Устройство для обнаружения взрывчатых веществ в контролируемых предметах, преимущественно в авиабагаже - RU2046324C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к анализу материалов радиационными методами измерением вторичной эмиссии с использованием нейтронов, а более конкретно к устройствам, предназначенным для обнаружения взрывчатых веществ (ВВ) среди содержимого различных контролируемых предметов, преимущественно авиабагажа (портфели, сумки, радио- и видеоаппаратура, баулы, чемоданы и т.п.) без их вскрытия.

Известно устройство для проверки авиабагажа на наличие ВВ [1] содержащее камеру из материала замедлителя нейтронов, источник быстрых нейтронов, блоки детектирования гамма-излучения, средство транспортирования багажа и аппаратуру обработки поступающей с блоков детектирования информации. Внутренние размеры камеры соответствуют предельному размеру багажа, который вводится (выводится) в камеру посредством ленточного транспортера. На стенке внутри камеры рядами размещены блоки детектирования в количестве, достаточном, чтобы перекрыть всю боковую площадь контролируемого багажа. Источник быстрых нейтронов инкапсулирован в стенке камеры между входом в нее и блоками детектирования. Быстрые нейтроны, генерируемые источником, в результате многократного рассеяния в стенках и замедления формируют внутри камеры после тепловых нейтронов. В результате взаимодействия тепловых нейтронов с азотом, содержащимся в ВВ, а также с азотом воздуха образуются гамма-кванты с энергией 10, 8 МэВ, которые могут быть зарегистрированы блоками детектирования гамма-излучения. Учитывая значительное различие в плотностях ВВ и воздуха, а следовательно, и в количествах азота, содержащегося в единице объема, отдельными блоками детектирования может быть идентифицировано повышенное содержание азота, свидетельствующее о наличии в этом месте багажа ВВ.

Однако описанное устройство не гарантирует одинаковую эффективность идентификации повышенного содержания азота каждым блоком детектирования, сканирующим ("просматривающим") соответствующий участок багажа. Причиной этого является размещение источника быстрых нейтронов перед массивом блоков детектирования, вследствие чего имеет место снижение плотности потока тепловых нейтронов в продольном направлении и по высоте камеры. Так как интенсивность генерации гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ пропорциональна плотности потока тепловых нейтронов, то наиболее удаленные от источника блоки детектирования, сканирующие участки багажа с ВВ, зарегистрируют интенсивность гамма-излучения, величина которой может быть сравнима с соответствующей величиной интенсивности, зарегистрированной близкорасположенными к источнику блоками детектирования, от азота воздуха ("фоновое" значение). Указанное увеличивает вероятность ложных срабатываний устройства обнаружения ВВ. Кроме того, это устройство требует использования источника быстрых нейтронов с большим потоком нейтронов для компенсации снижения среднего значения плотности потока тепловых нейтронов в камере контроля из-за размещения источника перед массивом блоков детектирования. Применение же источника с большим потоком нейтронов увеличивает общую стоимость устройства по причине возрастания стоимости самого источника, а также стоимости усиленной радиационной защиты.

Известно также устройство для проверки багажа авиапассажиров на наличие ВВ [2] содержащее расположенные в камере источник быстрых нейтронов калифорний-252, блоки детектирования гамма-излучения, транспортер для перемещения багажа, а также аппаратуру обработки поступающей с блоков детектирования информации, запрограммированную на принятие решения. При этом источник нейтронов расположен под транспортером, а блоки детектирования над ним. Это устройство позволяет определять лишь интегральное содержание азота в контролируемом багаже, поскольку каждый блок детектирования регистрирует гамма-кванты от различных участков багажа и объема камеры. Это не может исключить ошибок при интерпретации результатов измерений, так как регистрируемые эффекты от ВВ и других азотосодержащих предметов и изделий могут быть сравнимы. Так, например, 400 г пентрита (содержание азота в этом ВВ 18,3%) по количеству азота эквивалентно шерстяному свитеру весом около 600 г (содержание азота в шерсти 13%).

