Патент на изобретение №2276352

(54) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА В КОНТРОЛИРУЕМОМ ПРЕДМЕТЕ

(57) Реферат:

Использование: для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете. Сущность: заключается в том, что облучают контролируемый предмет тепловыми нейтронами, регистрируют испускаемые гамма-кванты, при этом, по меньшей мере, один поправочный коэффициент для полученного при облучении тепловыми нейтронами камеры значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, и определяют предполагаемое количество зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, посредством умножения на полученный поправочный коэффициент полученного при облучении тепловыми нейтронами камеры значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ. Технический результат: снижение вероятностей пропуска взрывчатого вещества и ложной тревоги. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

Область техники

Предлагаемое изобретение относится к области нейтронно-радиационного анализа материалов и преимущественно может быть использовано в целях борьбы с терроризмом и организованной преступностью для обнаружения азотосодержащих взрывчатых веществ в контролируемых предметах без их вскрытия.

Предшествующий уровень

Необходимость противодействия международному терроризму и организованной преступности потребовала в аэропортах, в государственных и дипломатических учреждениях, на атомных электростанциях и на других важных объектах с повышенными требованиями к обеспечению режима безопасности организации контроля содержимого таких предметов, как портфели, сумки, баулы, чемоданы, электронная аппаратура, компьютеры, мобильные телефоны и тому подобное, а также почтовых отправлений, поскольку именно они наиболее часто используются преступниками для размещения взрывчатых веществ при совершении террористических актов или их незаконной транспортировке. Контроль больших потоков почтовых отправлений или ручной клади и багажа пассажиров, прежде всего, на авиационном транспорте, в условиях ограниченного времени, отводимого для досмотра, требует применения способов и реализующих их технических средств, не предусматривающих вскрытие и визуальный досмотр каждого контролируемого предмета, но обеспечивающих оперативное обнаружение взрывчатых веществ с высокой вероятностью правильного обнаружения при малом числе ложных тревог.

В настоящее время среди многочисленных известных способов обнаружения взрывчатых веществ в контролируемых предметах в наибольшей степени указанным требованиям соответствуют способы обнаружения взрывчатого вещества, которые основаны на использовании нейтронно-радиационного анализа для определения состава химических элементов, содержащихся в контролируемом предмете материалов.

Основанные на таком нейтронно-радиационном анализе известные способы обнаружения взрывчатого вещества и реализующие их установки (US 5078952, 1992, US 5114662, 1992, US 5144140,1992, US 5153439,1992, ЕР 0295429, 1992, ЕР 0297249, 1993, ЕР 0336634, 1993, US 5388128, 1995, RU 2046324, 1995, RU 2065156, 1996) предусматривают размещение контролируемого предмета в камере с радиационной защитой, облучение его тепловыми нейтронами, регистрацию испускаемого контролируемым предметом гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ, получение на основании результатов регистрации гамма-излучения распределения концентрации азота в контролируемом предмете и определение наличия в нем взрывчатого вещества по факту повышенной концентрации азота.

Как известно, все современные взрывчатые вещества содержат довольно значительное количество азота, составляющее от 9 до 35 массовых процентов при плотности взрывчатых веществ от 1,25 до 2,00 г/см³. При облучении взрывчатого вещества тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ происходит радиационный захват тепловых нейтронов ядрами атомов азота-14, в результате чего образуются ядра атомов азота-15 в возбужденном состоянии. При переходе из возбужденного состояния в основное состояние в среднем около 14% ядер атомов азота-15 испускают гамма-кванты с энергией около 10,8 МэВ. Регистрация и подсчет таких гамма-квантов позволяет получить информацию о концентрации азота в контролируемом предмете и принять решение о наличии в нем взрывчатого вещества по факту повышенной концентрации азота. В этом случае определение наличия повышенной концентрации азота в контролируемом предмете осуществляют на основании превышения количества зарегистрированных гамма-квантов указанной выше энергии предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов.

Как показали исследования, за исключением космического гамма-излучения, которое достаточно стабильно, может быть измерено и поэтому учтено, фоновое гамма-излучение с энергиями квантов, близкими к 10,8 МэВ, обусловлено следующими тремя составляющими. Во-первых, при взаимодействии с тепловыми нейтронами гамма-кванты указанного значения энергии испускают ядра атомов азота наполняющего камеру и окружающего ее воздуха.

Во-вторых, при осуществлении всех перечисленных известных способов обнаружения взрывчатого вещества, основанных на нейтронно-радиационном анализе, регистрацию гамма-излучения, как правило, выполняют детекторами гамма-излучения, которые содержат сцинтиллятор на основе йодистого натрия, активированного таллием, и находящийся с ним в оптическом контакте фотоэлектронный умножитель. При регистрации гамма-кванты, испускаемые контролируемым предметом и попадающие в сцинтиллятор детектора гамма-излучения, вызывают в нем световые вспышки, яркость которых пропорциональна энергиям гамма-квантов. Фотоэлектронный умножитель детектора гамма-излучения преобразует испускаемое сцинтиллятором оптическое излучение световых вспышек в электрические импульсы с амплитудой, пропорциональной энергиям попавших в сцинтиллятор гамма-квантов, которые после усиления усилителем поступают на амплитудный анализатор, выполняющий выделение электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-кванта около 10,8 МэВ, испускаемого ядром атома азота.

При этом поток тепловых нейтронов формируют путем замедления быстрых нейтронов, испускаемых нейтронным генератором или радионуклидным источником, например, на основе калифорния-252. Поскольку замедление до тепловых значений энергии происходит не со всеми испускаемыми быстрыми нейтронами, часть быстрых нейтронов неизбежно попадает в сцинтиллятор детектора гамма-излучения, где достаточно интенсивно взаимодействует с ядрами атомов йода, входящего в состав йодистого натрия, с испусканием гамма-квантов с энергиями, в том числе, близкими к значению 10,8 МэВ. Ввиду того, что в этом случае источником гамма-квантов с энергиями указанных значений является сам материал сцинтиллятора, преобразующего при регистрации гамма-кванты в световые вспышки, практически все гамма-кванты, испущенные ядрами атомов входящего в состав сцинтиллятора йода, регистрируются детектором гамма-излучения. Поэтому вторая составляющая фонового гамма-излучения обусловлена взаимодействием быстрых нейтронов с ядрами атомов йода.

В-третьих, поскольку используемый в детекторах гамма-излучения фотоэлектронный умножитель не является координатно-чувствительным приемником оптического излучения, его выходной электрический сигнал в каждый момент времени оказывается пропорциональным интегральному потоку оптического излучения световых вспышек, возникающих в сцинтилляторе. При взаимодействии с нейтронами не только ядра атомов азота, но и ядра атомов многих других химических элементов, входящих в состав материалов камеры и контролируемого предмета, достаточно интенсивно испускают гамма-кванты с энергиями, меньшими значения 10,8 МэВ. При существенном количестве таких гамма-квантов два или более гамма-кванта могут вызвать при регистрации в сцинтилляторе детектора гамма-излучения соответственно две или более световых вспышки, возникающие практически одновременно. Поэтому выходной электрический сигнал фотоэлектронного умножителя окажется пропорциональным суммарному световому потоку оптического излучения этих вспышек, то есть сумме значений энергии этих двух или более гамма-квантов. В результате этого два или более гамма-кванта, имеющих энергии, значительно меньшие 10,8 МэВ, когда суммарная их энергия близка к 10,8 МэВ, при одновременности их регистрации воспринимаются детектором гамма-излучения как один гамма-квант с энергией 10,8 МэВ. Этими гамма-квантами меньших энергий, регистрируемыми детектором гамма-излучения одновременно в качестве одного гамма-кванта, обусловлена третья составляющая фонового гамма-излучения.

Предполагаемое количество регистрируемых фоновых гамма-квантов всех трех перечисленных составляющих определяют экспериментально при предварительной калибровке установки для обнаружения взрывчатого вещества перед вводом ее в эксплуатацию без размещения в ней контролируемого предмета. Однако при применении установки по назначению из-за размещения в камере контролируемого предмета, состав химических элементов содержимого которого не известен, количество регистрируемых фоновых гамма-квантов указанной выше энергии весьма существенно изменяется. Это связано как с наличием в контролируемом предмете испускающих такие гамма-кванты азотосодержащих материалов, не являющихся взрывчатым веществом, так и с искажением находящимися в нем материалами, не содержащими азот, потока тепловых нейтронов, проникающего в объем контролируемого предмета, а также потока быстрых нейтронов, достигающего сцинтиллятора детектора гамма-излучения. Кроме того, изменение предполагаемого количества регистрируемых фоновых гамма-квантов обусловлено искажением энергетического спектра гамма-квантов меньших энергий, регистрируемых детектором гамма-излучения одновременно, вследствие гамма-излучения, испускаемого ядрами атомов содержащихся в контролируемом предмете материалов. Поэтому величина фонового гамма-излучения при облучении тепловыми нейтронами контролируемого предмета неизбежно оказывается весьма существенно отличающейся от значения, полученного экспериментально при калибровке установки перед вводом ее в эксплуатацию.

