidden substances (see [2], RU patent No. 2476864, IPC G01N 23/222, publ. 02.27.2013) containing a source of monochromatic neutrons and the monochromatic alpha particles accompanying them, an alpha particle detector enclosed in a vacuum chamber, a gamma-ray detector and recording electronics, including an electronic data collection unit, a control panel, a pr unit data reception and processing gram, user interface and power sources, the device is made in the form of two portable modules - an inspection module and a control module connected by Ethernet cables and a power supply having a length that ensures the safe operation of the operator, while the source is located in the inspection module monochromatic neutrons and their associated monochromatic alpha particles, alpha particle detector, gamma-radiation detectors and recording electronics; In the control module, a control panel, a program block for receiving and processing data, a user interface and a power source are located; the gamma-radiation detector is placed at an angle close to 45 ° relative to the direction of flow of labeled monochromatic neutrons, perpendicular to the front plane of the module, and is protected from a flux of monochromatic neutrons emitted by a neutron generator; Moreover, the inspection module is rigidly connected to the source of labeled monochromatic neutrons by a guidance system to the object of inspection on the basis of laser line generators, for which a translucent window is provided in the housing of the inspection module; A multi-element silicon detector is used as an alpha particle detector.
Недостатками данного аналога являются: малая апертура зоны облучения "подозрительной" области; большое время сканирования крупногабаритного объекта досмотра (например, грузового железнодорожного состава); крайне низкая эффективность регистрации характеристического ядерного излучения, образующегося в результате процесса неупругого рассеяния нейтронов с энергией 14.1 МэВ (образующихся в результате протекания бинарной dt-реакции в нейтронном генераторе) на ядрах кислорода, углерода, азота и др., обусловленная наличием в конструкции только одного детектора гамма-квантов на основе кристалла BGO; отсутствие возможности анализа объема грузового вагона на предмет нахождения в нем опасных веществ, находящихся на расстояниях порядка 1.5 м вдоль трека меченых нейтронов; большой уровень фона, обусловленного "слабой" защитой гамма-детектора от прямого попадания в него нейтронного излучения, испущенного НГ; жесткое расположение детектора гамма-квантов под углом 45 градусов относительно оси пучка меченых нейтронов не позволяет осуществлять необходимую вариацию данного угла; отсутствие коллимации гамма-детектора приводит к достаточно высокому уровню коррелированного фона и фона случайных совпадений.The disadvantages of this analogue are: small aperture of the irradiation zone of the “suspicious” area; large scanning time of a large-sized inspection object (for example, a freight train); extremely low detection efficiency of characteristic nuclear radiation resulting from the process of inelastic neutron scattering with an energy of 14.1 MeV (resulting from the binary dt reaction in a neutron generator) on oxygen, carbon, nitrogen and other nuclei, due to the presence of only one detector in the design gamma quanta based on a BGO crystal; the inability to analyze the volume of a freight car for the presence of hazardous substances in it, located at distances of about 1.5 m along the track of tagged neutrons; a high level of background caused by the "weak" protection of the gamma detector from direct neutron radiation emitted by NG from entering it; the rigid arrangement of the gamma-ray detector at an angle of 45 degrees relative to the axis of the tagged neutron beam does not allow for the necessary variation of this angle; the absence of collimation of the gamma detector leads to a fairly high level of correlated background and background of random coincidences.
Общими недостатками устройства-прототипа, по сравнению с заявленным изобретением, препятствующими их внедрению в практику обнаружения и идентификации веществ, находящихся в "подозрительной" области в грузовом вагоне (контейнере или трейлере), предварительно определенной с помощью рентгеновского измерительно-диагностического комплекса (ИДК), являются:General disadvantages of the prototype device, as compared with the claimed invention, prevent their introduction into the practice of detecting and identifying substances that are in a “suspicious” area in a freight car (container or trailer) previously determined using an X-ray measurement and diagnostic complex (ICR), are:
1) Малая апертура зоны облучения "подозрительной" области в грузовом вагоне потоком меченых нейтронов, выделенной рентгеновским ИДК;1) A small aperture of the radiation zone of a “suspicious” area in a freight car with a stream of tagged neutrons, separated by an X-ray IDC;
2) Отсутствие связи в передаче координат "подозрительной" области с ИДК в известные устройства;2) The lack of communication in the transfer of coordinates of the "suspicious" area with the DCM to known devices;
3) Большое время сканирования всего объема грузового вагона с помощью известного устройства-прототипа что, согласно техническим требованиям, предъявляемым к системе дополнительного досмотра грузового поезда с помощью метода меченых нейтронов, является абсолютно неприемлемым;3) A large scan time of the entire volume of a freight car using a known prototype device, which, according to the technical requirements for an additional inspection of a freight train using the tagged neutron method, is absolutely unacceptable;
4) Крайне низкая эффективность регистрации характеристического ядерного излучения, образующегося в результате процесса неупругого рассеяния нейтронов с энергией 14.1 МэВ (образующихся в результате протекания бинарной dt-реакции в нейтронном генераторе) на ядрах кислорода, углерода, азота и др.;4) Extremely low detection efficiency of characteristic nuclear radiation resulting from the process of inelastic scattering of neutrons with an energy of 14.1 MeV (resulting from the binary dt reaction in a neutron generator) on oxygen, carbon, nitrogen, etc .;
5) Отсутствие возможности анализа объема грузового вагона на предмет нахождения в нем опасных веществ, находящиеся на расстояниях порядка 1.5 м вдоль трека меченых нейтронов (из-за ослабления нейтронного потока, падающего на "подозрительный" объект в вагоне, за счет рассеяния потока меченых нейтронов на веществе, находящемся между нейтронным генератором и "подозрительным" объектом, из-за увеличения расстояния между "подозрительным" объектом в вагоне и гамма-детектором, что, в свою очередь, приводит к уменьшению эффективности регистрации гамма-кантов характеристического излучения);5) There is no possibility to analyze the volume of a freight car for the presence of hazardous substances in it, located at distances of about 1.5 m along the track of tagged neutrons (due to the attenuation of the neutron flux falling on the "suspicious" object in the car, due to scattering of the flow of tagged neutrons on the substance between the neutron generator and the "suspicious" object, due to the increased distance between the "suspicious" object in the car and the gamma detector, which, in turn, leads to a decrease in the registration efficiency of ha ma-edges characteristic radiation);
6) Отсутствие устройства, обеспечивающего доставку аналога - прототипа к досматриваемому "подозрительному" объекту;6) The absence of a device that provides delivery of analog prototype to the inspected "suspicious" object;
7) Отсутствие устройства, позволяющего осуществлять изменение направления оси пучков меченых нейтронов, создаваемых нейтронным генератором, с целью совмещения оси меченых пучков нейтронов с направлением рентгеновского луча ИДК, обнаружившего "подозрительный" объект;7) The absence of a device that allows changing the direction of the axis of the beams of tagged neutrons generated by a neutron generator, in order to combine the axis of the tagged neutron beams with the direction of the X-ray beam of the DCO, which detected the "suspicious" object;
8) Большой уровень фона, обусловленного "слабой" защитой гамма-детектора от прямого попадания в него нейтронного излучения, испущенного НГ;8) A large background level due to the "weak" protection of the gamma detector from direct neutron radiation emitted by NG from entering it;
9) Габариты известных устройств не позволяют его использовать при обнаружении скрытых веществ в труднодоступных местах грузового вагона или при обследовании объектов досмотра, удаленных от известных устройств на расстояния более 1,5 метра;9) The dimensions of the known devices do not allow it to be used when detecting hidden substances in hard-to-reach places of a freight car or when inspecting objects of inspection that are remote from known devices at a distance of more than 1.5 meters;
10. Жесткое расположение детектора гамма-квантов под углом 45 градусов относительно оси пучка меченых нейтронов не позволяет осуществлять необходимую вариацию данного угла, продиктованную данными с ИДК;10. The rigid arrangement of the gamma-ray detector at an angle of 45 degrees relative to the axis of the beam of tagged neutrons does not allow for the necessary variation of this angle, dictated by the data with the DCO;
11) Отсутствие коллимации гамма-детектора приводит к достаточно высокому уровню коррелированного фона и фона случайных совпадений;11) The absence of collimation of the gamma detector leads to a fairly high level of correlated background and random coincidence background;
12) Система наведения пучка меченых нейтронов на объект досмотра с помощью лазерного генератора вертикальной линии, проходящей через центр пучка меченых нейтронов, позволяет совмещать ее только с вертикальной линией, проходящей через центральную точку области обследования объекта досмотра, без учета его реальной формы.12) The guidance system of the tagged neutron beam at the inspection object using a laser generator of a vertical line passing through the center of the beam of tagged neutrons allows combining it only with a vertical line passing through the center point of the inspection area of the inspection object, without taking into account its real shape.