Известное устройство [3] принятое за прототип, включает источники нейтронов, детекторы гамма-излучения, транспортное средство для перемещения предмета и устройство обработки поступающей с детекторов информации. При этом детекторы излучения расположены в одну линию поперек направлению транспортирования предметов с одной и другой стороны транспортного средства. Источники нейтронов также расположены с одной и другой стороны транспортного средства и в одну линию, параллельную линии расположения детекторов. Аппаратура обработки обеспечивает анализ серий сигналов, поступающих с каждого детектора в течение определенного интервала времени. С учетом непрерывного движения предмета на транспортере каждая серия сигналов несет информацию о содержании азота в участке багажа, сканируемом соответствующим детектором, длиной, равной v ˙Δ t, где v скорость транспортера; Δ t интервал времени, в течение которого набирается серия сигналов (время измерения).

Устройство-прототип не позволяет, однако, использовать источники с меньшим потоком нейтронов по следующим причинам.

Короткий интервал времени, в течение которого набирается серия сигналов с каждого детектора (время измерения). Такой интервал действительно необходим для обеспечения сканирования детекторами небольших в направлении движения транспортера участков предметов, что повышает вероятность идентификации ВВ в контролируемых предметах. В то же время, для достижения необходимого уровня информативности, обеспечивающего идентификацию заданного количества азота при установленных значениях вероятности правильного обнаружения и вероятности ложных тревог, снижение времени измерения должно быть компенсировано увеличением плотности потока тепловых нейтронов, т.е. увеличением потока быстрых нейтронов используемого источника.

Использование детекторов с относительно небольшими размерами сцинтилляторов. Такие сцинтилляторы позволяют сканировать небольшие участки предметов, что повышает вероятность идентификации ВВ в контролируемых предметах. Однако снижение регистрируемой детектором скорости счета из-за небольших размеров его сцинтиллятора и, следовательно, снижение необходимого уровня информативности должно быть скомпенсировано увеличением плотности потока тепловых нейтронов, т.е. увеличением потока быстрых нейтронов используемого источника.

Использование в устройстве источников с увеличенным потоком нейтронов в целях компенсации снижения времени измерения и применения детекторов с небольшими размерами сцинтилляторов в совокупности с размещением дополни- тельных источников нейтронов над транспортером в целях компенсации снижения плотности потока тепловых нейтронов в направлении, перпендикулярном транспортеру, исключает возможность снижения суммарной активности используемых в устройстве источников нейтронов.

В описываемом устройстве несколько детекторов размещаются в группе с одним источником нейтронов, формирующим поле тепловых нейтронов в объеме, который сканируется этими детекторами. Вследствие этого снижается геометрическое разрешение устройства, так как каждый детектор в группе регистрирует гамма-кванты от азота, содержащегося не только в объеме, расположенном непосредственно перед торцом сцинтиллятора, но и во всем объеме, где сформировано поле тепловых нейтронов (в том числе и от источников смежных групп). Снижение геометрического разрешения затрудняет идентификацию ВВ.

Размещение нескольких детекторов в группе с одним источником нейтронов, который формирует поле тепловых нейтронов в объеме, сканируемом этими детекторами, приводит к тому, что каждый детектор этой группы регистрирует гамма-кванты от азота воздуха (фон), содержащегося не только в объеме, расположенном непосредственно перед торцом сцинтиллятора, но и во всем объеме, где сформировано поле тепловых нейтронов. Увеличение значения фона снижает информативность устройства. Для компенсации этого снижения необходимо увеличить поток нейтронов применяемого источника. Кроме того, суммарная информативность нескольких детекторов всегда меньше, чем информативность одного с эквивалентными размерами.