В результате этого, если при обнаружении взрывчатого вещества в контролируемом предмете реальное фоновое гамма-излучение окажется выше предполагаемого значения фонового гамма-излучения, экспериментально определенного при калибровке, возрастет вероятность ложной тревоги. При противоположном соотношении реального и предполагаемого значений фонового гамма-излучения, наоборот, повысится вероятность пропуска взрывчатого вещества.

Кроме того, в условиях, когда в контролируемом предмете содержатся материалы, состоящие, кроме азота, из целого ряда других химических элементов, ядра атомов этих химических элементов при взаимодействии с нейтронами также испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов достаточно широкого диапазона спектра, в том числе с энергиями, достаточно близкими по значению к 10,8 МэВ. В частности, ядра атомов хрома испускают гамма-кванты с энергией 9,7 МэВ, селена – с энергией 9,9 МэВ, а железа – с энергией 9,3 и 10,0 МэВ. При регистрации гамма-излучения в процессе выделения испущенных ядрами атомов азота гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, гамма-кванты, испущенные ядрами атомов хрома, селена и железа, могут быть выделены и ошибочно зарегистрированы в качестве гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, якобы испущенных ядрами атомов азота. Данное обстоятельство вызывает увеличение вероятности ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества.

И, наконец, ложную тревогу при обнаружении взрывчатого вещества могут вызвать находящиеся в контролируемом предмете изделия из натуральной кожи, а также сам контролируемый предмет, например, чемодан, сумка, портфель или кейс, выполненный из натуральной кожи, поскольку натуральная кожа содержит азот в количестве 10-15 массовых процентов.

Поэтому недостатками всех перечисленных известных способов обнаружения взрывчатого вещества, основанных на нейтронно-радиационном анализе, являются высокие значения вероятностей ложной тревоги и пропуска взрывчатого вещества.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению следует считать способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете (RU 2206080, 2003), который включает размещение контролируемого предмета в камере, оснащенной радиационной защитой и, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения, облучение контролируемого предмета тепловыми нейтронами, регистрацию испускаемых гамма-квантов, выделение гамма-квантов, в том числе с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, подсчет выделенных гамма-квантов и принятие решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении количеством выделенных гамма-квантов предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ.

Как и при осуществлении всех описанных выше известных способов обнаружения взрывчатого вещества, основанных на использовании нейтронно-радиационного анализа, при осуществлении данного способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, являющегося ближайшим аналогом, решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете принимают в случае превышения количеством зарегистрированных гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с такой же энергией. При этом предполагаемое количество зарегистрированных фоновых гамма-квантов определяют экспериментально при предварительной калибровке установки для обнаружения взрывчатого вещества без размещения в ней контролируемого предмета перед вводом ее в эксплуатацию. Как это было подробно рассмотрено выше, непосредственно при обнаружении взрывчатого вещества из-за размещения в камере контролируемого предмета, состав химических элементов содержимого которого не известен, количество регистрируемых фоновых гамма-квантов указанной выше энергии весьма существенно изменяется. Это связано как с наличием в контролируемом предмете испускающих такие гамма-кванты азотосодержащих материалов, не являющихся взрывчатым веществом, так и с искажением находящимися в нем материалами, не содержащими азот, потока тепловых нейтронов, проникающего в объем контролируемого предмета, а также потока быстрых нейтронов, достигающего сцинтиллятора детектора гамма-излучения. Кроме того, изменение предполагаемого количества регистрируемых фоновых гамма-квантов обусловлено искажением энергетического спектра гамма-квантов меньших энергий, регистрируемых детектором гамма-излучения одновременно, вследствие гамма-излучения, испускаемого ядрами атомов содержащихся в контролируемом предмете материалов. Поэтому фоновое гамма-излучение неизбежно оказывается весьма существенно отличающимся от значения, полученного экспериментально при калибровке установки перед вводом ее в эксплуатацию. Вследствие этого, как было отмечено выше, повышаются вероятности пропуска взрывчатого вещества и ложной тревоги при его обнаружении.

Кроме того, если окажется, что в контролируемом предмете содержатся материалы, состоящие из таких химических элементов, как, например, хром, селен и железо, ядра атомов которых при взаимодействии с тепловыми нейтронами также испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов, достаточно близкими по значению к 10,8 МэВ, при регистрации гамма-излучения в процессе выделения гамма-квантов, испущенных ядрами атомов азота, гамма-кванты, испущенные ядрами атомов указанных химических элементов, могут быть выделены и ошибочно зарегистрированы в качестве гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, якобы испущенных ядрами атомов азота. Данное обстоятельство вызывает увеличение вероятности ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества.

В случае, если контролируемый предмет, например, чемодан, сумка, портфель или кейс, выполнен из натуральной кожи или содержит изделия из натуральной кожи, содержащийся в ней в достаточно значительном количестве азот также может вызвать ложную тревогу, что приводит к увеличению вероятности ложной тревоги.

Поэтому недостатками способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, являющегося ближайшим аналогом, как и всех перечисленных выше известных способов обнаружения взрывчатого вещества, основанных на нейтронно-радиационном анализе, являются высокие значения вероятностей ложной тревоги и пропуска взрывчатого вещества. Данное обстоятельство связано с тем, что указанные способы не предусматривают на стадии принятия решения о наличии взрывчатого вещества учета изменения фонового гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ, которое возникает в результате размещения в камере контролируемого предмета.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является снижение вероятностей пропуска взрывчатого вещества и ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества.

Поставленная задача решается, согласно изобретению, тем, что предлагаемый способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, включающий, в соответствии с ближайшим аналогом, размещение контролируемого предмета в камере, оснащенной радиационной защитой и, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения, облучение контролируемого предмета тепловыми нейтронами, регистрацию испускаемых гамма-квантов, выделение гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, подсчет выделенных гамма-квантов, принятие решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении количеством выделенных гамма-квантов предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, отличается от ближайшего аналога тем, что перед размещением контролируемого предмета облучают тепловыми нейтронами камеру, определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения камеры в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, при облучении контролируемого предмета тепловыми нейтронами определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения камеры с контролируемым предметом в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, перед принятием решения на основании изменения энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с контролируемым предметом по отношению к энергетическому спектру зарегистрированного гамма-излучения камеры, по меньшей мере, в одном заданном поддиапазоне энергии гамма-квантов определяют, по меньшей мере, один поправочный коэффициент для полученного при облучении тепловыми нейтронами камеры значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, и определяют предполагаемое количество зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, посредством умножения на полученный поправочный коэффициент полученного при облучении тепловыми нейтронами камеры значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ.

При этом поправочный коэффициент определяют в виде отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,23 МэВ, в виде отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,8 МэВ, и в виде квадрата отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону от 3,5 до 10,1 МэВ.

Кроме того, при облучении камеры с контролируемым предметом в случае превышения отношением количества зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,2 до 10,2 МэВ к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 3,4 до 7,7 МэВ порогового значения увеличивают нижнее граничное значение энергии заданного интервала энергии, включающего значение 10,8 МэВ, причем после увеличения нижнего граничного значения энергии заданного интервала энергии, включающего значение 10,8 МэВ, в случае превышения количеством выделенных гамма-квантов предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, определяют отношение количества выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,6 до 10,2 МэВ и принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете на основании сравнения этого отношения с двумя его пороговыми значениями, то есть принимают решение о наличии взрывчатого вещества при превышении отношением количества выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,6 до 10,2 МэВ верхнего порогового значения или при превышении нижним пороговым значением отношения количества выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,6 до 10,2 МэВ.

Облучение тепловыми нейтронами камеры перед размещением в ней контролируемого предмета совместно с регистрацией испускаемых ею гамма-квантов позволяет определить энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры без контролируемого предмета в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, и в том числе фоновое гамма-излучение пустой камеры с энергиями квантов около 10,8 МэВ. Определение при облучении контролируемого предмета тепловыми нейтронами энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с контролируемым предметом в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, позволяет затем на основании сравнительного анализа, по меньшей мере, в одном заданном поддиапазоне энергии гамма-квантов полученных энергетических спектров зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры и камеры с размещенным в ней контролируемым предметом перед принятием решения определить, по меньшей мере, один поправочный коэффициент для полученного при облучении тепловыми нейтронами камеры значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, и поэтому оценить изменение фонового гамма-излучения с энергиями квантов около 10,8 МэВ, обусловленное наличием в камере контролируемого предмета. Затем это позволяет до принятия решения частично учесть изменение фонового гамма-излучения с энергиями квантов около 10,8 МэВ, обусловленное наличием в камере контролируемого предмета, и более точно определить предполагаемое количество зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, посредством умножения на полученный поправочный коэффициент полученного при облучении тепловыми нейтронами камеры значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ. Такой учет изменения фонового гамма-излучения и поэтому более точное определение предполагаемого количества зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, обеспечивает в результате принятия решения уменьшение вероятностей ложной тревоги и пропуска взрывчатого вещества. Данное утверждение подтверждается следующими соображениями.