Сущность изобретенияSummary of Invention
Задачей заявленного изобретения являетсясоздание надежной системы, гарантирующей реализацию высокого уровня безопасности при следовании грузовых поездов через железнодорожные мосты, виадуки и тоннели при высокой достоверности обнаружения и идентификации скрытых опасных веществ в грузовых вагонах и в то же время при достаточно низком уровне "ложных" тревог, при этом, работа заявленного изобретения предполагается по “целеуказанию”, выдаваемому рентгеновским измерительно-диагностическим комплексом (ИДК), при этом, заявленное изобретение обеспечивает работоспособность его в диапазоне температур окружающего воздуха от -40°С до +50°С.The task of the claimed invention is the creation of a reliable system that guarantees the implementation of a high level of safety when following freight trains through railway bridges, viaducts and tunnels with high reliability of detecting and identifying hidden dangerous substances in freight cars and at the same time with a sufficiently low level of "false" alarms In this, the work of the claimed invention is assumed by “target designation” issued by the X-ray measuring and diagnostic complex (ICR), while the claimed invention It ensures its operation in the range of ambient air temperatures from -40 ° С to + 50 ° С.
Техническим результатом является:The technical result is:
• повышение светосилы устройства, предназначенного для дополнительного досмотра вагонов грузовых поездов с помощью методики меченых нейтронов;• increasing the luminosity of the device intended for additional inspection of freight train wagons using the tagged neutron technique;
• повышение чувствительности устройства по отношению к регистрируемому характеристическому ядерному гамма-излучению;• increasing the sensitivity of the device with respect to the detected characteristic nuclear gamma radiation;
• уменьшение времени дополнительного досмотра грузового вагона на предмет обнаружения в нем опасных веществ; • reducing the time of additional inspection of the freight car for the detection of hazardous substances in it;
• повышение достоверности процесса обнаружения опасных веществ в грузовом вагоне при уменьшении вероятности «ложных» тревог; • improving the reliability of the process of detecting hazardous substances in a freight car while reducing the likelihood of "false" alarms;
• уменьшения минимально регистрируемой массы скрытого опасного вещества; повышение надежности и обеспечение простоты при эксплуатации устройства.• reducing the minimum detectable mass of a hidden hazardous substance; increase reliability and ensure ease of operation of the device.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет способа обнаружения опасных веществ в вагонах грузовых поездов с помощью метода меченых нейтронов, содержащего этап предварительного сканирования грузового железнодорожного поезда рентгеновским измерительно-диагностическим комплексом (ИДК), при этом, при обнаружении оператором ИДК, по меньшей мере, одного «подозрительного» объекта в вагоне грузового поезда, данный поезд направляют с основного пути на отдельный железнодорожный путь, находящийся в зоне дополнительного досмотра (ЗДД), а данные, полученные от ИДК, поступают на диспетчерский пульт ситуационного центра ЗДД; обследование, по меньшей мере, одного «подозрительного» объекта осуществляют одновременно двумя мобильными техническими средствами дополнительного досмотра (МТСДД) с помощью методики меченых нейтронов одновременно с двух сторон вагона; при этом, диспетчер, выдает операторам МТСДД целеуказание на местоположение «подозрительного» объекта в вагоне;по меньшей мере, два МТСДД одновременно выдвигаются по дорожкам с твердым покрытием, оборудованным вдоль железнодорожного пути ЗДД, и направляются к двум противоположным, относительного железнодорожного пути, сторонам вагона, номер которого указан в данных, полученных от ИДК; МТСДД получив координаты «подозрительного» объекта подъезжают к обследуемому вагону, и операторы двух МТСДД с обеих сторон вагона наносят маркером метки на противоположных боковых стенках вагона, соответствующие расстоянию от центра первой оси колесной пары вагона до центра «подозрительного» объекта, далее операторы двух МТСДД ориентируют МТСДД вдоль вагона и затем совмещают центральную ось нейтронного модуляс меткой на стенке вагона и вводят в поле графического интерфейса управления нейтронным модулем МТСДД значение угла φ, соответствующего углу рентгеновского сканирования ИДК грузового вагона относительно горизонта, при помощи устройства наклона автоматически выставляют пучок меченых нейтронов нейтронного генератора в нейтронном модуле под требуемым углом и с помощью подъемника автопогрузчика, входящего в состав МТСДД, поднимают нейтронный модуль на требуемую высоту, далее операторы МТСДД, подняв нейтронный модули на заданную высоту, приближают их с помощью лазерного дальномера к стенке вагона; при этом направление осей пучков меченых нейтронов нейтронных модулей в паре МТСДД противоположны и лежат на одной прямой, проходящей через центр «подозрительного» объекта и совпадающей с направлением рентгеновского луча, формируемого ИДК; после позиционирования нейтронных модулей, операторы МТСДД запускают таймер отложенного включения процедуры зондирования «подозрительного» объекта методом меченых нейтронов, одновременно покидают МТСДД и удаляются на безопасное в плане радиации расстояние; далее срабатывает таймер отложенного включения и запускаются нейтронные генераторы нейтронных модулей МТСДД, инициирующих потоки меченых нейтронов в противоположных направлениях и происходит набор событий, регистрируемых гамма-детекторами нейтронных модулей МТСДД; далее программное обеспечение автоматически создает протокол обследования и выводит результаты досмотра на дисплей.The task is solved, and the technical result is achieved due to the method of detecting hazardous substances in freight train cars using the tagged neutron method, which contains the stage of preliminary scanning of a freight railway train with an X-ray measuring and diagnostic complex (IDK), while detecting by an operator IDK, at least At least one “suspicious” object in the wagon of a freight train, this train is sent from the main track to a separate railway line located in the zone of additional Yelnia inspection (ZDD) and data received from the IIR are input to the control room situation center ZDD; the inspection of at least one “suspicious” object is carried out simultaneously by two mobile technical means of additional inspection (MTSDD) using the tagged neutron technique simultaneously from both sides of the car; at the same time, the dispatcher gives the MTSDD operators a target designation to the location of the “suspicious” object in the car; at least two MTSDD simultaneously move along the paved paths equipped along the railway traffic radius and are directed to the two opposite, relative railway paths of the car whose number is indicated in the data received from the DCO; After receiving the coordinates of a “suspicious” object, the MTSDD arrives at the surveyed car, and the operators of two MTSDD on both sides of the car put a marker on the opposite side walls of the car corresponding to the distance from the center of the first axis of the wheel pair of the car to the center of the “suspicious” object, then the operators of two MTSDD orient MTSDD along the car and then combine the central axis of the neutron modulus with a mark on the car wall and enter into the field of the graphical control interface of the neutron module MTSDD angle φ, corresponding The X-ray scan of the freight car's IDC relative to the horizon, using a tilt device, automatically expose a beam of tagged neutrons of the neutron generator in the neutron module at the required angle and using the lift truck lift included in the MTSDD, raise the neutron module to the required height, then MTSDD operators, lifting neutron modules at a given height, bring them closer to the wall of the car using a laser rangefinder; in this case, the direction of the axes of the beams of labeled neutrons of the neutron modules in the MTSDD pair are opposite and lie on one straight line passing through the center of the “suspicious” object and coinciding with the direction of the x-ray beam formed by the DCO; after positioning the neutron modules, the MTSDD operators start the delayed start-up procedure for probing a “suspicious” object using the tagged neutron method, simultaneously leaving the MTSDD and are removed to a radiation-safe distance; then the delayed start-up timer is triggered and neutron generators of the MTSDD neutron modules are triggered, initiating tagged neutron flows in opposite directions and a set of events occurring recorded by the GTSD neutron modules of the MTSDD modules occurs; then the software automatically creates a survey protocol and displays the results of the screening examination.
Также технический результат достигается за счет того, что под опасным веществом подразумевают взрывчатые вещества, сильнодействующие активные химические вещества, наркотики, сильнодействующие яды.Also, the technical result is achieved due to the fact that a dangerous substance means explosives, potent active chemicals, drugs, potent poisons.