Размещение в устройстве-прототипе детекторов в одну линию, а источников нейтронов в другую, ей параллельную, и с одной стороны транспортного средства, а также расположение между детекторами и источниками защиты для снижения прямого излучения от источников на детекторы, не оптимально с точки зрения эффективности устройства (здесь под эффективностью следует понимать число зарегистрированных гамма-квантов от ВВ на единицу потока нейтронов источника) по следующим причинам. Конечные размеры детекторов, их защиты и источников нейтронов, помещенных в замедлитель с эквивалентными размерами не менее 1-2 длин замедления нейтронов источника, увеличивают расстояние между центральными вертикальными осями детекторов и источников нейтронов. Вследствие этого снижается плотность потока тепловых нейтронов в объемах, расположенных напротив торцов сцинтилляторов детекторов, что приводит к снижению информативности. Для компенсации этого необходимо увеличение потока нейтронов применяемого источника.

Использование в устройстве-прототипе источников с высоким потоком нейтронов и, следовательно, наличие сформированного поля тепловых нейтронов с большой плотностью потока приводит к возрастанию фоновой компоненты, регистрируемой детекторами, а именно ядра отдачи при взаимодействии быстрых нейтронов с материалами сцинтиллятора, захватное гамма-излучение в конcтрукционных материалах гамма-излучения при захвате тепловых, промежуточных и быстрых нейтронов в сцинтилляторе. Эти компоненты непосредственного вклада в регистрируемую жесткую часть спектра гамма-излучения (около 10,8 МэВ) не дают, однако могут давать вклад в этот диапазон за счет случайных наложений при одновременной регистрации детектором двух гамма-квантов меньшей энергии. Величина этих наложений пропорциональна квадрату загрузки детектора, и при высоких скоростях счета именно фон наложений ограничивают возможности увеличения потока нейтронов применяемых источников. Частичное решение проблемы заключается в снижении величины этой компоненты фона, вследствие чего повысится информативность. Однако для любого детектора конкретного типа и размеров существует предельный уровень его загрузки излучением. Таким образом, если поток нейтронов источника превысит некоторое допустимое значение, то сам процесс идентификации азотсодержащих веществ при помощи такого устройства может быть неосуществим.

И, наконец, использование в устройстве-прототипе источников с высоким потоком нейтронов может привести к повышению значимости последствий активации тепловыми нейтронами контролируемых предметов и их содержимого.

В последние годы во всем мире весьма актуальной стала проблема борьбы с насилием в различных его проявлениях: пиратские действия по захвату и угону самолетов под угрозой взрыва, взрыва боеприпасов на улице, в зданиях, в общественном транспорте, террористические акты в отношении отдельных государственных и политических деятелей, контрабандный провоз ВВ. Наибольшую опасность для общества представляют преступные намеpения взрывов самолетов путем дистанционного приведения в действие, в том числе с земли, боеприпасов, заложенных в багаж авиапассажиров. Предотвращение подобных противоправных актов может быть достигнуто только лишь путем введения 100%-ного контроля авиабагажа на наличие ВВ перед его загрузкой в самолет.

Таким образом, возникла общественная необходимость в создании технических средств для обнаружения ВВ в различных предметах без их вскрытия. Работа этих технических средств основана на определении наличия азота, содержащегося практически во всех современных и широко используемых ВВ, путем облучения последних тепловыми нейтронами с последующей регистрацией вторичного гамма-излучения с энергией 10,8 МэВ. При этом для формирования поля тепловых нейтронов используют радионуклидный источник быстрых нейтронов с последующим замедлением их до тепловой энергии.

Для обнаружения устройством азотосодержащих веществ за время измерения t_изм при заданной вероятности правильного обнаружения Р_по и вероятности ложной тревоги Р_лт необходимо выполнение условия:
I ≥ I_пор (1) где I_пор= (P_по-P_лт)ln