Как отмечалось выше, одна из наиболее существенных составляющих фонового гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ обусловлена взаимодействием тепловых нейтронов с ядрами атомов азота воздуха, наполняющего камеру и окружающего ее. Размещение в камере контролируемого предмета вызывает искажение находящимися в нем материалами, не содержащими азот, потока тепловых нейтронов. Экспериментальные исследования показали, что наличие в составе материалов контролируемого предмета, например, 500 г хлора, достаточно часто встречающегося в составе материалов, содержащихся, например, в багаже и ручной клади авиапассажиров, снижает поток тепловых нейтронов приблизительно в 1,5 раза и поэтому вызывает соответствующее уменьшение указанной составляющей фонового гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ по сравнению с этой составляющей для пустой камеры. В такой ситуации использование при принятии решения о наличии или отсутствии взрывчатого вещества значения фонового гамма-излучения с энергией около 10,8 МэВ, полученного в результате калибровки установки без размещения в камере контролируемого предмета, приводит к необоснованному завышению предполагаемого количества зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, и может привести к пропуску взрывчатого вещества. Это связано также и с тем, что уменьшение потока тепловых нейтронов содержимым контролируемого предмета приведет к соответствующему уменьшению количества гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, испускаемых ядрами атомов азота находящегося в контролируемом предмете взрывчатого вещества.

В качестве материала радиационной защиты камеры в значительном количестве используется борированный полиэтилен, поскольку он эффективно поглощает нейтроны. При этом в состав полиэтилена входит водород, ядра атомов которого в результате взаимодействия с нейтронами интенсивно испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов около 2,23 МэВ, что приводит к возникновению в энергетическом спектре гамма-излучения как пустой камеры, так и камеры с контролируемым предметом ярко выраженного максимума в интервале энергии гамма-квантов, включающем значение 2,23 МэВ, вблизи указанного значения энергии гамма-квантов. Интенсивность гамма-излучения с энергиями квантов указанного значения также существенно зависит от величины потока тепловых нейтронов.

Поэтому авторами настоящего изобретения было предложено оценивать изменение потока тепловых нейтронов под влиянием содержимого контролируемого предмета и учитывать влияние этого изменения на одну из составляющих фонового гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ, обусловленную взаимодействием тепловых нейтронов с ядрами атомов азота наполняющего камеру и окружающего ее воздуха, на основании анализа изменения энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с контролируемым предметом по отношению к энергетическому спектру зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры в заданном поддиапазоне энергии гамма-квантов, включающем значение 2,23 МэВ. Для этого, согласно настоящему изобретению, определяют поправочный коэффициент в виде отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении пустой камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,23 МэВ. Затем определяют обусловленное данной составляющей фонового гамма-излучения предполагаемое количество зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, посредством умножения на полученный поправочный коэффициент полученного при облучении тепловыми нейтронами пустой камеры обусловленного данной составляющей значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ.

Как уже отмечалось выше, вторая из наиболее существенных составляющих фонового гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ обусловлена взаимодействием быстрых нейтронов, не претерпевших замедления до тепловых значений энергии, с ядрами атомов йода, входящего в состав йодистого натрия сцинтиллятора детектора гамма-излучения. Размещение в камере контролируемого предмета вызывает искажение находящимися в нем материалами потока быстрых нейтронов за счет их замедления или захвата. Экспериментальные исследования показали, что наличие в составе материалов контролируемого предмета, например, 1 кг воды, углерода или полиэтилена снижает поток быстрых нейтронов на 30-50% и поэтому вызывает соответствующее уменьшение указанной составляющей фонового гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ по сравнению с этой составляющей для пустой камеры. В этом случае использование при принятии решения о наличии или отсутствии взрывчатого вещества значения фонового гамма-излучения с энергией около 10,8 МэВ, полученного в результате калибровки установки без размещения в камере контролируемого предмета, приводит к необоснованному завышению предполагаемого количества зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, и может привести к пропуску взрывчатого вещества.

Вместе с тем, авторами настоящего изобретения было экспериментально установлено, что подавляющее большинство химических элементов, входящих в состав находящихся в контролируемом предмете материалов, в области значений энергии гамма-квантов, близких к 2,8 МэВ, практически не искажают энергетического спектра испускаемого гамма-излучения непосредственно за счет захвата нейтронов. Большинство химических элементов вызывают в той или иной степени лишь замедление быстрых нейтронов, что в конечном итоге приводит к уменьшению второй из названных составляющих фонового гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ, которая обусловлена взаимодействием быстрых нейтронов с ядрами атомов йода, входящего в состав йодистого натрия сцинтиллятора детектора гамма-излучения.

Поэтому авторами было предложено оценивать изменение потока быстрых нейтронов под влиянием содержимого контролируемого предмета и учитывать влияние этого изменения на вторую составляющую фонового гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ, обусловленную взаимодействием быстрых нейтронов с ядрами атомов йода сцинтиллятора детектора гамма-излучения, на основании анализа изменения энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с контролируемым предметом по отношению к энергетическому спектру зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры в заданном поддиапазоне энергии гамма-квантов, включающем значение 2,8 МэВ. Для этого, согласно настоящему изобретению, определяют поправочный коэффициент в виде отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,8 МэВ. Затем определяют обусловленное данной составляющей фонового гамма-излучения предполагаемое количество зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, посредством умножения на полученный поправочный коэффициент полученного при облучении тепловыми нейтронами камеры обусловленного данной составляющей значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ.

Как было рассмотрено выше, третья из наиболее значительных составляющих фонового гамма-излучения с энергией около 10,8 МэВ обусловлена регистрируемыми одновременно двумя или более гамма-квантами, которые имеют энергии, существенно меньшие 10,8 МэВ, но суммарная энергия которых близка к этому значению. При одновременности их регистрации детектор гамма-излучения воспринимает такие гамма-кванты в качестве одного гамма-кванта с энергией около 10,8 МэВ. Размещение в камере контролируемого предмета вызывает искажение энергетического спектра таких гамма-квантов вследствие гамма-излучения, испускаемого ядрами атомов, содержащихся в контролируемом предмете материалов. Эксперименты показали, что наличие в контролируемом предмете материалов, содержащих железо, титан, хром или хлор в количестве 500 г, вызывает увеличение этой составляющей фонового гамма-излучения с энергией около 10,8 МэВ соответственно в 4,4, 17, 2,2 и 6,5 раза.

Для учета искажения материалами контролируемого предмета указанной составляющей фонового гамма-излучения с энергией около 10,8 МэВ авторами настоящего изобретения было предложено выполнять анализ изменения энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с контролируемым предметом по отношению к энергетическому спектру пустой камеры в поддиапазоне энергии гамма-квантов от 3,5 до 10,1 МэВ, то есть в том поддиапазоне, на который приходятся энергии гамма-квантов, дающих в случае их одновременной регистрации выходной сигнал детектора гамма-излучения, соответствующий одному гамма-кванту с энергией около 10,8 МэВ.

Поскольку было установлено, что количество совпадений по времени регистрации гамма-квантов изменяется прямо пропорционально квадрату количества исходных гамма-квантов, поправочный коэффициент для этой составляющей фонового гамма-излучения было предложено определять в виде квадрата отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении пустой камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону от 3,5 до 10,1 МэВ. А далее определяют обусловленное данной составляющей фонового гамма-излучения предполагаемое количество зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, посредством умножения на полученный поправочный коэффициент полученного при облучении тепловыми нейтронами пустой камеры обусловленного данной составляющей значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ.

В результате предполагаемое количество зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, определяют в виде, например, суммы трех указанных составляющих фонового гамма-излучения, полученных после умножения на соответствующий поправочный коэффициент.

Кроме того, увеличение нижнего граничного значения энергии заданного интервала энергии, включающего значение 10,8 МэВ, в случае превышения порогового значения отношением количества зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом гамма-квантов с энергиями от 9,2 до 10,2 МэВ к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 3,4 до 7,7 МэВ дополнительно обеспечивает снижение вероятности ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества. Это подтверждается следующими обстоятельствами.