Также технический результат достигается за счет того, что под «подозрительным» объектом подразумевают наличие опасных веществ.Also, the technical result is achieved due to the fact that by "suspicious" object implies the presence of hazardous substances.
Также технический результат достигается за счет того, что конструкция МТСДД позволяет производить изменение угла наклона НГ по отношению к горизонту в широких пределах, что очень существенно для правильного наведения меченого пучка на подозрительную область.Also, the technical result is achieved due to the fact that the design of MTSDD allows to change the angle of inclination of NG in relation to the horizon in a wide range, which is very important for correct guidance of the tagged beam to the suspicious area.
Также технический результат достигается за счет того, что данными, полученными от ИДК, являются номер вагона, в котором обнаружен “подозрительный” объект, угол ϕ относительно горизонта под которым рентгеновский луч ИДК проходит через “подозрительный” объект, и расстояние z по горизонтали вдоль направления движения вагона, от центра первой оси вагона до центра «подозрительного» объекта по радиационному изображению вагона, а также положение излучателя ИДК относительно грузового поезда при его сканировании.Also, the technical result is achieved due to the fact that the data received from the IDK is the number of the car in which a “suspicious” object is detected, the angle ϕ relative to the horizon under which the X-ray beam of the IDK passes through the “suspicious” object, and the horizontal distance z along the direction the movement of the car, from the center of the first axis of the car to the center of the “suspicious” object from the radiation image of the car, and the position of the emitter IDK relative to the freight train when it is scanned.
Также технический результат достигается за счет того, что требуемый угол наклона оси пучка меченых нейтронов, создаваемых нейтронным генератором в нейтронном модуле и высоту подъема нейтронного модуля определяют автоматически с помощью программного обеспечения. Also, the technical result is achieved due to the fact that the required angle of inclination of the axis of the beam of labeled neutrons generated by the neutron generator in the neutron module and the height of the neutron module is determined automatically by software.
Также технический результат достигается за счет того, что высоту подъема нейтронного модуля определяют и устанавливают автоматически по лазерному дальномеру, входящему в состав МТСДД.Also, the technical result is achieved due to the fact that the height of the neutron module is determined and set automatically by a laser rangefinder, which is part of MTSDD.
Также технический результат достигается за счет того, что безопасное расстояние удаления операторов МТСДД от МТСДД обеспечено соблюдением единых норм при работе с радиацией для обслуживающего персонала и населения.Also, the technical result is achieved due to the fact that the safe distance of removal of operators MTSDD from MTSDD ensured by the observance of uniform standards when working with radiation for staff and the public.
Также технический результат достигается за счет системы обнаружения опасных веществ с помощью метода меченых нейтронов в вагонах грузовых поездов реализующей заявленный способ, включающей рентгеновский измерительно-диагностический комплекс (ИДК), зону дополнительного досмотра (ЗДД) с ситуационным центром, при этом в состав ЗДД входят, по меньшей мере, два мобильных технических средства дополнительного досмотра (МТСДД), система радиосвязи с диспетчерским центром, при этом ЗДД огорожена забором и содержит отдельный железнодорожный путь, с двух сторон которого находятся дорожки с твердым покрытием для перемещения МТСДД, а также площадки для их разворота, причем ЗДД оборудована санитарно-защитной зоной, при этом мобильные технические средства для дополнительного досмотра (МТСДД) состоят из автопогрузчиков, на которых установлены нейтронные модули с возможностью вертикального их перемещения, комплект видеокамер с возможностью обзора окружающей обстановки на 360°, лазерные дальномеры, графический интерфейс, при этом нейтронный модуль состоит из металлической рамы на которой крепятся источник меченых нейтронов со встроенным многопиксельным полупроводниковым альфа-детектором на базе портативного нейтронного генератора (НГ), находящийся в термостатированном объеме; система гамма-детектора находящиеся в термостатированном объеме; защита гамма-детекторов от прямого попадания в них нейтронов, испускаемых НГ; блок управления НГ; устройство для поворота НГ относительно горизонтальной оси; система питания НГ, альфа- и гамма-детекторов; регистрирующая электроника приема и предварительного анализа сигналов с альфа- и гамма-детекторов.Also, the technical result is achieved due to the detection system of hazardous substances using the method of labeled neutrons in cars of freight trains that implements the claimed method, including an X-ray measurement and diagnostic complex (IDK), an additional inspection zone (ZDD) with a situational center, and the ZDD includes at least two mobile technical means of additional inspection (MTSDD), a radio communication system with a dispatch center, while ZDD is fenced and contains a separate railway track , on both sides of which there are tracks with hard surface for moving the MTSDD, as well as platforms for their reversal, with the HFA being equipped with a sanitary protection zone, while the mobile technical means for additional inspection (MLSDD) consist of forklifts on which neutron modules with the possibility of their vertical movement, a set of video cameras with the ability to view the environment by 360 °, laser range finders, a graphical interface, and the neutron module consists of a metal frame on the cat swarm tagged neutron source are mounted with integrated semiconductor multi-pixel alpha detector based portable neutron generator (NG), located in a thermostated volume; system of gamma-detector in thermostatically controlled volume; protection of gamma detectors from direct ingress of neutrons emitted by NG into them; NG control unit; a device for turning NG relative to the horizontal axis; power supply system for NG, alpha and gamma detectors; recording electronics receiving and preliminary analysis of signals from alpha and gamma detectors.
Также технический результат достигается за счет того, чтоконструкция МТСДД обеспечивает досмотр вагонов грузового поезда с различными габаритными размерами.Also, the technical result is achieved due to the fact that the structure of MTSDD provides inspection of the wagons of a freight train with different dimensions.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг.1 изображена схема дополнительного досмотра грузового вагона с помощью мобильного технического средства дополнительного досмотра (МТСДД).Figure 1 shows a diagram of an additional inspection of a freight car using a mobile technical means of additional inspection (MTSDD).
На фиг.2 изображен общий вид МТСДД.Figure 2 shows a General view of MTSDD.
На фиг.3 изображен общий вид нейтронного модуля.Figure 3 shows a General view of the neutron module.
На фиг.4 изображена фотография портативного нейтронного генератора.Figure 4 shows a photograph of a portable neutron generator.
На фиг.5 изображен угол ϕ между рентгеновским сканирующим лучом, проходящим через "подозрительный" объект, и горизонтом.Figure 5 shows the angle ϕ between the x-ray scanning beam passing through the “suspicious” object and the horizon.
На фиг.6 отображена методика определения расстояния z от центра первой оси вагона до центра "подозрительной" зоны, а также отображена методика нанесения метки на стенку вагона в точке, соответствующей расстоянию z от центра первой оси вагона до центра подозрительной зоны.Figure 6 shows the methodology for determining the distance z from the center of the first axis of the car to the center of the "suspicious" zone, and also displays the method of marking the wall of the car at the point corresponding to the distance z from the center of the first axis of the car to the center of the suspicious zone.
На фиг.7 приведена геометрия обследования разных "подозрительных" зон в грузовом вагоне. Пунктиром справа показан сектор досмотра ИДК.Figure 7 shows the geometry of the survey of different "suspicious" zones in the freight car. The dotted line on the right shows the IDK screening sector.