(2)
I n_эt_измln 1+ (3)
n_э= · (4)
n_ф= · (5)
где I_пор пороговая информативность;
I информативность устройства;
n_э скорость счета при регистрации блоками детектирования гамма-излучения с энергией около 10,8 МэВ, испускаемого при взаимодействии тепловых нейтронов с азотом ВВ, имп/с;
n_ф скорость счета при регистрации блоками детектирования гамма-излучения с энергией около 10,8 МэВ, испускаемого при взаимодействии тепловых нейтронов с азотом воздуха, облучаемого тепловыми нейтронами (фон), имп/с;
n_к скорость счета при регистрации блоками детектирования гамма-излучения с энергией около 10,8 МэВ, обусловленного космической компонентой фона, имп/с;
средняя плотность потока тепловых нейтронов в объеме, где располагается контролируемый предмет или его часть, нейтрон/см² ˙ с;
σ сечение (n, γ) реакции на азоте, см²;
ε выход гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ на один захват нейтронов;
Р число ядер азота в 1 г азота, г^-1;
S площадь поперечного сечения чувствительного элемента (сцинтиллятора) блока детектирования гамма-излучения, см²;
η эффективность регистрации блоком детектирования гамма-квантов в энергетическом интервале около 10,8 МэВ;
М_ВВ масса азота в ВВ, г;
М масса азота воздуха в объеме, где располагается контролируемый предмет или его часть, г;
а расстояние от центра ВВ до эффективного центра чувствительного элемента блока детектирования гамма-излучения, см;
b расстояние от центра объема, где располагается контролируемый предмет или его часть, до эффективного центра чувствительного элемента блока детектирования гамма-излучения, см.

Выражения (3) (5) составлены при следующих предположениях; фоновая компонента при взаимодействии нейтронов с материалом сцинтиллятора и конструкционными материалами отсутствует (достигается применением соответствующих конструкционных материалов и принятием специальных мер по подавлению этой компоненты фона, что подтверждено исследованиями авторов на макете устройства); вся масса ВВ сосредоточена в его центре, а масса воздуха облучаемого объема в центре этого объема.

Подставив (4) и (5) в (3), а (3) в (1), получаем условие, при выполнении которого возможна идентификация азотсодержащего вещества:
B·

ln 1+ ≥ I_пор (6)
где B
Для успешного решения задачи по обнаружению ВВ необходимо измерить распределение азотосодержащих веществ в контролируемом предмете и тем самым получить информацию, позволяющую отличить компактное ВВ от других изделий и продуктов, занимающих значительно больший объем в сравнении с ВВ. Так, например, 200 г тетрила по содержанию азота эквивалентны 1300 г колбасы твердого копчения, 1700 г мяса, 400 г шерсти или 1700 г хлопчатобумажной ткани. Однако при объеме 200 г тетрила около 120 см³объемы перечисленных продуктов питания и материалов составляют 1600, 1900, 6500 и 3000 см³ соответственно.

Принципиальным вопросом при создании технических средств для обнаружения ВВ является установление того минимального количества ВВ, которое должно быть идентифицировано. Очевидно, что за этот минимум целесообразно принять такое количество ВВ, которое в случае приведения его в действие представляло бы опасность для общества, т.е. могло бы нанести тяжкие телесные повреждения окружающим и причинить материальный ущерб. Нормированного значения этой величины в мировом сообществе пока не введено. Однако имеющийся у предприятия некоторый опыт работы по созданию подобных устройств, а также мнение специалистов ряда заинтересованных организаций, в том числе и зарубежных, позволяет принять в качестве ориентира 200 г ВВ (около 50 г азота) как минимальное количество, подлежащее идентификации.

Используя условие (6), представляется возможным оценить плотность потока тепловых нейтрон и поток нейтронов применяемых источников в устройстве-прототипе при следующих исходных данных
Р_по 0,95; Р_лт 0,01; I_пор 7,1;
σ 8 ˙ 10^-26см²; ε 0,12; Р 8,57 ˙ 10²² ядер в 1 г азота; М_ВВ= 50 г;
сцинтиллятор детектора из йодистого натрия с размерами 75х75 мм;
S 44 см²;
η ≃ 0,06 (расчетная оценка, выполненная с использованием экспериментально определенной авторами величины эффективности для детектора со сцинтиллятором из йодистого натрия размерами 150х100 мм);
n_к≃ 0, 03 имп/с (расчетная оценка, выполненная с использованием усредненных данных, полученных авторами на макете устройства с детектором содержащим сцинтиллятором из йодистого натрия размерами 150х100 мм);
М 11 г (в предположении, что обучаемый одним источником нейтронов объем, сканируемый тремя детекторами 75х75 мм, составляет 100х270х400 мм, где высота 400 мм принята, исходя из предельных размеров багажа 400х600х900 мм);
а 43,8 см (соответствует расположению ВВ на продольной оси детектора и на максимальном удалении от эффективного центра сцинтиллятора);
b 23,8 см (соответствует расстоянию от центра облучаемого объема до эффективного центра сцинтиллятора).

