RU80004U1

RU80004U1 - DEVICE FOR IDENTIFICATION OF HIDDEN SUBSTANCES

Info

Publication number: RU80004U1
Application number: RU2008129146/22U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Михайлович Быстрицкий; Николай Иванович Замятин; Владимир Георгиевич Кадышевский; Юрий Николаевич Рогов; Михаил Григорьевич Сапожников; Вячеслав Михайлович Слепнев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ДВИН"
Priority date: 2008-07-17
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2009-01-20

Abstract

Полезная модель относится к области устройств, предназначенных для дистанционного неразрушающего обнаружения и определения пространственного положения скрытых взрывчатых и наркотических веществ (ВВ и НВ), находящихся в сейфах, контейнерах небольшого размера, а также в ручной клади. Предлагаемое техническое решение направлено на решение следующих технических задач: создание портативного нейтронного генератора (НГ) отпаянного типа со встроенным кремниевым многоэлементным детектором альфа-частиц, предназначенным для работы в режиме статического вакуума в течение длительного времени без вакуумной откачки; понижение уровня фона регистрируемого гамма-детектором и повышение его эффективности при регистрации гамма-квантов характеристического ядерного излучения с целью повышения достоверности идентификации ВВ и НВ; создание надежных электрических соединений между элементами альфа-детектора, находящегося внутри НГ, и электроникой к нему; создание радиационной биологической защиты, окружающей НГ и позволяющей обеспечить безопасные условия работы для персонала, обслуживающего установку; повышение точности наведения меченого пучка нейтронов на обследуемый объект. Для решения перечисленных технических задач в устройстве для идентификации скрытых веществ, содержащем источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им α-частиц, многоэлементный детектор α- частиц, расположенные внутри объема НГ, детектор γ-квантов, а также регистрирующую электронику, источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им α-частиц выполнен на базе отпаянного портативного нейтронного генератора, окруженного со всех сторон, кроме апертуры облучения исследуемого объекта, радиационной биологической защитой из полиэтилена, при этом в качестве альфа-детектора использован многоэлементный кремниевый детектор, для регистрации γ-квантов используется детектор на основе кристаллов BGO, устройство снабжено системой из двух лазерных генераторов линии наведения меченых пучков на облучаемую область в объекте досмотра.The utility model relates to the field of devices intended for remote non-destructive detection and determination of the spatial position of hidden explosive and narcotic substances (BB and HB) located in safes, small containers, as well as in hand luggage. The proposed technical solution is aimed at solving the following technical problems: creation of a sealed-off portable neutron generator (NG) with a built-in silicon multi-element alpha-particle detector designed to operate in static vacuum for a long time without vacuum pumping; lowering the background level recorded by the gamma detector and increasing its efficiency when registering gamma rays of characteristic nuclear radiation in order to increase the reliability of identification of explosives and HB; creation of reliable electrical connections between the elements of the alpha detector located inside the NG and its electronics; creation of radiation biological protection that surrounds NG and allows to ensure safe working conditions for personnel serving the installation; improving the accuracy of pointing a labeled neutron beam to the object being examined. To solve the aforementioned technical problems in a device for identifying hidden substances containing a source of monochromatic neutrons and their accompanying alpha particles, a multi-element detector of alpha particles located inside the NG volume, a γ-quantum detector, as well as recording electronics, a source of monochromatic neutrons and their accompanying α-particles are made on the basis of a sealed portable neutron generator, surrounded on all sides, except for the irradiation aperture of the object under study, with biological radiation protection from olietilena, wherein as alpha silicon detector multielement detector used for registration γ-ray detector is used based on the BGO crystal, the device is provided with a system of two laser line generators guidance tracer beams on the irradiated area in the inspection object.