Как отмечалось выше, поскольку в контролируемом предмете содержатся материалы, состоящие, кроме азота, из целого ряда других химических элементов, ядра атомов этих химических элементов при взаимодействии с нейтронами также испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов достаточно широкого диапазона спектра, в том числе с энергиями, достаточно близкими по значению к 10,8 МэВ. При регистрации гамма-излучения в процессе выделения испущенных ядрами атомов азота гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, гамма-кванты, испущенные ядрами атомов хрома, селена и железа, могут быть выделены и ошибочно зарегистрированы в качестве гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, якобы испущенных ядрами атомов азота. В частности, экспериментально установлено, что при выбранном авторами изобретения для выделения гамма-квантов интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, равными соответственно 9,9 и 11,0 МэВ, такое же количество приходящихся на указанный интервал выделенных гамма-квантов, как количество выделенных гамма-квантов от 100 г азота взрывчатого вещества, дают, например, 75 г хрома, испускающего гамма-кванты с энергией около 9,7 МэВ, 30 г селена, испускающего гамма-кванты с энергией около 9,9 МэВ, или 4 кг железа, испускающего гамма-кванты с энергиями около 9,3 и 10,0 МэВ. Поэтому наличие в контролируемом предмете материалов, содержащих подобные химические элементы, вызывает существенное увеличение вероятности ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества.

Вместе с тем, авторами изобретения было экспериментально установлено, что при отсутствии в контролируемом предмете в значительном количестве, приводящем к ошибочному принятию решения об обнаружении взрывчатого вещества, материалов, содержащих хром, селен или железо, отношение количества зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом гамма-квантов с энергиями от 9,2 до 10,2 МэВ к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 3,4 до 7,7 МэВ лежит в пределах 0,0002-0,0006. При наличии же в контролируемом предмете материалов, содержащих указанные химические элементы, это отношение повышается. Так, например, при содержании в материалах контролируемого предмета 75 г хрома это отношение составляет уже 0,001.

Поэтому было предложено на стадии обнаружения взрывчатого вещества для установления факта наличия в контролируемом предмете материалов, содержащих в значительном количестве хром, селен или железо, определять указанное отношение количества зарегистрированных гамма-квантов и в случае превышения им порогового значения увеличивать нижнее граничное значение энергии заданного интервала энергии, включающего значение 10,8 МэВ, что препятствует выделению испускаемых указанными химическими элементами гамма-квантов и поэтому снижает вероятность ложной тревоги.

Дополнительное определение после увеличения нижнего граничного значения энергии заданного интервала энергии, включающего значение 10,8 МэВ, в случае превышения количеством выделенных гамма-квантов предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, отношения количества выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,6 до 10,2 МэВ и принятие решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете на основании сравнения этого отношения с двумя его пороговыми значениями, то есть принятие решения о наличии взрывчатого вещества при превышении отношением количества выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,6 до 10,2 МэВ верхнего порогового значения или при превышении нижним пороговым значением отношения количества выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,6 до 10,2 МэВ, также обеспечивает снижение вероятности ложной тревоги, которую могут вызвать выполненный из натуральной кожи контролируемый предмет, например, чемодан, сумка, портфель или кейс, или находящиеся в нем изделия из натуральной кожи, благодаря содержащемуся в натуральной коже азоту. Это подтверждается следующими обстоятельствами.

Как отмечалось выше, натуральная кожа содержит достаточно значительное количество азота, составляющее 10-15 массовых процентов. При взаимодействии с тепловыми нейтронами ядра атомов азота, содержащегося в натуральной коже, испускают гамма-кванты с энергией около 10,8 МэВ, в результате регистрации которых может быть принято ошибочное решение о наличии взрывчатого вещества, то есть допущена ошибка типа ложной тревоги.

Вместе с тем, изделия из натуральной кожи содержат около 3-5 массовых процентов хрома, поскольку при выделке кожи используются содержащие хром вещества. Авторами настоящего изобретения было экспериментально установлено, что при облучении тепловыми нейтронами различных изделий из натуральной кожи отношение количества регистрируемых гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ, испускаемых ядрами атомов азота, к количеству регистрируемых гамма-квантов с энергией около 9,7 МэВ, испускаемых ядрами атомов хрома, остается практически одинаковым и лежит в пределах 0,6-0,9.

Поэтому авторами было предложено на стадии принятия решения в случае превышения количеством выделенных гамма-квантов предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, в котором должно бы быть принято решение о наличии взрывчатого вещества, осуществлять дополнительную проверку, не связано ли значительное количество зарегистрированных гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ с наличием в контролируемом предмете не взрывчатого вещества, а изделий из натуральной кожи. Осуществление такой проверки становится возможным только после увеличения нижнего граничного значения энергии заданного интервала энергии для выделения гамма-квантов, включающего значение 10,8 МэВ, до значения, превышающего энергию около 9,7 МэВ испускаемых ядрами атомов хрома гамма-квантов и равного, например, 10,2 МэВ.

Для этого определяют отношение количества выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями в диапазоне от 9,6 до 10,2 МэВ, в котором лежит энергия гамма-квантов, испускаемых ядрами атомов хрома, и принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете на основании сравнения этого отношения с двумя его пороговыми значениями. В случае, когда в контролируемом предмете отсутствует взрывчатое вещество, но содержатся изделия из натуральной кожи, указанное отношение лежит в пределах 0,6-0,9, и в результате его сравнения с двумя пороговыми значениями принимают решение об отсутствии взрывчатого вещества.

В случае, когда указанное отношение превышает верхнее пороговое значение, равное, например, 0,9, принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете, поскольку такая ситуация возникает при наличии в контролируемом предмете, кроме взрывчатого вещества, изделий из натуральной кожи или других материалов с незначительным содержанием хрома.

В случае, когда указанное отношение оказывается меньше нижнего порогового значения, равного, например, 0,6, также принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете, поскольку такая ситуация возникает при наличии в контролируемом предмете, кроме взрывчатого вещества, материалов со значительным содержанием хрома.

Это обеспечивает дополнительное снижение вероятности ложной тревоги, которую могут вызвать изделия из натуральной кожи.

Указанные обстоятельства подтверждают достижение декларированного в задаче настоящего изобретения технического результата благодаря наличию у предлагаемого способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете перечисленных отличительных признаков.

В соответствии с настоящим изобретением сущность предлагаемого способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете заключается в следующем:

– перед размещением контролируемого предмета облучают тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ камеру, оснащенную радиационной защитой и, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения;

– регистрируют гамма-излучение путем преобразования гамма-квантов, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения в электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов, и сравнения амплитуд электрических импульсов с пороговыми значениями;

– определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ. На практике предпочтительным является определение энергетического спектра в диапазоне значений энергии от 1 до 13 МэВ;

– на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры подсчитывают количество зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ. На практике количество таких зарегистрированных фоновых гамма-квантов подсчитывают в двух интервалах от 9,9 до 11,0 МэВ и от 10,2 до 11,0 МэВ и определяют для каждого интервала энергии количества N_Ф1, N_Ф2, N_Ф3 зарегистрированных фоновых гамма-квантов, соответствующих трем указанным выше составляющим фонового гамма-излучения, обусловленных соответственно испусканием гамма-квантов азотом воздуха, взаимодействием быстрых нейтронов с ядрами атомов йода и одновременностью регистрации двух или более гамма-квантов меньших энергий;

– на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры подсчитывают количество N_К1 зарегистрированных гамма-квантов с энергией, имеющей значения, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,23 МэВ. На практике предпочтительно осуществлять выбор данного поддиалазона от 2,0 до 2,4 МэВ;

– на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры подсчитывают количество N_K2 зарегистрированных гамма-квантов с энергией, имеющей значения, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,8 МэВ. На практике предпочтительно осуществлять выбор данного поддиалазона от 2,7 до 2,9 МэВ;

– на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры подсчитывают количество N_К3 зарегистрированных гамма-квантов с энергией, имеющей значения, принадлежащие заданному подциапазону от 3,5 до 10,1 МэВ;

– затем размещают в камере, оснащенной радиационной защитой и, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения, контролируемый предмет;

– облучают тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ находящийся в камере контролируемый предмет;

– регистрируют гамма-излучение путем преобразования гамма-квантов, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения в электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов, и сравнения амплитуд электрических импульсов с пороговыми значениями;

– определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней контролируемым предметом в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ. На практике предпочтительным является определение энергетического спектра в диапазоне значений энергии от 1 до 13 МэВ;

– на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней контролируемым предметом подсчитывают количество N_П1 зарегистрированных гамма-квантов с энергией, имеющей значения, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,23 МэВ. На практике предпочтительно осуществлять выбор данного поддиапазона от 2,0 до 2,4 МэВ. Определяют первый поправочный коэффициент как отношение количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении пустой камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,23 МэВ, в виде k₁=N_П1/N_К1;