На фигурах обозначены следующие позиции:The figures indicate the following positions:
1 — грузовой состав; 2 – отдельный железнодорожный путь; 3 – ангар для хранения и технического обслуживания МТСДД; 4 – ситуационный центр; 5 – дорожка с твердым покрытием; 6 – мобильное техническое средство дополнительного досмотра (МТСДД); 7 – площадка для маневров (разворота); 8 – санитарно-защитная зона; 9 – нейтронный модуль; 10 – автопогрузчик; 11 – объект досмотра; 12 – комплект видеокамер; 13 – металлическая рама; 14 – источник меченых нейтронов (нейтронный генератор (НГ)); 15 – гамма-детекторы; 16 – защита гамма-детекторов; 17 – пучок меченных нейтроны; 18 – блок управления НГ; 19 – устройство наклона НГ относительно горизонтальной оси; 20 – система питания НГ, гамма- и альфа-детекторов; 21 – регистрирующая электроника; 22 – лазерные дальномеры; 23 – разъемы для подсоединения блока управления НГ; 24 – 9-ти сигнальный вывод; 25 – рентгеновский сканирующий луч; 26 – источник рентгеновского излучения; 27–«подозрительный» объект; 28 – уровень горизонта; 29 – рельсы; 30 – колесная пара вагона; 31 – центр первой оси колесной пары; 32 – метка; 33 – графический интерфейс; 34 – лазерный дальномер; 35 и 36 – направление центральной оси пучка меченных нейтронов; 37 – проблесковый маячок.1 - freight train; 2 - a separate railway track; 3 - hangar for storage and maintenance of MTSDD; 4 - situational center; 5 - paved path; 6 - a mobile technical means of additional inspection (MTSDD); 7 - maneuvering area (turn); 8 - sanitary protection zone; 9 - neutron module; 10 - forklift; 11 - the object of inspection; 12 - a set of video cameras; 13 - metal frame; 14 - source of labeled neutrons (neutron generator (NG)); 15 - gamma detectors; 16 - protection of gamma detectors; 17 - beam of labeled neutrons; 18 - control unit NG; 19 - device tilt NG relative to the horizontal axis; 20 - power supply system for NG, gamma and alpha detectors; 21 - recording electronics; 22 - laser range finders; 23 - connectors for connecting the control unit NG; 24 - 9 signal output; 25 - x-ray scanning beam; 26 - x-ray source; 27– “suspicious” object; 28 - horizon level; 29 - rails; 30 - wheel pair of the car; 31 - the center of the first axis of the wheel pair; 32 - label; 33 - graphical interface; 34 - laser range finder; 35 and 36 — direction of the central axis of the beam of labeled neutrons; 37 - flashing light.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Предлагаемая система для обнаружения и идентификации опасных веществ в грузовых поездах включает в себя:The proposed system for the detection and identification of hazardous substances in freight trains includes:
1) мобильные технические средства дополнительного досмотра (МТСДД), в состав которых входит нейтронный модуль, интерфейс оператора, автопогрузчик с системой видеонаблюдения, с помощью которого происходит перемещение нейтронного модуля МТСДД вдоль всего грузового состава по дорожкам с твердым покрытием, обеспечивая при этом позиционирование его относительно досматриваемого вагона, согласно координатам, полученным при обследовании вагона рентгеновским ИДК; при этом, МТСДД обеспечивает обследование различного типа вагонов грузового поезда с различными возможными размерами; высота подъема нейтронного модуля устанавливается автоматически по лазерному дальномеру; нейтронный модуль включает в себя: термостатированный источник меченых нейтронов с повышенной интенсивностью потока нейтронов на базе портативного нейтронного генератора со встроенным многопиксельным полупроводниковым альфа-детектором, заключенных в вакуумную камеру; блок управления НГ; гамма-детекторы на основе кристаллов BGO (LYSO, LaBr3, NaI(Tl), LSO, LaCl3) для регистрации характеристического гамма-излучения, образующегося в результате неупругого рассеяния нейтронов dt-синтеза с энергией 14.1 МэВ на ядрах облучаемого вещества; объемы МТСДД, в которых находятся гамма-детекторы и генератор меченых нейтронов, термостатированы, обеспечивая тем самым стабильность положения пиков характеристического гамма-излучения при изменении температуры окружающей среды; защиту гамма-детекторов и регистрирующей электроники от прямого попадания в них нейтронов, испущенных НГ, и изготовленной в виде сэндвича из полиэтилена и свинца; устройствадля поворота НГ, с помощью которых возможно изменение направления пучков меченых нейтронов, согласно данным, поступившим с ИДК; систему питания нейтронного генератора, гамма- и альфа-детекторов; регистрирующую электронику приема и предварительного анализа сигналов с альфа- и гамма-детекторов, при этом, конструктивно регистрирующая электроника выполнена в виде одной платы размером стандартной PCI карты с возможностью установки ее в PCI-слот персонального компьютера и работы под его управлением, при этом, все программное обеспечение, поддерживающее работу блока электроники, работает под управлением операционной системы LINUX; в состав НГ входит тритиевая мишень, заключенная в герметичную нейтронную трубку, в которой находится многопиксельный полупроводниковый альфа-детектор и ускоряющие электроды; в конструкции нейтронного модуля предусмотрена возможность изменения угла поворота оси центрального пучка меченых нейтронов, испускаемых НГ, относительно горизонтальной оси; в качестве автопогрузчика используется автопогрузчик с двумя режимами движения;1) mobile technical means of additional screening (MTSDD) , which include a neutron module, an operator interface, a forklift with a video surveillance system, through which the MTSDD neutron module is moved along the entire freight train along tracks with hard surface, while ensuring its positioning relative to inspected the car, according to the coordinates obtained when examining the car X-ray IDC; at the same time, MTSDD provides inspection of various types of cars of a freight train with various possible sizes; the lifting height of the neutron module is set automatically by a laser rangefinder; The neutron module includes: a thermostated source of labeled neutrons with an increased intensity of neutron flux on the basis of a portable neutron generator with an embedded multi-pixel semiconductor alpha detector enclosed in a vacuum chamber; NG control unit; gamma detectors based on BGO crystals (LYSO, LaBr 3 , NaI (Tl), LSO, LaCl 3 ) for recording characteristic gamma radiation resulting from inelastic neutron scattering of dt-synthesis with an energy of 14.1 MeV on the nuclei of the irradiated substance; the volumes of MTSDD, in which gamma detectors and a tagged neutron generator are located, are thermostatically controlled, thereby ensuring the stability of the positions of the peaks of the characteristic gamma radiation with a change in the ambient temperature; protection of gamma detectors and recording electronics from direct neutrons emitted by NG and made in the form of a sandwich made of polyethylene and lead; a device for rotating NG, with the help of which it is possible to change the direction of the beams of tagged neutrons, according to the data received from the DCO; power supply system of the neutron generator, gamma and alpha detectors; recording electronics of reception and preliminary analysis of signals from alpha and gamma detectors; in this case, structurally recording electronics are made in the form of a single board with the size of a standard PCI card with the possibility of installing it in the PCI slot of a personal computer and operating under its control, all this software supporting the work of the electronics unit, running the LINUX operating system; NG contains a tritium target enclosed in a sealed neutron tube containing a multi-pixel semiconductor alpha detector and accelerating electrodes; the design of the neutron module provides the ability to change the angle of rotation of the axis of the central beam of tagged neutrons emitted by NG, relative to the horizontal axis; as a forklift used forklift with two modes of movement;
2) зону дополнительного досмотра (ЗДД), представляющую собой отдельный железнодорожный путь, на который происходит съезд грузового состава с основного железнодорожного пути при поступлении сигнала от ИДК о наличии "подозрительного" объекта хотя бы в одном вагоне поезда, с двух сторон которого на всем его протяжении находятся дорожки с твердым покрытием, по которым происходит перемещение МТСДД, на которых имеются также площадки для их разворота; дорожки обеспечивают максимальное приближение МТСДД к стенкам вагона, а перрон ЗДД максимально приближен к железнодорожному пути; для обеспечения требований радиационной безопасности ЗДД имеется санитарно-защитная зона, представляющая собой зону ограниченного доступа; длина дополнительного путиобеспечивает размещение на нем всего грузового состава целиком; территория ЗДД огораживается сетчатым забором, что является составной частью полного комплекса мероприятий по обеспечению требований радиационной безопасности в ЗДД; с одной стороны поезда вне дорожки с твердым покрытием находится отдельное здание (ангар), предназначенноедля хранения и технического обслуживания МТСДД, кроме этого, недалеко от границы санитарно-защитной зоны расположен диспетчерский центр ЗДД.2) the zone of additional inspection (ZDD) , which is a separate railway line, on which the congress of the freight train leaves the main railway track when a signal is received from the IDK about the presence of a “suspicious” object in at least one train carriage, from both sides of which lengthways are paved tracks, along which the movement of the MTSDD occurs, on which there are also platforms for their reversal; tracks provide the maximum approximation of the MTSDD to the car walls, and the ZDD apron is as close as possible to the railway track; there is a sanitary protection zone to ensure the requirements of radiation safety of HFA, which is a restricted access area; the length of the additional track provides for the accommodation of the entire freight train on it; ZDD territory is enclosed with a mesh fence, which is an integral part of the full range of measures to ensure radiation safety requirements in ZDD; on one side of the train, outside a track with hard surface, there is a separate building (hangar) intended for the storage and maintenance of the MLSDD; besides, the traffic control center is located near the border of the sanitary protection zone.
