Патент на изобретение №2196980

(54) УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ СКРЫТЫХ ВЕЩЕСТВ

(57) Реферат:

Использование: в контрольно-пропускных пунктах, авто- и железнодорожных станциях, аэропортах, морских портах, таможенных службах. Сущность: в устройство, содержащее детектор -излучения и регистрирующую электронику, введены источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических -частиц, выполненный на основе ускорителя дейтронов и тритиевой мишени, детектор -частиц, выполненный на основе пластического сцинтиллятора, и система регистрации – совпадений, а указанный детектор -излучения расположен на расстоянии 30-40 см от исследуемого объекта. Технический результат: обеспечение возможности идентификации элементного состава, формы и положения скрыто перевозимых веществ (например, взрывчатки, наркотиков). 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области обнаружения контрабанды, а именно к дистанционному определению скрытого вещества и его положения в контейнере, и может быть использовано в контрольно-пропускных пунктах, авто- и железнодорожных станциях, аэропортах, морских портах, таможенных службах и т.д.

Известна портативная система обнаружения контрабанды CDS-2002 [1], содержащая источник -излучения, детектор рассеянного -излучения, усилитель сигналов детектора, селектор амплитуд импульсов рассеянного -излучения, микропроцессорный контроллер и дисплей, которая является аналогом данного изобретения. Недостатками указанной системы является то, что данный метод применим для просмотра пустых полостей глубиной не более 20 см, а также то, что система не может идентифицировать элементный состав скрыто перемещаемых веществ.

Известно также устройство для анализа многокомпонентных материалов [2], которое является прототипом данного изобретения. Указанное устройство содержит источник -излучения, детектор -излучения с регистрирующей электроникой. Исследуемый объект помещается между указанным источником и указанным детектором. -излучение, проходя сквозь указанный объект, ослабляется по интенсивности, сохраняя энергию -квантов. Далее -кванты регистрируются детектором -излучения, импульсы детектора усиливаются в усилителе, проходят дискриминатор и через счетчик попадают в вычислительное устройство (контроллер, ЭВМ и т.д.), и после обработки информация выводится на дисплей. Эта информация сравнивается с информацией, полученной без исследуемого объекта, и таким образом находится коэффициент ослабления интенсивности -излучения. По найденному коэффициенту ослабления и известному удельному коэффициенту ослабления для известного материала находится количество этого материала в исследуемом объекте.

Недостатком данного устройства является то, что оно не может идентифицировать элементный состав веществ и применимо лишь для исследования объектов с заранее известными компонентами. Определяется лишь количество каждого из этих компонентов и при этом не определяется форма и месторасположение скрытого материала в объекте.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно обеспечение возможности идентификации элементного состава, формы и положения скрыто перевозимых веществ (например, взрывчатки, наркотиков).

Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических -частиц, выполненный на основе ускорителя дейтронов и тритиевой мишени, детектор -частиц, выполненный на основе пластического сцинтиллятора и систему регистрации – совпадений, а указанный детектор -излучения расположен на расстоянии 30-40 см от исследуемого объекта, при этом указанный детектор -частиц выполнен на основе активированного полистирола толщиной 0,7 мм в виде матрицы с числом ячеек 2 х 2 размером 11 х 11 мм каждая, установленный на расстоянии 7,5 см от указанной мишени и защищенный алюминиевой фольгой толщиной 4-6 мкм.

Предлагаемое устройство представлено на чертеже, где
1 – ускоритель дейтронов, 2 – тритиевая мишень, 3 – матрица детектора -частиц, 4 – детектор -излучения,5 – регистрирующая электроника, 6 – система регистрации –-совпадений, 7 – исследуемый объект, 8 – скрытое вещество, 9 – вакуумная камера.