– на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней контролируемым предметом подсчитывают количество N_П2 зарегистрированных гамма-квантов с энергией, имеющей значения, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,8 МэВ. На практике предпочтительно осуществлять выбор данного поддиапазона от 2,7 до 2,9 МэВ. Определяют второй поправочный коэффициент как отношение количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении пустой камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,8 МэВ, в виде k₂=N_П2/N_К2;

– на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней контролируемым предметом подсчитывают количество N_П3 зарегистрированных гамма-квантов с энергией, имеющей значения, принадлежащие заданному поддиапазону от 3,5 до 10,1 МэВ. Определяют третий поправочный коэффициент как квадрат отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении пустой камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону от 3,5 до 10,1 МэВ, в виде k₃=(N_П3/N_К3)²;

– на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней контролируемым предметом подсчитывают количество зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,2 до 10,2 МэВ и количество зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 3,4 до 7,7 МэВ, определяют их отношение и сравнивают полученное отношение с пороговым значением, равным, например, 0,0007. В случае превышения полученным отношением указанного порогового значения увеличивают, например, на 3% нижнее граничное значение энергии заданного интервала энергии, включающего значение 10,8 МэВ, например, с 9,9 до 10,2 МэВ, тем самым, сужая заданный интервал от значений 9,9-11,0 МэВ до значений 10,2-11,0 МэВ;

– определяют предполагаемое количество зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, в соответствии с выражением N_Ф=k₁N_Ф1+k₂N_Ф2+k₃N_Ф3+N_ФК, где N_Ф1, N_Ф2, N_Ф3 – полученные на стадии анализа энергетического спектра пустой камеры соответствующие трем указанным выше фоновым составляющим количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией в интервале от 9,9 до 11,0 МэВ или от 10,2 до 11,0 МэВ, выбранном в зависимости от результата выполненного на предыдущем шаге сравнения; N_ФК – полученное на этапе калибровки системы для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете перед вводом ее в эксплуатацию количество обусловленных космической составляющей фоновых гамма-квантов с энергией в интервале 9,9-11,0 МэВ или 10,2-11,0 МэВ, выбранном в зависимости от результата выполненного на предыдущем шаге сравнения;

– выделяют гамма-кванты с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, и подсчитывают их количество N. При этом выделяют гамма-кванты с энергией в интервале 9,9-11,0 МэВ или 10,2-11,0 МэВ, выбранном в зависимости от результата выполненного перед предыдущим шагом сравнения;

– для сравнения количества N выделенных гамма-квантов с полученным предполагаемым количеством N_Ф зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, определяют логарифм отношения правдоподобия, например, следующего вида L=(N ln(1+N_О/N_Ф)-N_О), где N – количество выделенных гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ; N_О – полученное экспериментально при предварительной калибровке количество регистрируемых в случае наличия в контролируемом предмете азотосодержащего взрывчатого вещества минимальной обнаруживаемой массы гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ; N_Ф – предполагаемое количество зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ;

– сравнивают полученный логарифм L отношения правдоподобия с нижним и верхним пороговыми значениями, равными соответственно L₁=ln((1-P_ПО)/(1-Р_ЛТ)) и L₂=ln(Р_ПО/Р_ЛТ), где Р_ПО – требуемая вероятность правильного обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете; Р_ЛТ – требуемая вероятность ложной тревоги. Если в результате сравнения логарифм L отношения правдоподобия окажется меньше нижнего порогового значения L₁(L1), принимают решение об отсутствии взрывчатого вещества и контролируемый предмет извлекают из камеры и снимают с контроля. Если величина логарифма L отношения правдоподобия лежит между нижним и верхним пороговыми значениями L₁ и L₂ (L₁2), решение о наличии или отсутствии взрывчатого вещества с требуемыми вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги принято быть не может. В этом случае продолжают контроль путем проведения повторного нейтронно-радиационного анализа контролируемого предмета с повторным облучением тепловыми нейтронами, регистрацией гамма-излучения и повторным принятием решения, как это предусматривает предлагаемый способ;

– при превышении логарифмом L отношения правдоподобия установленного для него верхнего порогового значения L₂ (L>L₂) в случае, если выделение гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, осуществлялось в более широком интервале энергии от 9,9 до 11,0 МэВ, принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете;

– при превышении логарифмом L отношения правдоподобия установленного для него верхнего порогового значения L₂ (L>L₂) в случае, если выделение гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, осуществлялось в более узком интервале энергии от 10,2 до 11,0 МэВ, определяют отношение количества N выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями в диапазоне от 9,6 до 10,2 МэВ и принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете на основании сравнения этого отношения с двумя его пороговыми значениями. Когда указанное отношение превышает верхнее пороговое значение, равное, например, 0,9, или когда указанное отношение оказывается меньше нижнего порогового значения, равного, например, 0,6, принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете.

Затем контролируемый предмет извлекают из камеры и в случае принятия решения о наличии в нем взрывчатого вещества его направляют на вскрытие и визуальный досмотр.

Краткое описание чертежей

Осуществление предлагаемого способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете поясняется следующими графическими материалами.

На фиг.1 показана реализующая предлагаемый способ система для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, где 1 – контролируемый предмет, 2 – установка для нейтронно-радиационного анализа, 3 – горизонтальная шахта, 4 – транспортер, 5 – компьютер и 6 – сигнализатор тревоги.

На фиг.2 показан продольный разрез по А-А установки 2 для нейтронно-радиационного анализа (фиг.1), где 7 – корпус, 8 – радиационная защита, 9 – камера, 10 – излучатель тепловых нейтронов, 11 – детектор гамма-излучения, 12 – боковой отражатель нейтронов и 13 – нижний отражатель нейтронов.

На фиг.3 показан продольный разрез детектора 11 гамма-излучения, где 14 – корпус детектора, 15 – стакан нейтронного фильтра, 16 – сцинтиллятор и 17 – фотоэлектронный умножитель.

На фиг.4 показана структурная схема входящей в установку 2 для нейтронно-радиационного анализа электронной аппаратуры, где 18 – усилитель и 19 – аналого-цифровой преобразователь.

На фиг.5 показан полученный экспериментально в диапазоне энергии гамма-квантов от 1 до 13 МэВ энергетический спектр гамма-излучения, испущенного камерой с радиационной защитой и детекторами гамма-излучения, но без контролируемого предмета и зарегистрированного за 1000 с, где количество зарегистрированных гамма-квантов приведено по оси ординат в логарифмическом масштабе.

На фиг.6 показан полученный экспериментально в диапазоне энергии гамма-квантов от 1 до 13 МэВ энергетический спектр гамма-излучения, испущенного контролируемым предметом без взрывчатого вещества и камерой с радиационной защитой и детекторами гамма-излучения и зарегистрированного за 1000 с, где количество зарегистрированных гамма-квантов приведено по оси ординат в логарифмическом масштабе.

На фиг.7 показан полученный экспериментально в диапазоне энергии гамма-квантов от 1 до 13 МэВ энергетический спектр гамма-излучения, испущенного контролируемым предметом, содержащим около 200 г азотосодержащего взрывчатого вещества, и камерой с радиационной защитой и детекторами гамма-излучения и зарегистрированного за 1000 с, где количество зарегистрированных гамма-квантов приведено по оси ординат в логарифмическом масштабе.

На фиг.8 показан полученный экспериментально в диапазоне энергии гамма-квантов от 1 до 13 МэВ энергетический спектр гамма-излучения, испущенного контролируемым предметом без взрывчатого вещества, но содержащим 75 г хрома, и камерой с радиационной защитой и детекторами гамма-излучения и зарегистрированного за 1000 с, где количество зарегистрированных гамма-квантов приведено по оси ординат в логарифмическом масштабе.

Лучший вариант выполнения изобретения

Реализующая предлагаемый способ система для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете содержит (фиг.1) установку 2 для нейтронно-радиационного анализа, проходящий через горизонтальную шахту 3 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа транспортер 4, компьютер 5 с сигнализатором 6 тревоги и электронную аппаратуру, структурная схема которой приведена на фиг.4. Транспортер 4 предназначен для перемещения контролируемого предмета 1 через горизонтальную шахту 3 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа и выполнен с возможностью останова с малым выбегом. В качестве компьютера 5 может быть использована персональная ЭВМ.