3) систему радиосвязи, которая обеспечивает радиосвязь между операторами МТСДД и центральным диспетчером ЗДД; при этом, носимый оператором дистанционный пульт управления МТСДД на планшете, связан по каналу радиосвязи с диспетчером ЗДД, находящемся в ситуационном центре; распределительная локальная сеть Wi-Fi, установлена по границам санитарной зоны ЗДД для обеспечения устойчивой связи как между носимым дистанционным пультом управления МТСДД с центральным сервером диспетчера, так и для работы системы технологического видеонаблюдения, заявленная система, гарантирует реализацию высокого уровня безопасности для обслуживающего персонала и населения при работе НГ.3) a radio communication system , which provides radio communication between the operators of the MTSDD and the central dispatcher of the APD; at the same time, the operator’s portable remote control MTSDD on the tablet, is connected via radio to the dispatcher ZDD, located in the situational center; Distributed local Wi-Fi network, installed along the boundaries of the sanitary zone of the ECD to ensure stable communication between the portable remote control unit MTSDD with the central dispatcher server and for the operation of the technological video surveillance system, the claimed system guarantees a high level of security for the staff and the public when working NG.
4) блок эффективных программ для приема и анализа данных, поступающих с гамма- и альфа-детекторов, гарантирующих уменьшение количества ошибок, обусловленных повышением точности наведения потока меченых нейтронов на "подозрительную" область объекта досмотра; программное обеспечение МТСДД позволяет проводить весь комплекс работ МТСДД, связанных с дополнительным досмотром грузовых вагонов по целеуказаниям, выданным ИДК, принимать окончательное решение по обнаружению и идентификации опасных предметов и веществ, находящихся в вагоне, на основании результатов досмотра, а также осуществлять архивацию результатов анализа в базу данных; программное обеспечение МТСДД состоит из следующих основных модулей: модуля позиционирования нейтронного модуля, модуля управления НГ, модуля системы сбора данных, модуля обработки данных, модуля контроля параметров нейтронного модуля, модуля анализа и визуализации результатов анализа; вся информация модуля системы сбора данных и модуля обработки данных пересылается на сервер хранения данных, который обеспечивает хранение данных, а также предоставление к ним доступа внешних пользователей; алгоритм обнаружения и идентификации взрывчатых веществ основывается на анализе элементного состава досматриваемого объекта.4) a block of effective programs for receiving and analyzing data from gamma and alpha detectors, which guarantee a reduction in the number of errors caused by an increase in the accuracy of targeting the flux of labeled neutrons to the "suspicious" area of the inspected object; software MTSDD allows you to carry out the full range of works MTSDD associated with the additional inspection of freight cars on target designation issued by the IDK, to make the final decision on the detection and identification of dangerous objects and substances in the car, based on the results of the inspection, as well as archive the results of the analysis in database; software MTSDD consists of the following main modules: module for positioning the neutron module, module control NG, module data acquisition system, data processing module, module monitoring parameters of the neutron module, module analysis and visualization of the analysis results; All information of the data acquisition system module and data processing module is sent to the data storage server, which provides data storage, as well as providing external users with access to them; The algorithm for detection and identification of explosives is based on an analysis of the elemental composition of the object being inspected.
В состав зоны дополнительного досмотра (ЗДД) грузового состава 1 (см. Фиг.1) входит: отдельный железнодорожный путь 2 для досмотра состава 1, на который подается грузовой состав только в случае получения сигнала от оператора ИДК о возможном наличии хотя бы в одном вагоне поезда 1 "подозрительного" объекта;отдельное здание 3 (ангар), предназначенное для хранения и технического обслуживания МТСДД (6); с двух сторон отдельного железнодорожного пути 2 находятся дорожки с твердым покрытием 5, по которым происходит перемещение МТСДД (6), на которых имеются также площадки 7 (см. Фиг.1) для их разворота. Дорожки 5 обеспечивают максимальное приближение МТСДД (6) к вагону 1 (см. Фиг.1). Граница дорожек 5 максимально приближена к железнодорожному пути 2; для обеспечения требований радиационной безопасности ЗДД оборудуется санитарно-защитной зоной 8, представляющей собой зону ограниченного доступа; недалеко от границы санитарно-защитной зоны 8 расположен ситуационный центр 4.The composition of the additional inspection zone (ZDD) of freight train 1 (see Figure 1) includes: a
Длина дополнительного пути досмотра 2 должна обеспечивать размещение всего грузового состава целиком. The length of the
Дополнительный досмотр грузового вагона 1 осуществляется с помощью МТСДД (6), общий вид которого изображен на фиг.2. В состав 6 входит: нейтронный модуль 9 и автопогрузчик 10. Кроме этого на Фиг.1 видны железнодорожный вагон 1 грузового состава, железнодорожный путь досмотра 2, дорожки с твердым покрытием 5, по которым перемещаются МТСДД (6), граница санитарно-защитной зоны 8, а также объекты досмотра 11, находящиеся в объеме грузового вагона 1.Additional inspection of the
С целью удобства позиционирования МТСДД (6) относительно досматриваемого вагона 1 и координации действий операторов МТСДД (6), на МТСДД (6) предусмотрена установка комплекта видеокамер 12 (Фиг.2), c возможностью обзора окружающей обстановки на 360°.For the convenience of positioning MTSDD (6) relative to the inspected
Нейтронный модуль 9, изображенный на фиг.2 и фиг.3 включает в себя: металлическую раму 13, на которой крепятся источник меченых нейтронов 14 со встроенным многопиксельным полупроводниковым альфа-детектором с повышенной интенсивностью потока нейтронов; система гамма-детекторов 15 на основе кристаллов BGO для регистрации характеристического гамма-излучения, образующегося в результате неупругого рассеяния нейтронов dt-синтеза с энергией 14.1 МэВ на ядрах облучаемого вещества; защиту 16 гамма-детекторов 15 от прямого попадания в них нейтронов 17, испущенных НГ, изготовленной в виде сэндвича, например, из полиэтилена и свинца; блок управления НГ 18 (Фиг.4), устройство 19 (см. Фиг.3) для поворота НГ относительно горизонтальной оси, систему питания нейтронного генератора, гамма- и альфа-детекторов 20, регистрирующую электронику 21 приема и предварительного анализа сигналов с альфа- и гамма-детекторов. Также на металлической раме 13 располагаются лазерные дальномеры 22.The
Внешний вид портативного нейтронного генератора 14 приведен на фиг.4. На этой же фигуре приведен блок управления 18 НГ и высоковольтного питания нейтронного генератора. Кроме этого, с обратной стороны корпуса нейтронного генератора 14 видны разъемы 23 для подсоединения блока управления НГ 18 с нейтронным генератором 14, а также видна рубка 24 с сигнальными выводами 25 от альфа-детектора (альфа-детектор на фиг.4 не виден, так как находится внутри корпуса НГ).The appearance of the
Схема определения угла ϕ между рентгеновским сканирующим лучом 26 (Фиг. 5), испущенным источником рентгеновского излучения 27 (в качестве источника рентгеновского излучения обычно используется коллимированное тормозное излучение, создаваемое электронным ускорителем; на фиг.5 ускоритель электронов не изображен), проходящим через центральную область "подозрительного" объекта 28, и горизонтом 29 приведена на фиг.5. Фиг.5 отображает сечение вагона 1 плоскостью, перпендикулярной направлению его движения по рельсам 30 с помощью колесных пар 31 вагона 1.The scheme for determining the angle ϕ between the x-ray scanning beam 26 (FIG. 5), emitted by the x-ray source 27 (collimated bremsstrahlung generated by the electron accelerator is usually used as the x-ray source; electron accelerator is not shown in figure 5) passing through the central region "suspicious"
Методика определения расстояния z во фронтальной плоскости вагона 1 (вдоль направления его движения) от центра первой оси 32 колесной пары вагона 1 до центра "подозрительного" объекта 28, а также методика нанесения метки 33 на внешнюю стенку вагона 1 в точке, соответствующей расстоянию z от центра первой оси 32 вагона 1 до центра "подозрительного" объекта 28, отображены на фиг.6.The method of determining the distance z in the frontal plane of the car 1 (along the direction of its movement) from the center of the
При этом, для обеспечения устойчивой связи МТСДД (6) с сервером и для работы системы технологического видеонаблюдения в ЗДД по границам санитарной зоны 8 используется распределенная беспроводная локальная сеть Wi-Fi. At the same time, to ensure stable communication of the MTSDD (6) with the server and for the operation of the technological video surveillance system in the HFA at the boundaries of the
Предложенное устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.