Description

Полезная модель относится к области устройств, предназначенных для дистанционного неразрушающего обнаружения и определения пространственного положения скрытых взрывчатых и наркотических веществ (ВВ и НВ), находящихся в сейфах, контейнерах небольшого размера, а также в ручной клади.The utility model relates to the field of devices intended for remote non-destructive detection and determination of the spatial position of hidden explosive and narcotic substances (BB and HB) located in safes, small containers, as well as in hand luggage.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип является устройство обнаружения скрытых веществ, содержащее источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им α-частиц, выполненный на основе ускорителя дейтронов и тритиевой мишени, детектор α-частиц, выполненный на основе пластического (органического) сцинтиллятора, заключенные в вакуумную камеру (откачную), систему регистрации α-γ совпадений, а также регистрирующую электронику. При этом указанный детектор γ-излучения расположен на расстоянии 30-40 см от исследуемого объекта. Детектор α-частиц выполнен на основе активированного полистирола толщиной 0.7 мм в виде матрицы с числом ячеек 2×2 размером 11 × 11 мм каждая, установленный на расстоянии 7.5 см от тритиевой мишени нейтронного генератора и защищенный алюминиевой фольгой толщиной 4-6 мкм. Общими существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения являются следующие - устройство для идентификации скрытых веществ содержит источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им α-частиц, детектор α-частиц, расположенные внутри объема нейтронного генератора, детектор γ-квантов, а также регистрирующую электронику, The closest analogue adopted for the prototype is a device for detecting hidden substances containing a source of monochromatic neutrons and their accompanying α-particles, made on the basis of a deuteron accelerator and tritium target, an α-particle detector, made on the basis of a plastic (organic) scintillator, enclosed in a vacuum chamber (pumping), α-γ coincidence registration system, as well as recording electronics. Moreover, the specified γ-radiation detector is located at a distance of 30-40 cm from the studied object. The α-particle detector is made on the basis of activated polystyrene with a thickness of 0.7 mm in the form of a matrix with a number of cells 2 × 2 measuring 11 × 11 mm each, mounted at a distance of 7.5 cm from the tritium target of the neutron generator and protected by an aluminum foil with a thickness of 4-6 μm. The common essential features of the prototype, which coincide with the essential features of the proposed technical solution, are as follows: a device for identifying hidden substances contains a source of monochromatic neutrons and their accompanying α-particles, an α-particle detector located inside the neutron generator volume, a γ-quantum detector, and a recording Electronics

К недостаткам устройства-прототипа, ограничивающим его использование для эффективного обнаружения скрытых веществ, можно отнести следующее:The disadvantages of the prototype device, limiting its use for the effective detection of hidden substances, include the following:

1. Использование органического сцинтиллятора для регистрации α-частиц исключает возможность создания компактного нейтронного генератора отпаянного типа со статическим вакуумом в корпусе, который сохраняется в корпусе генератора длительное время без применения внешних насосов. В случае использования α-детектора на основе органического сцинтиллятора необходима постоянная вакуумная откачка объема генератора, в котором установлен α-детектор. Речь может идти только о стационарной лабораторной установке, позволяющей осуществлять демонстрацию принципа идентификации веществ с помощью пучка меченых нейтронов, но не пригодной для практического применения ее в условиях аэропортов, железнодорожных вокзалов и 1. The use of an organic scintillator for detecting α particles eliminates the possibility of creating a compact sealed neutron generator with a static vacuum in the housing, which is stored in the generator housing for a long time without the use of external pumps. In the case of using an α-detector based on an organic scintillator, a constant vacuum pumping of the volume of the generator in which the α-detector is installed is necessary. We can only talk about a stationary laboratory setup that allows you to demonstrate the principle of identification of substances using a beam of labeled neutrons, but is not suitable for its practical use in airports, railway stations and

других мест скопления людей. В соответствии с нормами радиационной безопасности, установки с откачными нейтронными генераторами должны быть оборудованы громоздкой и дорогой системой контроля концентрации трития в атмосфере.other crowded places. In accordance with radiation safety standards, installations with pumping neutron generators must be equipped with a bulky and expensive system for monitoring the concentration of tritium in the atmosphere.

2. Кроме этого, остается все равно проблема, связанная с вакуумно-термической тренировкой объема генератора, которую даже в случае непрерывной откачки генератора необходимо производить для обезгаживания внутренних поверхностей генератора с целью повышения ускоряющего напряжения и следовательно интенсивности испускаемого потока нейтронов, в котором установлен альфа-детектор на базе органического сцинтиллятора. Температура при которой производится тренировка в течение 6-8 ч составляет 400°С что само по себе недопустимо для органических сцинтилляторов.2. In addition, there is still a problem associated with vacuum-thermal training of the generator volume, which even in the case of continuous pumping of the generator must be performed to degass the internal surfaces of the generator in order to increase the accelerating voltage and, consequently, the intensity of the emitted neutron flux in which alpha organic scintillator detector. The temperature at which training is performed for 6-8 hours is 400 ° C, which in itself is unacceptable for organic scintillators.