Установка 2 для нейтронно-радиационного анализа содержит (фиг.2) корпус 7, внутри которого размещена радиационная защита 8, выполненная из борированного полиэтилена для снижения уровня нейтронного излучения и свинца для снижения уровня гамма-излучения до допустимых значений. Сквозь корпус 7 и радиационную защиту 8 проходит горизонтальная шахта 3 с расположенной вдоль нее в нижней ее части лентой транспортера 4. В центральной части горизонтальной шахты 3 находится камера 9, образованная двумя боковыми отражателями 12 нейтронов и нижним отражателем 13 нейтронов и предназначенная для размещения контролируемого предмета 1 при его облучении тепловыми нейтронами. Боковые отражатели 12 нейтронов и нижний отражатель 13 нейтронов выполнены из полиэтилена в виде пластин с размерами не менее соответствующих габаритных размеров камеры 9 и установлены вдоль нее соответственно вертикально и горизонтально заподлицо с ее соответствующими стенками. Боковые отражатели 12 нейтронов и нижний отражатель 13 нейтронов предназначены для увеличения доли тепловых нейтронов за счет замедления в материале отражателей быстрых нейтронов, попавших из излучателя 10 тепловых нейтронов, и обеспечения равномерности распределения тепловых нейтронов по объему контролируемого предмета 1. Над камерой 9 в выполненной в радиационной защите 8 полости установлен излучатель 10 тепловых нейтронов, который выполнен в виде радионуклидного источника быстрых нейтронов на основе калифорния-252 с возможностью их последующего замедления полиэтиленом до тепловых значений энергии около 0,025 эВ и подобен по конструкции излучателю тепловых нейтронов, используемому при осуществлении одного из известных способов (RU 2065156, 1996). В выполненной в радиационной защите 8 полости под камерой 9 за нижним отражателем 13 нейтронов установлены детекторы 11 гамма-излучения. Для обеспечения возможности останова ленты транспортера 4, когда контролируемый предмет 1 по горизонтальной шахте 3 попадает в камеру 9, установка 2 для нейтронно-радиационного анализа снабжена датчиком останова, который размещен в камере 9, может быть выполнен в виде концевых контактов или на основе источника и приемника оптического излучения и на фигурах не показан.

Детектор 11 гамма-излучения (фиг.3) содержит выполненный из алюминия корпус 14 детектора с размещенным внутри его фотоэлектронным умножителем 17, находящимся в оптическом контакте с помещенным в стакан 15 нейтронного фильтра сцинтиллятором 16. В качестве сцинтиллятора 16 наиболее предпочтительно применение неорганического сцинтиллятора на основе йодистого натрия, активированного таллием. Для уменьшения воздействия на сцинтиллятор 16 тепловых нейтронов, проникающих из камеры 9, он размещен в стакане 15 нейтронного фильтра, который выполнен герметичным с двойными стенками и двойным дном, полость между которыми заполнена материалом, снижающим поток тепловых нейтронов, например, карбонатом лития, фторидом лития или фосфатом лития.

Входящая в состав установки 2 для нейтронно-радиационного анализа электронная аппаратура содержит несколько идентичных по структуре каналов, количество которых равно числу используемых детекторов 11 гамма-излучения. Каждый канал содержит (фиг.4) последовательно соединенные фотоэлектронный умножитель 17 детектора 11 гамма-излучения, усилитель 18 и аналого-цифровой преобразователь 19, выход которого подключен к входу компьютера 5. Кроме того, выходы компьютера 5 соединены с входом сигнализатора 6 тревоги, предназначенного для формирования сигналов наличия или отсутствия взрывчатого вещества в контролируемом предмете 1, а также с приводом транспортера 4 для подачи сигналов пуска и останова транспортера 4, который на фигурах не показан.

Система, реализующая предлагаемый способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, работает следующим образом.

Первоначально облучают тепловыми нейтронами пустую камеру 9 без размещения в ней контролируемого предмета 1 для получения энергетического спектра ее гамма-излучения. Для этого открывают не показанную на фигурах заслонку излучателя 10 тепловых нейтронов, который испускает тепловые нейтроны с энергией около 0,025 эВ во внутреннюю полость камеры 9. При облучении тепловыми нейтронами камеры 9, радиационной защиты 8, детекторов 11 гамма-излучения и других узлов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа происходит радиационный захват тепловых нейтронов ядрами атомов химических элементов, входящих в состав использованных в них материалов, а также азота воздуха, в результате чего эти ядра атомов переходят в возбужденное состояние. Переход ядер атомов из возбужденного состояния в основное сопровождается испусканием гамма-квантов с различными значениями энергии.

Некоторая часть указанных гамма-квантов попадает в сцинтилляторы 16 детекторов 11 гамма-излучения (фиг.3) и вызывает в них световые вспышки, яркость которых пропорциональна энергиям попавших гамма-квантов. Фотоэлектронный умножитель 17 детектора 11 гамма-излучения преобразует испускаемое сцинтиллятором 16 оптическое излучение световой вспышки от каждого гамма-кванта в электрический импульс с амплитудой, пропорциональной энергии попавшего в сцинтиллятор 16 гамма-кванта. После усиления усилителем 18 (фиг.4) электрические импульсы от гамма-квантов поступают на аналого-цифровой преобразователь 19, который преобразует амплитудное значение каждого электрического импульса от гамма-кванта в цифровой код, который вводится в компьютер 5.

Компьютер 5 посредством сравнения с пороговыми значениями поступивших цифровых кодов, соответствующих амплитудным значениям электрических импульсов от гамма-квантов и, следовательно, энергиям зарегистрированных гамма-квантов, определяет, к какому из поддиапазонов энергии шириной, например, Е=12-13 кэВ в диапазоне энергии от 1 до 13 МэВ по значению своей энергии принадлежит каждый зарегистрированный гамма-квант, и подсчитывает и запоминает число зарегистрированных за время 5-10 минут гамма-квантов, имеющих значение энергии в пределах каждого поддиапазона. В результате этого получают энергетический спектр гамма-излучения, испускаемого в отсутствии контролируемого предмета 1 материалами камеры 9, радиационной защиты 8, детекторов 11 гамма-излучения и других элементов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа, который заносится в запоминающее устройство компьютера 5.

Пример такого энергетического спектра гамма-излучения, экспериментально полученного авторами изобретения на созданном ими опытном образце системы для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете за время 1000 с, показан на фиг.5, где количество зарегистрированных гамма-квантов по оси ординат приведено в логарифмическом масштабе. На приведенном энергетическом спектре гамма-излучения отчетливо виден максимум в области энергии гамма-квантов около 2,23 МэВ, который обусловлен гамма-квантами, испускаемыми ядрами атомов водорода, входящего в состав материала радиационной защиты 8.

На основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры 9 компьютер 5 определяет количество зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ. На практике количество таких зарегистрированных фоновых гамма-квантов компьютер 5 определяет в двух интервалах от 9,9 до 11,0 МэВ и от 10,2 до 11,0 МэВ. При этом компьютер 5 определяет и запоминает для каждого из этих двух интервалов энергии количества N_Ф1, N_Ф2, N_Ф3 зарегистрированных фоновых гамма-квантов, соответствующих трем указанным выше составляющим фонового гамма-излучения, обусловленных соответственно испусканием гамма-квантов азотом воздуха, взаимодействием быстрых нейтронов с ядрами атомов йода и одновременностью регистрации двух или более гамма-квантов. При этом компьютер 5 определяет указанные количества фоновых гамма-квантов, зарегистрированных за такой же интервал времени, что и интервал времени регистрации гамма-квантов при облучении нейтронами контролируемого предмета 1, то есть, как отмечено ниже, за 5-10 секунд.

Для более точного определения этих трех составляющих фонового гамма-излучения указанную операцию предпочтительно осуществлять на этапе калибровки системы для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете перед вводом ее в эксплуатацию. Авторами настоящего изобретения была разработана методика определения на этапе калибровки этих трех составляющих фонового гамма-излучения и реализована в опытном образце системы для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете. Поскольку указанная методика выходит за рамки настоящего изобретения, она в данном описании не рассматривается. Для созданного опытного образца системы обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете авторами изобретения в соответствии с указанной методикой были экспериментально получены для каждого из этих двух интервалов энергии количества N_Ф1, N_Ф2, N_Ф3 зарегистрированных фоновых гамма-квантов, соответствующих трем указанным выше составляющим фонового гамма-излучения, обусловленных соответственно испусканием гамма-квантов азотом воздуха, взаимодействием быстрых нейтронов с ядрами атомов йода и одновременностью регистрации двух или более гамма-квантов меньших энергий. Так, например, для интервала энергии гамма-квантов от 9,9 до 11,0 МэВ за время регистрации, равное 100 с, они составили соответственно 40, 59 и 51 гамма-квантов.