Результаты вычислений:
при t 1c

= 2·10⁶ нейтрон/см²·c
при t 0,1c = 2·10⁷ нейтрон/см²·c
Принимая во внимание, что величина потока нейтронов источника Q, необходимая для создания единичной плотности тепловых нейтронов в точке, отстоящей от центра источника на 50 см, равна примерно 2 ˙ 10⁴ (см, например, статью В. И.Фоминых и О.А.Мигунькова "Направленный излучатель тепловых нейтронов "Прожектор". В сб. Исследования в области измерений ионизирующих излучений. Труды метрологических институтов СССР, вып. 166(226), "Энергия" Ленинградское отделение, 1974), получаем, что в устройстве-прототипе должны использоваться источники с потоком нейтронов:
Q 2 ˙ 10⁴ х 2 ˙ 10⁶ 4 ˙ 10¹⁰ нейтрон/с при времени измерения 1 с;
Q 2 ˙ 10⁴ х 2 ˙ 10⁷ 4 ˙ 10¹¹ нейтрон/с при времени измерения 0,1 с.

Одной из важнейших технических характеристик устройств для обнаружения ВВ в различных предметах, в частности в авиабагаже, является их производительность, т.е. количество единиц багажа, прошедших контроль, в единицу времени:
G

, ед. багажа/ч при непрерывной работе средства транспортирования;
G , ед. багажа/ч при работе средства транспортирования с остановами на время измерения; где l предельная длина авиабагажа с включением в нее длины промежутка между двумя смежными багажами, м;
v скорость перемещения грузонесущего органа средства транспортирования, м/с;
t_изм время измерения гамма-излучения, с;
t_пер время перемещения багажа между двумя остановами средства транспортирования, с.

Принимая v 0,1 м/с (аналогично скорости транспортера в устройстве-прототипе), а l 1 м, получаем производительность устройства с непрерывной подачей багажа, равную G 360 ед. багажа/ч, что может считаться приемлемым при осуществлении контроля багажа авиапассажиров широкофюзеляжного самолета типа ИЛ-86.

При такой же производительности устройства, средство транспортирования которого делает остановы на время измерения, и принимая t_пер 2с, имеем:

≥ 360, откуда t_изм≅ 8c
И наконец, несмотря на решимость руководителей авиакомпаний и государственных лидеров во всем мире принять все меры по созданию системы безопасности, которая могла бы помешать исполнению задуманного террористами преступления или была способна обнаружить ВВ, одним из главных препятствий является весьма высокая стоимость подобных устройств. Одной из дорогостоящих составляющих в этих установках являются источники нейтронов, в качестве которых наиболее предпочтителен калифорний-252.

Кроме того, применение источников с большим потоком нейтронов требует увеличения толщины радиационной защиты, что также увеличивает стоимость устройства.

Целью изобретения является снижение стоимости устройства для обнаружения ВВ в контролируемых предметах, преимущественно в авиабагаже, без их вскрытия, без снижения производительности процесса контроля.

При осуществлении изобретения достигается технический результат, заключающийся в том, что без снижения производительности устройства снижается суммарная активность используемых в нем источников нейтронов и повышается вероятность идентификации ВВ.