3. Отсутствует возможность эффективного использования меченого пучка нейтронов путем совмещения его поперечного сечения с областью объекта, которую необходимо исследовать на предмет нахождения в ней ВВ или НВ.3. There is no possibility of efficient use of a labeled neutron beam by combining its cross section with the region of the object, which must be examined for explosives or HBs.

Предлагаемое техническое решение направлено на решение следующих технических задач:The proposed technical solution is aimed at solving the following technical problems:

1. Создание портативного нейтронного генератора (НГ) отпаянного типа со статическим вакуумом в корпусе, который сохраняется в объеме генератора длительное время без применения внешней откачки с помощью вакуумных насосов.1. The creation of a portable sealed neutron generator (NG) with a static vacuum in the housing, which is stored in the generator for a long time without the use of external pumping using vacuum pumps.

2. Понижение уровня фона, и тем самым улучшение условий идентификации скрытых веществ.2. Lowering the background level, and thereby improving the identification of hidden substances.

3. Улучшение энергетического разрешения гамма - детектора и, тем самым, повышение достоверности идентификации ВВ и НВ.3. Improving the energy resolution of the gamma detector and, thereby, increasing the reliability of identification of explosives and HB.

4. Обеспечение проведения требуемой вакуумно-термической тренировки объема НГ для обеспечения возможности работы генератора в режиме статического вакуума, что дает возможность создания откачного портативного нейтронного генератора.4. Ensuring the required vacuum-thermal training of the NG volume to ensure the possibility of the generator working in the static vacuum mode, which makes it possible to create an evacuated portable neutron generator.

5. Создание радиационной биологической защиты, окружающей НГ и позволяющей обеспечить безопасные условия работы для персонала, обслуживающего установку с соблюдением всех норм по радиационной безопасности.5. Creation of radiation biological protection that surrounds NG and allows to ensure safe working conditions for personnel servicing the installation in compliance with all radiation safety standards.

6. Повышение точности наведения меченого пучка нейтронов на обследуемый объект.6. Improving the accuracy of pointing a labeled neutron beam to the object being examined.

Для решения перечисленных технических задач в устройстве для идентификации скрытых веществ, содержащем источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им α-частиц, многоэлементный детектор α-частиц, расположенные To solve these technical problems in a device for identifying hidden substances containing a source of monochromatic neutrons and their accompanying α-particles, a multi-element detector of α-particles located

внутри объема НГ, детектор γ-квантов, а также регистрирующую электронику, источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им α-частиц выполнен на базе отпаянного портативного нейтронного генератора (т.е. нейтронный генератор выполнен портативным и отпаянным, а не откачным как в прототипе), окруженного со всех сторон, кроме апертуры облучения исследуемого объекта, радиационной биологической защитой из полиэтилена, при этом в качестве альфа-детектора использован многоэлементный кремниевый детектор (см., например, патент РФ №2247411), для регистрации γ-квантов используется детектор на основе кристаллов BGO, устройство снабжено системой из двух лазерных генераторов линии (взаимно-перпендикулярных линий) наведения меченых пучков на облучаемую область в объекте досмотра.inside the NG volume, a γ-quantum detector, as well as recording electronics, the source of monochromatic neutrons and the accompanying α-particles is made on the basis of a sealed portable neutron generator (i.e. the neutron generator is made portable and sealed, and not pumped out as in the prototype), surrounded on all sides, except for the irradiation aperture of the test object, with biological radiation protection from polyethylene, while a multi-element silicon detector is used as an alpha detector (see, for example, RF patent No. 2244711), for registration γ-ray detector is used based on the BGO crystal, the device is provided with a system of two laser line generators (mutually perpendicular lines) labeled guidance beams on the irradiated region in the examination object.