Затем на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры компьютер 5 определяет и запоминает количество N_К1 зарегистрированных гамма-квантов с энергией от 2,0 до 2,4 МэВ, количество N_К2 зарегистрированных гамма-квантов с энергией от 2,7 до 2,9 МэВ и N_К3 зарегистрированных гамма-квантов с энергией от 3,5 до 10,1 МэВ. При этом компьютер 5 определяет указанные количества гамма-квантов, зарегистрированных за такой же интервал времени, что и интервал времени регистрации гамма-квантов при облучении нейтронами контролируемого предмета 1, то есть, как отмечено ниже, за 5-10 секунд.

В результате этого система готова к выполнению нейтронно-радиационного анализа контролируемого предмета 1.

Контролируемый предмет 1 устанавливают на ленту транспортера 4 и с клавиатуры компьютера 5 запускают транспортер 4. Когда контролируемый предмет 1 будет доставлен транспортером 4 в камеру 9 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа, сигналом с датчика останова, не показанного на фигурах, будет остановлена лента транспортера 4 с контролируемым предметом 1.

Тепловые нейтроны с энергией около 0,025 эВ испускаются излучателем 10 тепловых нейтронов во внутреннюю полость камеры 9 и облучают, в том числе, контролируемый предмет 1. При облучении тепловыми нейтронами контролируемого предмета 1, камеры 9, радиационной защиты 8, детекторов 11 гамма-излучения и других элементов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа происходит радиационный захват тепловых нейтронов ядрами атомов химических элементов, входящих в состав содержащихся в них материалов, в результате чего эти ядра атомов переходят в возбужденное состояние. Переход ядер атомов из возбужденного состояния в основное сопровождается испусканием гамма-квантов с различными значениями энергии.

В частности, при облучении тепловыми нейтронами, в том числе азотосодержащих материалов, находящихся в контролируемом предмете 1, будет происходить радиационный захват тепловых нейтронов ядрами атомов азота-14, в результате чего образуются ядра атомов азота-15 в возбужденном состоянии. Переход ядер атомов азота-15 из возбужденного состояния в основное будет происходить с испусканием гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ с вероятностью перехода около 0,14.

Некоторая часть указанных гамма-квантов попадает в сцинтилляторы 16 детекторов 11 гамма-излучения (фиг.3) и аналогично описанному выше преобразуется в поступающие в компьютер 5 цифровые коды, пропорциональные энергиям этих гамма-квантов.

Компьютер 5 посредством сравнения с пороговыми значениями поступивших цифровых кодов, соответствующих энергиям зарегистрированных гамма-квантов, определяет, к какому из поддиапазонов энергии шириной, например, Е=12-13 кэВ в диапазоне энергии от 1 до 13 МэВ по значению своей энергии принадлежит каждый зарегистрированный гамма-квант, и подсчитывает и запоминает число зарегистрированных за время 5-10 секунд гамма-квантов, имеющих значение энергии в пределах каждого поддиапазона. В результате этого получают энергетический спектр гамма-излучения, испускаемого контролируемым предметом 1, а также материалами камеры 9, радиационной защиты 8, детекторов 11 гамма-излучения и других элементов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа, который заносится в запоминающее устройство компьютера 5.

Пример такого энергетического спектра гамма-излучения, экспериментально полученного авторами с использованием созданного опытного образца системы обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете за время 1000 с, когда контролируемый предмет 1 не содержит азотосодержащего взрывчатого вещества, показан на фиг.6, где количество зарегистрированных гамма-квантов по оси ординат приведено в логарифмическом масштабе. Пример энергетического спектра гамма-излучения, экспериментально полученного авторами за время 1000 с, когда контролируемый предмет 1 содержит азотосодержащее взрывчатое вещество массой 200 г, показан на фиг.7, где количество зарегистрированных гамма-квантов по оси ординат приведено в логарифмическом масштабе. Приведенные здесь энергетические спектры получены за 1000 с, то есть за достаточно продолжительный интервал времени, что связано с необходимостью большей наглядности их графического представления на данных фигурах и удобства восприятия. На практике непосредственно при обнаружении взрывчатого вещества в контролируемом предмете 1 подобный энергетический спектр снимают за существенно меньшее время, равное 5-10 с. На обоих приведенных энергетических спектрах гамма-излучения в случаях как отсутствия, так и наличия взрывчатого вещества в контролируемом предмете 1 отчетливо видны максимумы в области энергии гамма-квантов около 2,23 МэВ, которые обусловлены гамма-квантами, испускаемыми ядрами атомов водорода, входящего в состав материала радиационной защиты 8. При этом на энергетическом спектре, приведенном на фиг.7, по сравнению с энергетическим спектром, показанным на фиг.6, наблюдается сравнительно высокое количество зарегистрированных гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ, что связано с наличием в контролируемом предмете 1 азотосодержащего взрывчатого вещества.

Затем компьютер 5 на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры 9 с находящимся в ней контролируемым предметом 1 определяет и запоминает количество N_П1 зарегистрированных гамма-квантов с энергией от 2,0 до 2,4 МэВ, количество N_П2 зарегистрированных гамма-квантов с энергией от 2,7 до 2,9 МэВ и количество N_П3 зарегистрированных гамма-квантов с энергией от 3,5 до 10,1 МэВ. В дальнейшем компьютер 5 определяет и запоминает первый, второй и третий поправочные коэффициенты в соответствии с выражениями k₁=N_П1/N_к1, k₂=N_П2/N_К2 и k₃=(N_П3/N_К3)².

Далее компьютер 5 на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры 9 с находящимся в ней контролируемым предметом 1 определяет количество зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,2 до 10,2 МэВ и количество зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 3,4 до 7,7 МэВ, вычисляет их отношение и сравнивает полученное отношение с пороговым значением, равным, например, 0,0007.

Как можно заметить, сравнивая энергетические спектры, приведенные на фиг.6 и 8, наличие 75 г хрома в контролируемом предмете 1 (см. фиг.8) приводит к существенному увеличению количества зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,2 до 10,2 МэВ по сравнению с количеством зарегистрированных в том же диапазоне энергии гамма-квантов при облучении тепловыми нейтронами того же контролируемого предмета 1 (см. фиг.6). При этом в области значений энергии от 3,4 до 7,7 МэВ количество зарегистрированных гамма-квантов практически не изменилось (см. фиг.6 и 8). Аналогичные результаты были экспериментально получены авторами изобретения для случая наличия в контролируемом предмете 1 материалов, содержащих селен и железо. В связи с этим величина полученного отношения количеств зарегистрированных гамма-квантов в этих диапазонах энергетического спектра позволяет судить о наличии или отсутствии в контролируемом предмете 1 материалов, содержащих указанные элементы, способные вызвать ложную тревогу.

Поэтому, если полученное отношение не превышает указанного значения, то это означает, что в контролируемом предмете 1 отсутствуют не содержащие азот материалы, которые при облучении тепловыми нейтронами интенсивно испускают гамма-кванты с энергиями, близкими к 10,8 МэВ, и поэтому могут вызвать ложную тревогу. Как отмечалось выше, такими материалами могут быть материалы, содержащие хром, селен или железо. В этом случае целесообразно, не опасаясь ложных тревог, выделять гамма-кванты с энергиями, близкими к 10,8 МэВ, в более широком интервале энергии, включающем значение 10,8 МэВ, например, от 9,9 до 11,0 МэВ.

Превышение полученным отношением указанного порогового значения 0,0007 свидетельствует о наличии в контролируемом предмете 1 не содержащих азот материалов, которые при облучении тепловыми нейтронами интенсивно испускают гамма-кванты с энергиями, близкими к 10,8 МэВ, например, хрома, селена или железа. В этом случае для снижения вероятности ложной тревоги целесообразно выделять гамма-кванты с энергиями, близкими к 10,8 МэВ, в более узком интервале энергии, включающем значение 10,8 МэВ, например, от 10,2 до 11,0 МэВ, то есть при большем, например, на 3% нижнем граничном значении энергии.

Компьютер 5 определяет предполагаемое количество зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры 9 с контролируемым предметом 1 фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, в соответствии с выражением N_Ф=k₁N_Ф1+k₂N_Ф2+k₃N_Ф3+N_ФК, где N_Ф1, N_Ф2, N_Ф3 – полученные на стадии анализа энергетического спектра пустой камеры соответствующие трем указанным выше фоновым составляющим количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией в интервале от 9,9 до 11,0 МэВ или от 10,2 до 11,0 МэВ, выбранном компьютером 5 в зависимости от результата выполненного на предыдущем шаге сравнения; N_ФК – полученное на этапе калибровки системы обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете перед вводом ее в эксплуатацию и хранящееся в запоминающем устройстве компьютера 5 количество обусловленных космической составляющей фоновых гамма-квантов с энергией в интервале 9,9-11,0 МэВ или 10,2-11,0 МэВ, выбранном компьютером 5 в зависимости от результата выполненного на предыдущем шаге сравнения. Для созданного опытного образца системы обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете авторами изобретения в соответствии с указанной выше методикой было экспериментально получено, что в интервале энергии гамма-квантов 9,9-11,0 МэВ количество фоновых гамма-квантов, обусловленных космической составляющей, за время регистрации 100 с составляет 10.