В случае выявления операторами ИДК, по меньшей мере, одного “подозрительного” объекта 28 в вагоне 1 грузового поезда при подходе их к мостам (тоннелям, виадукам и тд.), данный поезд направляют на отдельный железнодорожный путь 2 досмотра в зону дополнительного досмотра (ЗДД), схема которой приведена на фиг.1. Длина дополнительного пути досмотра 2 обеспечивает размещение на нем всего грузового поезда целиком. Обследование грузового поезда 1 осуществляется только по целеуказанию ИДК, по меньшей мере, одной парой МТСДД (6). Предпочтительно использование двух пар, одна из которых базируется в начале грузового поезда 1, а другая – в его конце, при этом обследование каждого "подозрительного" объекта 28 в грузовом вагоне 1 осуществляется мобильными техническими средствами дополнительного контроля 6 одновременно с двух сторон вагона 1.In case of IDK operators detecting at least one “suspicious”
При этом оператор ИДК выдает операторам МТСДД (6), через центрального диспетчера, находящегося в ситуационном центре, целеуказание для дополнительного досмотра «подозрительного» объекта с помощью методики меченых нейтронов. В целеуказание (координаты) может входить следующая информация: номер вагона 1; его фотография; радиационное изображение с местом расположения "подозрительного" объекта 28 в вагоне 1; координаты "подозрительного" объекта 28. Данная информация требуется для проведения дополнительного досмотра содержимого объекта 28 путем одновременного обследования его с помощью двух МТСДД (6).At the same time, the IDK operator issues to the MTSDD operators (6), through the central dispatcher located in the situational center, target designation for additional inspection of the “suspicious” object using the tagged neutron technique. The target designation (coordinates) may include the following information:
После этого, обследование грузового вагона 1 в ЗДД осуществляется с помощью МТСДД (6), которые выдвигаются из хранилища 3, получив команду от центрального диспетчера 4 на основании данных, полученных им от ИДК, к вагону 1, номер которого был передан ИДК, по дорожкам с твердым покрытием 5, оборудованным вдоль пути дополнительного досмотра 2. При этом из ангара 3 выдвигаются одновременно, по меньшей мере, два МТСДД (6), которые направляются к двум противоположным сторонам указанного номера вагона 1 относительно железнодорожного пути 2. Это связано с тем, что для обнаружения “подозрительного” объекта 28 внутри вагона в любой точке с высокой достоверностью необходимо проводить одновременное обследование ее по крайней мере двумя МТСДД 6, расположенными на противоположных сторонах данного вагона 1. After that, the survey of
Геометрия обследования вагона 1 приведена на Фиг. 7. МТСДД (6), получив координаты “подозрительного” объекта 28 подъезжают к обследуемому вагону 1 с двух его сторон и операторы двух МТСДД (6) с обеих сторон вагона 1 наносят маркером метки 33 на противоположных боковых стенках вагона 1, соответствующие расстоянию z от центра первой оси вагона 32 до центра "подозрительного" объекта 28. Далее, операторы двух МТСДД (6) ориентируют их вдоль вагона 1 и совмещают центральные оси двух нейтронных модулей 9 МТСДД с метками 33 на противоположных стенках вагона 1. Далее, операторы МТСДД вводят значение угла ϕ, соответствующего углу рентгеновского сканирования 26 грузового вагона 1 относительно горизонта 29 в соответствующее поле графических интерфейсов 34 управления нейтронными модулями МТСДД (6) на автопогрузчике 10. С помощью программного обеспечения определяется высота, на которую необходимо поднять нейтронные модули 9 МТСДД (6) и угол ϕ, на который необходимо наклонить с помощью специального устройства 19 оси пучков меченых нейтронов 17 нейтронных генераторов 14 в нейтронных модулях 9 в зависимости от расположения МТСДД (6) относительно вагона 1 и направления сканирования вагона 1 рентгеновским излучением ИДК. Устройство наклона 19 оси меченых нейтронов 17 автоматически выставляет пучки меченых нейтронов 17 в нейтронных модулях9 под требуемым углом. Изменение угла наклона оси меченых нейтронов 17 относительно горизонта 29 может варьироваться в широком диапазоне. Придав НГ 14 нужный наклон, операторы МТСДД (6) с помощью подъемника автопогрузчика 10 поднимают нейтронные модули 9 на расчетную высоту. Высота подъёма определяется МТСДД (6) и устанавливается автоматически по лазерному дальномеру 22. Операторы МТСДД (6), подняв нейтронные модули 9 на заданную высоту, приближают их к стенке вагона 1 с помощью лазерного дальномера 34. При этом, направления осей пучков 17 меченых нейтронов 35 и 36 двух модулей 12 МТСДД (6) противоположны и лежат на одной прямой, проходящей через центр подозрительного объекта 28.The survey geometry of the
После позиционирования нейтронных модулей, операторы МТСДД (6) запускают таймер отложенного включения процедуры зондирования “подозрительного” объекта 28 вагона 1 методом меченых нейтронов, одновременно покидают МТСДД (6) и удаляются от них на безопасное расстояние в радиационном отношении.After positioning the neutron modules, MTSDD (6) operators start a delayed start-up procedure for probing a “suspicious”
После этого через заданное время срабатывают таймеры отложенного включения и запускаются нейтронные генераторы 14 нейтронных модулей 9 МТСДД (6) индуцирующих потоки меченых нейтронов 17 в противоположных направлениях. Происходит набор событий, зарегистрированных гамма-детекторами 15 нейтронных модулей 9 МТСДД (6). Работа нейтронных модулей 9 контролируется по проблесковым маячкам 37, установленных на двух МТСДД (6). Передвижение МТСДД (6) сопровождается миганием маячков желтого цвета 37. Включение МТСДД (6) в работу сопровождается световой и звуковой сигнализацией о текущем состоянии системы: электропитание включено – зеленый свет, звуковой сигнал отсутствует; генерация излучения – мигающий красный свет, прерывистый звук сирены.After that, after a specified time, the delayed start timers are triggered and the
При этом носимые (дополнительные) пульты управления 38МТСДД (6) находится у каждого оператора МТСДД (6) на его рабочем месте. Носимый пульт управления МТСДД (6) реализуется на базе планшетного компьютера. Основной пульт управления 39 МТСДД (6), находящийся в здании 4 центрального диспетчера ЗДД, укомплектован персональным компьютером с графическим интерфейсом 40 для вывода на экран информации, полученной с детекторов альфа- и гамма-детекторов 15 нейтронных модулей 9, для управления программным обеспечением. Для управления передвижением МТСДД (6) относительно вагона 1 с целью корректного ориентирования нейтронного модуля 9 относительно подозрительного объекта 28, находящегося в вагоне 1, каждое МТСДД (6) укомплектовано системой видеонаблюдения 12, сигналы с которых также поступают на основной пульт управления 39 МТСДД (6). Связь МТСДД (6), а также носимого пульта управления 38 с остальной компьютерной инфраструктурой осуществляется по радиоканалу (Wi-Fi).At the same time wearable (additional) control panels 38MTSDD (6) is located at each work station of the operator MTSDD (6). Wearable remote control MTSDD (6) is implemented on the basis of a tablet computer. The
Каждый из носимых дополнительных дистанционных пультов 38 соединяется с соответствующим блоком управления нейтронным излучением 18 с помощью беспроводной технологии Wi-Fi, при этом, если система в течение определенного установленного времени (через каждые несколько секунд) не получает ответа-подтверждения о продолжении режима нейтронного излучения на следующий временной интервал, то происходит автоматическое выключение нейтронного излучения с помощью носимого дополнительного дистанционным пультом 38. Носимый дополнительный дистанционный пульт 38 всегда находится у оператора МТСДД (6) и во время работы МТСДД (6) и, при необходимости, может применяться для экстренного отключения нейтронного генератора 14. Носимый дополнительный дистанционный пульт 38 позволяет контролировать ход досмотра грузового вагона 1 и работоспособность аппаратуры нейтронного модуля 9. Кроме этого, предлагаемое устройство для досмотра грузовых вагонов снабжено системой голосовой радиосвязи, которая позволяет операторам МТСДД (6) и центральному диспетчеру, находящемуся в ситуационном центре 4, координировать свои действия в процессе досмотра грузового состава.Each of the additional portable
Программное обеспечение МТСДД (6) позволяет проводить весь комплекс работ МТСДД (6), связанных с дополнительным досмотром грузовых вагонов по целеуказанию, выданным ИДК, с обнаружением опасных веществ, находящихся в вагонах 1, и с заключениями по результатам обследования с последующей архивацией заключений в базу данных.Software MTSDD (6) allows you to carry out the full range of work MTSDD (6) associated with the additional inspection of freight cars on target designation, issued by the DCO, with the detection of hazardous substances in
Программное обеспечение МТСДД (6) состоит из следующих основных модулей: модуля позиционирования нейтронного модуля 9, модуля управления НГ 18, модуля системы сбора данных 21 с альфа- и гамма-детекторов 15, модуля обработки данных, модуля контроля параметров нейтронного модуля 9, модуля анализа и визуализации результатов анализа.Software MTSDD (6) consists of the following main modules: module of positioning of
Алгоритм обнаружения и идентификации взрывчатых веществ, находящихся в вагоне 1, основывается на анализе элементного состава досматриваемого объекта с помощью метода меченых нейтронов. Для этого строятся функции отклика гамма-детекторов, как результат неупругого рассеяния пучков меченых нейтронов с начальной энергией 14.1 МэВ на ядрах элементов C, N, O, входящих в состав взрывчатых веществ. Результаты анализа измеренных спектров гамма-квантов представляются с помощью графического интерфейса пользователя в удобном виде для восприятия оператором МТСДД (6).The algorithm for the detection and identification of explosives in
Рабочая станция сбора, записи и формирования базы данных находится в помещении 4. Она получает информацию от МТСДД по каналу Wi-Fi.A workstation for collecting, recording, and generating a database is located in room 4. It receives information from the MLSA via Wi-Fi.