Отличительными признаками предлагаемого устройства от известного прототипа, являются следующие: источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им α-частиц выполнен на базе отпаянного портативного нейтронного генератора, окруженного со всех сторон, кроме апертуры облучения исследуемого объекта, радиационной биологической защитой из полиэтилена, при этом в качестве альфа-детектора использован многоэлементный кремниевый детектор, для регистрации γ-квантов используется детектор на основе кристаллов BGO, устройство снабжено системой из двух лазерных генераторов линии наведения меченых пучков на облучаемую область в объекте досмотра.Distinctive features of the proposed device from the well-known prototype are the following: the source of monochromatic neutrons and the accompanying α-particles is made on the basis of a sealed portable neutron generator, surrounded on all sides, except for the irradiation aperture of the object under study, with biological radiation protection from polyethylene, with alpha -detectors, a multi-element silicon detector is used, a detector based on BGO crystals is used to register γ-quanta, the device is equipped with a my two laser generators line guidance tagged beams on the irradiated area in the inspection object.

Благодаря наличию данных отличительных признаков достигаются следующие технические результаты:Due to the presence of these distinguishing features, the following technical results are achieved:

1. Применение многоэлементного кремниевого детектора для регистрации альфа-частиц, который отличается от сцинтилляционного альфа-детектора как принципом действия, так и более высокой степенью надежности, позволило использовать его при длительной работе в интенсивных полях нейтронов и гамма-квантов.1. The use of a multi-element silicon detector for detecting alpha particles, which differs from the scintillation alpha detector in both the principle of operation and a higher degree of reliability, made it possible to use it for prolonged operation in intense fields of neutrons and gamma rays.

2. Применение нового детектора для регистрации гамма-квантов на основе кристалла BGO, позволило существенно понизить уровень фона, обусловленного регистрацией нейтронного излучения, повысить эффективность регистрации гамма-квантов характеристического ядерного излучения, и, тем самым, повысить достоверность идентификации скрытых веществ в исследуемом объекте.2. The use of a new detector for detecting gamma quanta based on a BGO crystal made it possible to significantly reduce the background level due to the registration of neutron radiation, increase the detection efficiency of gamma quanta of characteristic nuclear radiation, and thereby increase the reliability of identification of hidden substances in the studied object.

3. Применение кремниевого альфа-детектора внутри нейтронного генератора позволяет проводить требуемую вакуумно-термическую тренировку для обеспечения возможности работы генератора в режиме статического вакуума в течение длительного 3. The use of a silicon alpha detector inside the neutron generator allows you to carry out the required vacuum-thermal training to ensure that the generator can work in static vacuum mode for a long

времени, а это, в свою очередь, дает возможность создания портативного нейтронного генератора.time, and this, in turn, makes it possible to create a portable neutron generator.

4. Наличие радиационной биологической защиты, окружающей нейтронный генератор, позволяет обеспечить безопасные условия работы для персонала, обслуживающего установку, с соблюдением всех норм по радиационной безопасности.4. The presence of radiation biological protection surrounding the neutron generator allows us to provide safe working conditions for the personnel servicing the installation, in compliance with all radiation safety standards.

5. В состав стационарного устройства включена система наведения пучков меченых нейтронов на объект досмотра на основе лазерных генераторов линии, что позволяет существенно повысить эффективность использования данных пучков и, тем самым, существенно сократить время набора статистики, требуемой для четкой идентификации скрытых опасных веществ.5. The stationary device includes a system for pointing tagged neutron beams to an object of inspection based on line laser generators, which can significantly increase the efficiency of using these beams and, thereby, significantly reduce the time required to clearly identify hidden dangerous substances.

Данное техническое решение может быть использовано для идентификации элементного состава, формы и положения скрыто перевозимых веществ (взрывчатки, наркотиков) через контрольно-пропускные пункты на авто и железнодорожных станциях, в аэропортах и морских портах.This technical solution can be used to identify the elemental composition, form and position of hidden substances (explosives, drugs) through checkpoints at automobile and railway stations, airports and seaports.

Предлагаемое техническое решение поясняется рисунком, на котором изображен общий вид устройства.The proposed technical solution is illustrated in the figure, which shows a General view of the device.