Далее на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры 9 с находящимся в ней контролируемым предметом 1 компьютер 5 выделяет гамма-кванты с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, и подсчитывает их количество N. При этом компьютер 5 подсчитывает гамма-кванты с энергией в интервале 9,9-11,0 МэВ или 10,2-11,0 МэВ, выбранном в зависимости от результата выполненного сравнения с пороговым значением 0,0007 отношения количества зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,2 до 10,2 МэВ к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 3,4 до 7,7 МэВ.

Для сравнения количества N выделенных гамма-квантов с предполагаемым количеством N_Ф зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, компьютер 5 вычисляет логарифм отношения правдоподобия, например, следующего вида L=(Nln(1+N_О/N_Ф)-N_О), где N – количество выделенных гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ; N_О – полученное экспериментально при предварительной калибровке количество регистрируемых в случае наличия в контролируемом предмете 1 азотосодержащего взрывчатого вещества минимальной обнаруживаемой массы гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ; N_Ф – предполагаемое количество зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ.

Затем компьютер 5 выполняет сравнение полученного логарифма L отношения правдоподобия с нижним и верхним пороговыми значениями, равными соответственно L₁=ln((1-Р_ПО)/(1-Р_ЛТ)) и L₂=ln(Р_ПО/Р_ЛТ), где P_ПО – требуемая вероятность правильного обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете; Р_ЛТ – требуемая вероятность ложной тревоги. Если в результате сравнения логарифм L отношения правдоподобия окажется меньше нижнего порогового значения L₁ (L1), компьютер 5 выдает сигнал об отсутствии в контролируемом предмете 1 взрывчатого вещества на сигнализатор 6 тревоги, индицирующий его оператору системы, и подает сигнал на привод транспортера 4, запускающий транспортер 4, а контролируемый предмет 1 снимается с контроля, отправляясь по транспортеру 4 из зоны контроля.

Если величина логарифма L отношения правдоподобия лежит между нижним и верхним пороговыми значениями L₁ и L₂ (L₁2), продолжают контроль путем проведения повторного нейтронно-радиационного анализа контролируемого предмета с повторным облучением тепловыми нейтронами, регистрацией гамма-квантов и повторным принятием решения, как это предусматривают предлагаемый способ и реализующая его система. Если после такого повторного контроля вновь оказывается, что решение о наличии или отсутствии взрывчатого вещества в контролируемом предмете 1 с требуемыми вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги принято быть не может, компьютер 5 выдает сигнал об этом на сигнализатор 6 тревоги, индицирующий его оператору системы, и подает сигнал на привод транспортера 4, запускающий транспортер 4. Транспортер 4 перемещает контролируемый предмет 1 из горизонтальной шахты 3 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа и после выхода контролируемого предмета 1 из горизонтальной шахты 3 его снимают с ленты транспортера 4 и отправляют на вскрытие и досмотр.

Если выделение гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, осуществлялось в более широком интервале энергии от 9,9 до 11,0 МэВ и в результате сравнения логарифм L отношения правдоподобия окажется больше установленного для него верхнего порогового значения L₂ (L>L₂), компьютер 5 выдает сигнал о наличии в контролируемом предмете 1 взрывчатого вещества на сигнализатор 6 тревоги, индицирующий его оператору системы, и подает сигнал на привод транспортера 4, запускающий транспортер 4. Транспортер 4 перемещает контролируемый предмет 1 из горизонтальной шахты 3 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа и после выхода контролируемого предмета 1 из горизонтальной шахты 3 его снимают с ленты транспортера 4 и отправляют на вскрытие и визуальный досмотр.

Если выделение гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, осуществлялось в более узком интервале энергии от 10,2 до 11,0 МэВ и в результате сравнения логарифм L отношения правдоподобия окажется больше установленного для него верхнего порогового значения L₂ (L>L₂), компьютер 5 определяет отношение количества N выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями в диапазоне от 9,6 до 10,2 МэВ. Затем компьютер 5 сравнивает это полученное отношение с его верхним и нижним пороговыми значениями, равными, например, соответственно 0,9 и 0,6. Если данное отношение лежит между его верхним и нижним пороговыми значениями, равными, например, соответственно 0,9 и 0,6, компьютер 5 выдает сигнал об отсутствии в контролируемом предмете 1 взрывчатого вещества на сигнализатор 6 тревоги, индицирующий его оператору системы, и подает сигнал на привод транспортера 4, запускающий транспортер 4, а контролируемый предмет 1 снимается с контроля, отправляясь по транспортеру 4 из зоны контроля.

Когда указанное отношение превышает верхнее пороговое значение, равное, например, 0,9, или когда указанное отношение оказывается меньше нижнего порогового значения, равного, например, 0,6, компьютер 5 выдает сигнал о наличии в контролируемом предмете 1 взрывчатого вещества на сигнализатор 6 тревоги, индицирующий его оператору системы, и подает сигнал на привод транспортера 4, запускающий транспортер 4. Транспортер 4 перемещает контролируемый предмет 1 из горизонтальной шахты 3 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа и после выхода контролируемого предмета 1 из горизонтальной шахты 3 его снимают с ленты транспортера 4 и отправляют на вскрытие и визуальный досмотр.

Приведенные материалы подтверждают возможность осуществления настоящего изобретения и решения поставленной задачи, заключающейся в снижении вероятностей пропуска взрывчатого вещества и ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества.

Промышленная применимость

Испытания опытного образца системы обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, созданной в соответствии с настоящим изобретением, проводились на экспериментальной базе заявителя, а в начале 2004 года в аэропорту Пулково Санкт-Петербурга. Проведенные испытания показали принципиальную возможность обнаруживать с ее помощью современные азотосодержащие взрывчатые вещества с минимальной массой 100-200 г в типовом багаже авиапассажиров с обычной для багажа плотностью азота азотосодержащих материалов, не являющихся взрывчатыми веществами, от 2,3 до 2,4 г/дм³. Оцененная экспериментально по результатам испытаний вероятность правильного обнаружения взрывчатого вещества минимальной массы 100 г составила 0,95-0,97 при вероятности ложных тревог, не превышающей 0,02-0,04.

Система обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете показала достаточно высокую производительность процесса контроля багажа, обеспечивая проведение проверки 170-190 единиц багажа в час. Такая производительность системы обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете может считаться приемлемой даже при контроле багажа такого большого числа авиапассажиров, которое принимают на борт широкофюзеляжные авиалайнеры.

Формула изобретения

1. Способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, включающий размещение контролируемого предмета в камере, оснащенной радиационной защитой и, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения, облучение контролируемого предмета тепловыми нейтронами, регистрацию испускаемых гамма-квантов, выделение гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, подсчет выделенных гамма-квантов, принятие решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении количеством выделенных гамма-квантов предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, отличающийся тем, что перед размещением контролируемого предмета облучают тепловыми нейтронами камеру, определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения камеры в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, при облучении контролируемого предмета тепловыми нейтронами определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения камеры с контролируемым предметом в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, перед принятием решения на основании изменения энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с контролируемым предметом по отношению к энергетическому спектру зарегистрированного гамма-излучения камеры, по меньшей мере, в одном заданном поддиапазоне энергии гамма-квантов определяют, по меньшей мере, один поправочный коэффициент для полученного при облучении тепловыми нейтронами камеры значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, и определяют предполагаемое количество зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, посредством умножения на полученный поправочный коэффициент полученного при облучении тепловыми нейтронами камеры значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поправочный коэффициент определяют в виде отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,23 МэВ.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что поправочный коэффициент определяют в виде отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,8 МэВ.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что поправочный коэффициент определяют в виде квадрата отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону от 3,5 до 10,1 МэВ.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при облучении камеры с контролируемым предметом в случае превышения отношением количества зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,2 до 10,2 МэВ к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 3,4 до 7,7 МэВ его порогового значения увеличивают нижнее граничное значение энергии заданного интервала энергии, включающего значение 10,8 МэВ.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что после увеличения нижнего граничного значения энергии заданного интервала энергии, включающего значение 10,8 МэВ, в случае превышения количеством выделенных гамма-квантов предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значении энергии, включающем значение 10,8 МэВ, определяют отношение количества выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,6 до 10,2 МэВ и принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете на основании сравнения этого отношения с двумя его пороговыми значениями.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении отношением количества выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,6 до 10,2 МэВ верхнего порогового значения.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении нижним пороговым значением отношения количества выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,6 до 10,2 МэВ.

РИСУНКИ