В известном устройстве, включающем излучатели тепловых нейтронов, блоки детектирования гамма-излучения, аппаратуру обработки поступающей с блоков детектирования гамма-излучения информации, средство транспортирования контролируемых предметов, содержащее грузонесущий орган и привод его перемещения, и радиационную защиту: излучатели тепловых нейтронов выполнены в виде блоков с излучающей нейтроны поверхностью, обращенной в сторону чувствительных элементов блоков детектирования гамма- излучения; число излучателей тепловых нейтронов равно числу блоков детектирования гамма-излучения и определяется отношением наибольшей площади сечения одной из секций для размещения контролируемых предметов, выполненных на грузонесущем органе средства транспортирования, к площади излучающей нейтроны поверхности блока излучателя тепловых нейтронов; каждый блок детектирования гамма-излучения и соответствующий ему блок излучателя тепловых нейтронов расположены соосно в перпендикулярном к наибольшему по площади сечению секции для размещения контролируемых предметов направления и по разные стороны секции; блоки детектирования гамма-излучения и блоки излучателей тепловых нейтронов попарно размещены в продольном и поперечном направлениях грузонесущего органа средства транспортирования с возможностью перекрытия всей наибольшей площади сечения секции для размещения контролируемых предметов путем последовательного сканирования блоками детектирования этого сечения в процессе перемещения грузонесущего органа средства транспортирования.

Указанная совокупность отличительных от прототипа существенных признаков заявляемого изобретения позволяет осуществить следующее.

Улучшить геометрическое разрешение устройства и снизить величину фона от азота воздуха за счет того, что каждый детектор регистрирует гамма-кванты от азота (в том числе и от азота воздуха), содержащегося только в объеме, расположенном непосредственно перед торцом чувствительной части детектора и где сформировано поле тепловых нейтронов напротив размещенным излучателем, а пары детектор-излучатель разнесены так, что не оказывают взаимного влияния друг на друга. Улучшение геометрического разрешения приводит к повышению вероятности идентификации ВВ, а снижение фона увеличивает информативность устройства, что позволяет использовать источник с меньшим потоком нейтронов.

Использовать детекторы с большими размерами чувствительного элемента, площадь поперечного сечения которого S может быть сопоставима с площадью излучающей нейтроны поверхностью излучения. Поскольку детектор с большими размерами чувствительного элемента обладает большей величиной эффективности регистрации гамма-квантов η, а его информативность всегда больше суммарной информативности нескольких детекторов, в сумме эквивалентных ему по размеру, то увеличение значений величин S и η одного детектора увеличивает информативность устройства (см. формулу 6). Это позволяет применить источник с меньшим потоком нейтронов (меньшей активности). При этом величины S, η и

могут быть выбраны такими, чтобы время измерения t_изм обеспечивало заданную производительность процесса контроля.

Повысить эффективность устройства (здесь эффективность число зарегистрированных гамма-квантов от ВВ на единицу потока нейтронов источника) за счет оптимального взаимного расположения блока излучателя и блока детектирования соосно в перпендикулярном к наибольшему по площади сечению секции для размещения контролируемых предметов направления и по разные стороны секции. Повышение эффективности устройства приводит к повышению его информативности, что позволяет применить источник с меньшим потоком нейтронов.

Возможность применения источников с меньшим потоком нейтронов повышает вероятность идентификации ВВ за счет снижения загрузки блоков детектирования фоновым излучением (снижение вероятности случайных наложений при одновременной регистрации детектором двух гамма-квантов меньшей энергии).

И, наконец, число пар излучатель-блок детектирования, определяемое отношением наибольшей площади сечения одной из секций для размещения контролируемых предметов к площади излучающей нейтроны поверхности блока излучателя, позволяет в процессе перемещения контролируемого багажа осуществить сканирование каждого его участка.

Таким образом, при осуществлении изобретения достигается технический результат снижение суммарной активности используемых в устройстве источников нейтронов и повышение вероятности идентификации ВВ без снижения производительности устройства.

На фиг.1 показано устройство, общий вид (разрез А-А на фиг.2); на фиг.2 приведен разрез Б-Б на фиг.1); на фиг.3 изображен разрез В-В на фиг.1); на фиг. 4 и 5 представлены два варианта попарного размещения блоков излучателей и детектирования в продольном и поперечном направлениях грузонесущего органа средства транспорти- рования; на фиг.6 изображен блок излучателя тепловых нейтронов в разрезе.