После окончания обследования вагона 1 программное обеспечение нейтронного модуля 9 автоматически создаёт протокол обследования. В протокол заносится такая информация как: дата проведения досмотра; время начала досмотра; средняя интенсивность нейтронного потока, испускаемого нейтронным генератором 14 во время проведения измерения; результат досмотра вагона 1 (выявление и идентификация опасных предметов и веществ в нем).After the completion of the examination of the
Процедура обследования одной "подозрительной" позиции 28 в вагоне 1 завершается автоматически через установленное определенное время после облучения ее потоком меченых нейтронов 17. Оба НГ (14) выключаются автоматически, а результаты досмотра “подозрительного” объекта 28 в вагоне 1 отображаются на мониторах операторов 34, установленных в кабинах МТСДД (6).The examination procedure of one “suspicious”
В случае отсутствия опасного вещества в “подозрительном” объекте 28 в вагоне 1, МТСДД (6) перемещаются к другому вагону грузового поезда 1, в котором был также обнаружен другой “подозрительный” объект. Производится аналогичная процедура досмотра данного вагона на наличие в нем опасных веществ, описанная выше. В случае обнаружения опасного вещества в “подозрительном” объекте 28 в вагоне 1 операторы МТСДД (6) действуют в соответствии с должностной инструкцией.In the absence of a hazardous substance in the “suspicious”
Дополнительный досмотр грузового поезда 1 считается законченным, если все “подозрительные” вагоны в данном поезде, указанные ИДК, полностью проверены с помощью мобильных технических средств дополнительного контроля.Additional inspection of
Наличие видеокамер, маячков, звуковой сигнализации прямо влияет на безопасность, т.к. речь идет о нейтронном излучении.The presence of video cameras, beacons, sound alarm directly affects security, because we are talking about neutron radiation.
Предлагаемое техническое решение может найти применение в различных мобильных и стационарных системах для проверки наличия и идентификации скрытых опасных веществ в крупногабаритных объектах. Предложенные мобильные системы для обнаружения опасных веществ могут быть также использованы для досмотра крупногабаритных объектов на железнодорожных вокзалах, в аэропортах и на автомагистралях.The proposed solution can be used in various mobile and stationary systems to verify the presence and identification of hidden hazardous substances in large objects. The proposed mobile systems for the detection of hazardous substances can also be used to inspect large objects at railway stations, airports and highways.
Благодаря наличию существенных признаков предлагаемого способа исистемы для обнаружения опасных веществ в вагонах грузовых поездов достигаются следующие технические результаты:Due to the presence of essential features of the proposed method and the system for the detection of hazardous substances in wagons of freight trains, the following technical results are achieved:
1. Применение, по меньшей мере, двух мобильных технических средств дополнительного досмотра (МТСДД) вагонов грузовых поездов на базе меченых нейтронов позволяет произвести обследование грузового поезда с использованием целеуказания, выдаваемого рентгеновским измерительно-диагностического комплекса (ИДК).1. The use of at least two mobile technical means of additional inspection (MTSDD) of wagons of freight trains on the basis of tagged neutrons makes it possible to carry out a survey of a freight train using target designation issued by an X-ray measuring and diagnostic complex (IDK).
2. По меньшей мере, два нейтронных модуля МТСДД перемещаются с помощью автопогрузчиков, обеспечивающих позиционирование МТСДД относительно вагона по координатам от ИДК при обследовании подозрительной зоны вагона.2. At least two neutron modules MTSDD move using forklifts, providing positioning MTSDD relative to the car on the coordinates of the EYC when examining the suspicious area of the car.
3. Конструкция МТСДД обеспечивает обследование различного типа вагонов грузового поезда.3. The design of MTSDD provides inspection of various types of wagons of a freight train.
4. Конструкция МТСДД обеспечивает возможность обследования вагонов грузового поездав диапазоне температур окружающего воздуха от -40°С до +50°С;4. The design of the MTSDD provides the possibility of inspecting freight train wagons in the ambient air temperature range from -40 ° C to +50 ° C;
5. Каждый "подозрительный" вагон (вагон, предварительно просмотренный рентгеновским ИДК, показания которого соответствуют возможному нахождению опасного вещества в нем), одновременно просматривается с двух сторон вагона вдоль железнодорожного пути с помощью двух МТСДД, координаты которых выставляются относительно досматриваемого вагона, согласно координатам, выданным ИДК.5. Each "suspicious" car (a car previewed by an X-ray IDC whose readings correspond to the possible presence of a hazardous substance in it) is simultaneously viewed from both sides of the car along the railway track using two MTSDD, the coordinates of which are set relative to the inspected car, according to the coordinates, issued by IDK.
6. Направление пучков меченых нейтронов автоматически выставляется по направлениям рентгеновского луча, определившего положение опасного объекта в грузовом вагоне.6. The direction of the tagged neutron beams is automatically set in the directions of the x-ray beam, which determined the position of the dangerous object in the freight car.
7. Имеется реальная возможность обнаружения опасных веществ в объеме грузового вагона, находящихся на расстояниях, соответствующих середине вагона, путем одновременного обследования данной "подозрительной" области в вагоне, выделенной ИДК, двумя нейтронными модулями, находящимися на противоположных сторонах вагона. 7. There is a real possibility of detecting hazardous substances in the volume of a freight car, located at distances corresponding to the middle of the car, by simultaneously examining this "suspicious" area in the car, allocated by the DCO, with two neutron modules located on opposite sides of the car.
8. Наличие, по крайней мере двух МТСДД, а предпочтительно четырех МТСДД, по паре в начале и в конце грузового состава, в которых каждый нейтронный модуль, состоит из целой системы гамма-детекторов на основе кристаллов BGO (LYSO, LaBr3, NaI(Tl), LSO, LaCl3), позволяет оперативно осуществлять эффективный досмотр протяженных грузовых составов за короткое время.8. The presence of at least two MTSDD, and preferably four MTSDD, a pair at the beginning and at the end of the freight train, in which each neutron module consists of a whole system of BGO gamma detectors (LYSO, LaBr 3 , NaI ( Tl), LSO, LaCl 3 ), allows you to quickly carry out effective inspection of long freight trains in a short time.
9. В конструкции нейтронного модуля предусмотрена возможность изменения в широком диапазоне угла поворота оси центрального пучка меченых нейтронов, испускаемых НГ, относительно горизонтальной оси.9. The design of the neutron module provides for the possibility of changing in a wide range the angle of rotation of the axis of the central beam of tagged neutrons emitted by NG relative to the horizontal axis.