Устройство работает следующим образом:
Под действием пучка дейтронов, ускоренного в указанном ускорителе до энергии 100-150 КэВ, в тритиевой мишени рождаются монохроматические нейтроны с энергией 14 МэВ и сопутствующие им -частицы с энергией 3,6 МэВ, вылетающие во взаимопротивоположных направлениях. При этом, если -частица попадает в -детектор, то при известной скорости -частицы, расстоянию от мишени до детектора и моменту ее регистрации в детекторе определяется момент испускания соответствующего нейтрона. Точность определения момента испускания определяется временем высвечивания применяемого в детекторе -частиц сцинтиллятора. Поэтому в предлагаемом устройстве применен активированный полистирол со временем высвечивания около 2 нс.

Поток соответствующих регистрируемым -частицам нейтронов (при скорости ровно в 4 раза превышающей скорость -частиц) пронизывает исследуемый объект. В веществе объекта нейтроны взаимодействуют с ядрами атомов и порождают -излучение, энергетический спектр которого однозначно определяется атомным номером и атомной массой вещества, находящегося в исследуемом объекте.

Для измерения энергетических спектров испускаемого -излучения применяется -детектор, располагаемый за исследуемым объектом. Таким образом, по измеренному спектру -излучения устанавливается наличие в исследуемом объекте вещества того или иного элемента. Чувствительность предлагаемого устройства многократно повышается, если применяется система задержанных –-совпадений, т. е. -излучение регистрируется только в узком временном интервале, равном времени высвечивания -детектора, сдвинутом на разность времен пролета нейтрона от мишени до определенного места в исследуемом объекте и -частицы от мишени до -детектора.

Учитывается также время пролета испущенного кванта -излучения до -детектора.

Таким образом, определяется не только наличие в исследуемом объекте скрытого вещества, состоящего из определенных химических элементов, но также и расстояние от мишени до атомов указанного вещества, т.е. его геометрическая форма. Следует отметить, что применение в устройстве матричного детектора -излучения позволяет установить с определенной точностью место расположения скрытого вещества в исследуемом объекте, а расположение -детекторов на расстоянии 30-40 см от исследуемого объекта в свою очередь позволяет осуществлять эффективную дискриминацию событий, обусловленных загрузкой -детекторов характеристическим -излучением исследуемого объекта (например, С, N, О – ядер)от фоновых событий загрузки -детекторов рассеянным нейтронным излучением, поскольку при таком расположении -детекторов фоновые импульсы нейтронного излучения приходят значительно позднее.

Предлагаемое устройство было испытано при обнаружении и идентификации скрытых веществ, таких как чистый углерод (графит), спирт (C₂H₅OH), карбомид (CH₄ON₂), аммоний (NH₄NO₃) и тринитротолуол (С₇Н₅N₃О₆)(ТНТ).

Например, в случае с ТНТ измерения проводились следующим образом. Образец ТНТ массой 1,5 кг помещался в плоский ящик с землей размером 20 х 60 х 10 см. ТНТ размещался у задней стенки ящика так, что толщина земли по направлению пучка нейтронов составляла 18 см. Было показано, что энергетические спектры -излучения, измеренные в интервале –-совпадений 22-26 нс соответствуют спектрам ТНТ, т. е. не только ТНТ был обнаружен, но также установлены местонахождение и толщина его образца.

Литература:
[1] Портативная система обнаружения контрабанды CDS-2001 (инструкция по эксплуатации) 01.07.1998.

[2] Прототип – патент GB 2088050 А.

Формула изобретения

1. Устройство обнаружения скрытых веществ, содержащее детектор -излучения и регистрирующую электронику, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических -частиц, выполненный на основе ускорителя дейтронов и тритиевой мишени, детектор -частиц, выполненный на основе пластического сцинтиллятора, заключенные в вакуумную камеру, и систему регистрации – совпадений, при этом указанный детектор -излучения расположен на расстоянии 30-40 см от исследуемого объекта.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанный детектор -частиц выполнен на основе активированного полистирола толщиной 0,7 мм в виде матрицы с числом ячеек 22 размером 1111 мм каждая, установленный на расстоянии 7,5 см от указанной мишени и защищенный алюминиевой фольгой толщиной 4-6 мкм.

РИСУНКИ