Устройство включает размещенные в радиационной защите 1 блоки 2 излучателей тепловых нейтронов с излучающей нейтроны поверхностью 3, блоки 4 детектирования гамма-излучения и средство 5 транспортирования контролируемых предметов 6, а также аппаратуру обработки поступающей с блоков детектирования гамма-излучения информации. Грузовая поверхность средства 5 транспортирования разделена на секции, предназначенные для размещения в них контролируемых предметов 6, посредством поперечных вертикальных пластин 7. Эти пластины выполнены из материала поглотителя нейтронов и служат радиационной защитой, снижая уровень излучения в массе загрузки-выгрузки багажа. Размеры секций приняты с учетом горизонтального размещения в них контролируемых предметов (например, чемоданов, см. фиг.1 и 2), в связи с чем площадь горизонтального сечения секций является наибольшей. Общее количество блоков излучателей 2 тепловых нейтронов и равное ему количество блоков 4 детектирования гамма-излучения в устройстве определяются из условия
N ≥ F/f, где F площадь горизонтального сечения секции, принятая исходя из предельной длины и высоты контролируемого предмета (см. фиг.2), регламентированных международными стандартами на размеры авиабагажа;
f площадь излучающей нейтроны поверхности 3 блока излучателя 2 тепловых нейтронов.

Такое количество блоков излучателей тепловых нейтронов в устройстве гарантированно обеспечивает облучение потоком тепловых нейтронов всех участков контролируемого предмета, размещенного в секции, поскольку суммарная площадь излучающей нейтроны поверхности всех блоков излучателей тепловых нейтронов равна или превышает площадь горизонтального сечения секции. Блоки 2 излучателей тепловых нейтронов расположены под грузовой поверхностью средства 5 транспортирования, а блоки 4 детектирования гамма-излучения над ней. При этом расстояние между торцами чувствительных элементов блоков детектирования гамма-излучения и грузовой поверхностью средства транспортирования не меньше предельной ширины контролируемых предметов 6 (см. фиг.1). Излучающая нейтроны поверхность 3 каждого блока 2 излучателя тепловых нейтронов обращена в сторону чувствительного элемента блока 4 детектирования гамма-излучения, причем продольные оси их перпендикулярны грузовой поверхности средства транспортирования и совпадают. Блоки 2 излучателей тепловых нейтронов совместно с блоками 4 детектирования гамма-излучения размещены в продольном и поперечном направлениях грузовой поверхности средства 5 транспортирования и таким образом, чтобы в процессе перемещения грузовой поверхности средства транспортирования вся площадь горизонтального сечения каждой секции оказалась подвергнутой облучению потоком тепловых нейтронов. Два возможных варианта расположения блоков излучателей 2 изображены на фиг.4 и 5. Выбор варианта должен быть продиктован отсутствием взаимного влияния пар "Излучатель-детектор" друг на друга.

Блок 2 излучателя тепловых нейтронов, конструкция которого заимствована из статьи В. И. Фоминых и О.А.Мигунькова "Направленный излучатель тепловых нейтронов "Прожектор". ("Исследования в области измерений ионизирующих излучений". Труды метрологических институтов СССР, вып. 166(226), "Энергия", Ленинградское отделение, 1974), содержит цилиндр 8 из материала замедлителя нейтронов с источником 9 быстрых нейтронов, размещенным по оси отражателя 10 нейтронов квадратного сечения, внутренняя поверхность которого близка к поверхности параболоида вращения.