Изображенное на рисунке устройство для идентификации скрытых веществ содержит нейтронный генератор 1, установленный на подставку 9, блок управления 6 нейтронным генератором 1, многоэлементный детектор α-частиц 4, детектор γ-квантов 5, регистрирующую электронику приема и анализа данных 7, поступающих с альфа и гамма-детекторов 4 и 5, находящуюся в стандартном боксе (на рисунке не обозначен). Отпаянный нейтронный генератор 1 окружен со всех сторон, кроме апертуры облучения исследуемого объекта 11, радиационной биологической защитой 3 из полиэтилена толщиной около 30 см, составные узлы устройства размещены на ферме 2, устройство снабжено системой из двух лазерных генераторов 12 линии наведения меченых пучков на облучаемую область в объекте досмотра 11. Устройство снабжено предметным столом 8 с перемещающейся подставкой 10 для установки исследуемого объекта 11.The device for identifying hidden substances shown in the figure contains a neutron generator 1 mounted on a support 9, a control unit 6 of a neutron generator 1, a multi-element detector of α particles 4, a detector of γ quanta 5, which registers electronics for receiving and analyzing data 7 received from alpha and gamma-detectors 4 and 5, located in a standard box (not shown in the figure). The sealed-off neutron generator 1 is surrounded on all sides, except for the irradiation aperture of the studied object 11, with a biological radiation protection 3 made of polyethylene about 30 cm thick, the component parts of the device are located on the truss 2, the device is equipped with a system of two laser generators 12 of the line for guiding the marked beams to the irradiated region in the object of inspection 11. The device is equipped with a subject table 8 with a moving stand 10 for installing the investigated object 11.

Предложенное устройство работает следующим образом. Облучаемый объект 11 располагается на подставке 10, которая может перемещаться по предметному столу 8 вдоль направления пучков меченых нейтронов. В зависимости от размеров облучаемого объекта 11 он располагается на таком расстоянии от нейтронного генератора 1, чтобы размер пятна меченых нейтронов на объекте 11 охватывал его "подозрительную" область, и чтобы центр перекрестия двух перпендикулярных световых линий, создаваемых двумя лазерными генераторами 12, на облучаемом объекте 11, совпадал с центром "подозрительной" области на объекте досмотра 11. Цикл измерения включает в себя: The proposed device operates as follows. The irradiated object 11 is located on a stand 10, which can move around the object table 8 along the direction of the beams of labeled neutrons. Depending on the size of the irradiated object 11, it is located at such a distance from the neutron generator 1 that the spot size of the labeled neutrons at object 11 covers its "suspicious" region, and that the center of the crosshair of two perpendicular light lines created by two laser generators 12 on the irradiated object 11, coincided with the center of the "suspicious" area at the object of inspection 11. The measurement cycle includes:

запуск генератора нейтронов 1, накопление и анализ данных поступающих с альфа и гамма-детекторов 4 и 5; принятие решений в автоматическом режиме; протоколирование результатов измерения и архивирование данных, набранных за время измерения; диагностику исправности блоков и систем, входящих в комплекс; пополнение пользователем базы данных обнаруживаемых веществ; визуализацию результатов анализа и принятых решений; выключение генератора нейтронов 1. Имеются два режима работы устройства - поиск вещества, скрытого в одном или в нескольких меченых пучках нейтронов. Идентификация определенного ВВ или НВ осуществляется автоматически без участия оператора с помощью нейронных сетей.launch of a neutron generator 1, accumulation and analysis of data coming from alpha and gamma detectors 4 and 5; decision making in automatic mode; recording measurement results and archiving data collected during the measurement; diagnostics of serviceability of units and systems included in the complex; user replenishment of the database of detected substances; visualization of analysis results and decisions made; turning off the neutron generator 1. There are two modes of operation of the device - the search for a substance hidden in one or several labeled neutron beams. The identification of a specific explosive or HB is carried out automatically without the participation of the operator using neural networks.

Claims

A device for identifying hidden substances, containing a source of monochromatic neutrons and their accompanying α-particles, an α-particle detector located inside the volume of the neutron generator, a γ-quantum detector, and also recording electronics, characterized in that the source of monochromatic neutrons and their accompanying α- particles is made on the basis of a sealed portable neutron generator, surrounded on all sides except the irradiation aperture of the object under study, a biological radiation protection from polyethylene, while a multi-element silicon detector was used as an alpha detector, a detector based on BGO crystals was used to register gamma quanta, the device was equipped with a system of two laser generators for the line of pointing the marked beams to the irradiated area in the inspection object.