10.Повышается энергетическое разрешение спектрометрических каналов регистрации гамма-излучения путем термостатирования объемов, в которых находятся гамма-детекторы, при этом, наблюдается стабилизация положения пиков характеристического гамма-излучения, возникающего в результате взаимодействия потоков меченых нейтронов с ядрами азота, кислорода, углерода и др., при изменении температуры окружающей среды.10. The energy resolution of spectrometric channels of gamma-radiation detection is increased by thermostating the volumes in which gamma detectors are located, while stabilization of the peaks of characteristic gamma radiation resulting from the interaction of labeled neutrons with nuclei of nitrogen, oxygen, carbon, etc. is observed ., when the ambient temperature changes.
11.Минимально детектируемая масса опасного вещества "подозрительного" объекта, находящегося в вагоне, однозначно определяется как интенсивностью потока нейтронов, создаваемого нейтронным генератором, так и эффективностью системы регистрации гамма-квантов характеристического излучения, образующегося в результате неупругого рассеяния нейтронов с энергией 14.1 МэВ на ядрах вещества "подозрительного" объекта.11. The minimum detectable mass of a dangerous substance of a “suspicious” object in a car is uniquely determined by both the intensity of the neutron flux generated by a neutron generator and the efficiency of the system for detecting gamma-quanta of characteristic radiation resulting from inelastic neutron scattering of 14.1 MeV neutrons on nuclei substance "suspicious" object.
12. Использование большого количества гамма-детекторов в каждом из, по меньшей мере, двух нейтронных модулей приводит к существенному увеличению светосилы устройства (эффективности регистрации характеристического гамма-излучения, возникающего в процессе неупругого рассеяния нейтронов с энергией 14.1 МэВ на ядрах кислорода, азота, углерода и др.), предназначенного для дополнительного досмотра грузовых вагонов с помощью методики меченых нейтронов.12. The use of a large number of gamma detectors in each of at least two neutron modules leads to a significant increase in the luminosity of the device (registration efficiency of characteristic gamma radiation arising in the process of inelastic neutron scattering with an energy of 14.1 MeV on the nuclei of oxygen, nitrogen, carbon and others), intended for additional inspection of freight cars using the tagged neutron technique.
13. Увеличение интенсивности нейтронного потока и числа гамма-детекторов в системе регистрации характеристического гамма – излучения приводит к уменьшению минимально детектируемой массы опасного вещества. 13. An increase in the neutron flux intensity and the number of gamma detectors in the characteristic gamma-radiation detection system leads to a decrease in the minimum detectable mass of the hazardous substance.
14. Увеличение интенсивности нейтронного потока и числа гамма-детекторов в системе регистрации характеристического гамма – излучения приводит к уменьшению времени зондирования одной зоны вагона одним МТСДД (6) или одновременно с двух противоположных сторон двумя МТСДД (6).14. The increase in the neutron flux intensity and the number of gamma detectors in the characteristic gamma-radiation registration system leads to a decrease in the sensing time of one car zone by one MTSDD (6) or simultaneously from two opposite sides by two MTSDD (6).
15. Вероятность обнаружения в вагоне опасных веществ сосредоточенной массы по целеуказанию ИДК с использованием предлагаемого устройства на основе метода меченых нейтронов составляет не менее 0.9 при вероятности ложных тревог – не более 0.1.15. The probability of detecting hazardous substances in a wagon of a concentrated mass by IDK target designation using the proposed device based on the tagged neutron method is at least 0.9 with a false alarm probability of not more than 0.1.
16. Дополнительный досмотр с помощью МТСДД не наносит ущерба контролируемым объектам, не изменяет их химические и физические свойства.16. Additional inspection with the help of MTSDD does not damage the controlled objects, does not change their chemical and physical properties.
17. МТСДД обеспечивает работоспособность при воздействии:17. MTSDD provides performance when exposed to:
• минимальной рабочей температуры, °C - минус 40 (±2)• minimum operating temperature, ° C - minus 40 (± 2)
• максимальной рабочей температуры, °C - плюс 50 (±2); • maximum working temperature, ° C - plus 50 (± 2);
• относительной влажности воздуха при температуре плюс 20 (±2) °С, равна 100 (±3) %.• relative air humidity at a temperature of plus 20 (± 2) ° С, equal to 100 (± 3)%.
18.Эксплуатация МТСДД не требуют проведения планового технического обслуживания чаще, чем 1 раз в месяц в течение времени - не более 16 ч.18. Operation of MTSDD do not require scheduled maintenance more often than once a month for a period of time - no more than 16 hours.
19. Разработан комплекс мероприятий по обеспечению требований радиационной безопасности ЗДД.19. A set of measures has been developed to ensure the requirements of the radiation safety of HFA
Claims (34)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018125398A RU2690041C1 (en) | 2018-07-11 | 2018-07-11 | Method and system for detecting hazardous substances in freight train cars using the tagged neutron method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018125398A RU2690041C1 (en) | 2018-07-11 | 2018-07-11 | Method and system for detecting hazardous substances in freight train cars using the tagged neutron method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2690041C1 true RU2690041C1 (en) | 2019-05-30 |
Family
ID=67037298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018125398A RU2690041C1 (en) | 2018-07-11 | 2018-07-11 | Method and system for detecting hazardous substances in freight train cars using the tagged neutron method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2690041C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2476864C1 (en) * | 2011-12-06 | 2013-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Нейтронные технологии" | Portable detector of hazardous concealed substances |
| RU137122U1 (en) * | 2013-11-12 | 2014-01-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | DEVICE FOR ANALYSIS OF MATERIALS BY MEANS OF LABELED NEUTRONS |
| RU2521723C1 (en) * | 2013-03-01 | 2014-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Нейтронные технологии" | Method and apparatus for detecting diamonds in kimberlite |
| RU2612734C2 (en) * | 2015-08-18 | 2017-03-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Диамант" | Installation for dry enrichment of kimberlite ore by method of labelled neutrons |
-
2018
- 2018-07-11 RU RU2018125398A patent/RU2690041C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2476864C1 (en) * | 2011-12-06 | 2013-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Нейтронные технологии" | Portable detector of hazardous concealed substances |
| RU2521723C1 (en) * | 2013-03-01 | 2014-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Нейтронные технологии" | Method and apparatus for detecting diamonds in kimberlite |
| RU137122U1 (en) * | 2013-11-12 | 2014-01-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | DEVICE FOR ANALYSIS OF MATERIALS BY MEANS OF LABELED NEUTRONS |
| RU2612734C2 (en) * | 2015-08-18 | 2017-03-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Диамант" | Installation for dry enrichment of kimberlite ore by method of labelled neutrons |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105510952B (en) | Offline mode CdZnTe cruising inspection system and method for inspecting | |
| US7335887B1 (en) | System and method for target inspection using discrete photon counting and neutron detection | |
| US7082186B2 (en) | Container inspection system using cobalt-60 γ-ray source and cesium iodide or cadmium tungstate array detector | |
| US4599740A (en) | Radiographic examination system | |
| CN1779444B (en) | Safety CT inspector for liquid by ray resource | |
| JP5539512B2 (en) | Portable detection device | |
| JP6465867B2 (en) | Muon detection array station | |
| CN105301669B (en) | Rays safety detection apparatus and X-ray detection X method | |
| US8304740B1 (en) | Mobile frame structure with passive/active sensor arrays for non-invasive identification of hazardous materials | |
| KR20140126318A (en) | Combined scatter and transmission multi-view imaging system | |
| CN102834738A (en) | Cargo and vehicle inspection system | |
| MX2012010642A (en) | Personnel screening system. | |
| US10401510B2 (en) | Gamma ray detector with two-dimensional directionality | |
| US20090294678A1 (en) | Radiation directional finder and isotope identification system | |
| CN205450294U (en) | Flight mode cdZnTe system of patrolling and examining | |
| US7388205B1 (en) | System and method for target inspection using discrete photon counting and neutron detection | |
| RU2690041C1 (en) | Method and system for detecting hazardous substances in freight train cars using the tagged neutron method | |
| US20120153162A1 (en) | High performance straddle carrier cbrne radiation verification system | |
| CN111272096B (en) | Three-dimensional scanning device and security inspection equipment | |
| US20150346363A1 (en) | Method and System for Detecting and Identifying Radioactive Materials | |
| CN2811991Y (en) | Mechanical structure of an apparatus for CT safety detection of liquid by using ray source | |
| Pibida et al. | Guidebook for Standards-Based Testing of Radiation-Detection Systems | |
| WO2009139959A2 (en) | Mobile radiation threat identification system | |
| Andersen et al. | Portable source identification device | |
| JP2020165967A (en) | Radiation imaging device |