В качестве средства транспортирования может быть использована грузовая платформа в виде кругового кольца, на которой жестко закреплены поперечные вертикальные пластины 7, снабженная приводами вращения.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Багаж 6 загружается в одну из секций в начале транспортера, который осуществляет прерывистое движение с остановом на время измерения в положениях "поз.1, поз.2, поз.12" (см. например, фиг.4). В момент останова секции с багажом в положении "поз. 1" 1-й участок багажа (на фиг.4 условно показан квадратом в верхнем левом углу) оказывается в поле тепловых нейтронов, формируемом соответствующим блоком излучателя тепловых нейтронов. В результате взаимодействия тепловых нейтронов с азотом, содержащимся в ВВ (в случае его наличия в этом месте багажа), испускается вторичное гамма-излучение с энергией гамма-квантов 10,8 МэВ, которое регистрируется блоком детектирования гамма-излучения, расположенным напротив блока излучателя, облучающего этот участок багажа. После окончания измерения транспортер перемещает багаж в положение "поз.2", при котором облучению тепловыми нейтронами подвергается 2-й участок (в нижнем левом углу на фиг.4) и т.д. После прохождения багажом всех положений (на фиг.4-12) информация, поступившая со всех блоков детектирования гамма-излучения в накопитель аппаратуры, обрабатывается по специальному алгоритму, который обеспечивает принятие решения о наличии или отсутствии ВВ в контролируемом багаже. После перемещения багажа транспортером из последнего положения (поз.12 на фиг.4) багаж снимается.

Возможность достижения технического результата при осуществлении изобретения подтверждается расчетно-экспериментальными оценками.

Используя условие (6), оценим плотность потока тепловых нейтронов

и поток нейтронов применяемых источников в заявляемом устройстве при следующих исходных данных:
Р_по 0,95; Р_лт 0,01; I_пор 7,1;
σ 8 ˙ 10^-26 см²; ε 0,12; Р 8,57 ˙ 10²² ядер в 1 г азота;
М_ВВ 50 г; сцинтиллятор детектора из йодистого натрия размерами 150х100 мм; S 177 см²;
η 0,3 (экспериментально определенная авторами величина для детектора со сцинтиллятором из йодистого натрия размерами 150х100 мм); n_к 0,15 (экспериментально определенная авторами величина на макете устройства); М 16 г (в предположении, что облучаемый блоком излучателя тепловых нейтронов объем, сканируемый одним детектором 150х100 мм, составляет 200х200х400 мм, где 400 мм предельная высота багажа); а 45 см (соответствует расположению ВВ на продольной оси детектора и на максимальном удалении от эффективного центра сцинтиллятора); b 25 см (соответствует расстоянию от центра облучаемого объема до эффективного центра сцинтиллятора).

Принимая время измерения t_изм 8 с, что при времени перемещения багажа t_пер2 с обеспечивает производительность заявляемого устройства, не меньшую, чем в устройстве-прототипе, получаем: 1,65 ˙ 10⁴нейтрон/см² ˙ с.

При этом поток нейтронов применяемого в блоке излучателя источника составит 2 ˙ 10⁴ ˙ 1,65 ˙ 10⁴ 3,3 ˙ 10⁸ нейтрон/с.

Полагая, что в заявленном устройстве применено 12 блоков излучателей, суммарный поток нейтронов составит 3,3 ˙ 10⁸ х 124 ˙ 10⁹ нейтрон/см² ˙ с, а суммарная активность используемых в заявляемом устройстве источников нейтронов и их стоимость меньше, чем в устройстве- прототипе, в 400 раз.

Таким образом, приведенные результаты подтверждают достижение технического результата.

Реферат

Использование: анализ материалов радиационными методами с использованием нейтронов. Сущность изобретения: излучатели тепловых нейтронов выполнены в виде блоков с излучающей нейтроны поверхностью, обращенной в сторону блоков детектирования гамма-излучения, число которых равно числу излучателей. Это число определяется отношением наибольшей площади сечения одной из секций для размещения контролируемых предметов, выполненных из на грузонесущем органе средства транспортирования, к площади излучающей нейтроны поверхности блока излучателя. Каждый блок детектирования излучения и соответствующий ему блок излучателя расположены соосно в перпендикулярном к наибольшему по площади сечению секции для размещения контролируемых предметов направлении и по разные стороны секции. Блок детектирования излучения и блоки излучателей попарно размещены в продольном и поперечном направлениях грузонесущего органа средства транспортирования с возможностью перекрытия всей наибольшей площади сечения секции путем последовательного сканирования блоками детектирования этого сечения в процессе перемещения грузонесущего органа средства транспортирования. 6 ил.

Формула