СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА В КОНТРОЛИРУЕМОМ ПРЕДМЕТЕ Российский патент 2003 года по МПК G01N23/83 G01N23/222 

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

Предшествующий уровень
Противодействие незаконному обороту взрывчатых веществ и террористическим актам с их использованием стало одной из основных задач деятельности служб безопасности цивилизованных стран в борьбе с международным терроризмом и организованной преступностью.

Одно из направлений этого противодействия связано с организацией в необходимых случаях в аэропортах, в государственных и дипломатических учреждениях, на атомных электростанциях контроля таких предметов, как портфели, сумки, баулы, чемоданы, аудио- и видеоаппаратура, компьютеры, мобильные телефоны и тому подобное, а также почтовых отправлений, поскольку именно они наиболее часто используются преступниками для скрытых закладок взрывчатых веществ при совершении террористических актов или их незаконной транспортировке.

Необходимость контроля больших потоков почтовых отправлений или проведения досмотра ручной клади и багажа пассажиров прежде всего на авиационном транспорте, в условиях ограниченного времени, отводимого для контроля или 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.

Среди многочисленных известных способов обнаружения взрывчатых веществ в контролируемых предметах практическое применение в настоящее время нашли три группы способов.

Первая группа объединяет способы, использующие для обнаружения взрывчатых веществ рентгеновское излучение и включающие облучение контролируемого предмета рентгеновским излучением с энергией 100-150 кэВ, регистрацию прошедшего через контролируемый предмет рентгеновского излучения и идентификацию взрывчатого вещества на основании величины ослабления рентгеновского излучения материалами, содержащимися в контролируемом предмете, в зависимости от атомных номеров входящих в их состав химических элементов (Patrick Flanagan, " Technology vs. terror", EUSA, 1989, N 7, pp. 46-49, 51), (рекламные проспекты и информационные листы фирмы EG&G Astrophisics Research Corporation, Лонг-Бич, Калифорния, США и фирмы In Vision Technologies, Фостер Сити, Калифорния, США).

Поскольку современные взрывчатые вещества, в особенности пластиковые, состоят преимущественно из химических элементов с малым атомным номером, они слабо поглощают рентгеновское излучение с энергией 100-150 кэВ. Это обстоятельство затрудняет эффективное обнаружение взрывчатых веществ в случаях нетрадиционной формы их исполнения или маскировки путем размещения, например, в кусках мыла или электронной аппаратуре. Практика применения способов обнаружения с использованием рентгеновского излучения показала, что с их помощью взрывчатые вещества могут быть обнаружены не более чем в 40-60% случаев.

Вторая группа способов основана на том, что большинство взрывчатых веществ относятся к классу высоколетучих органических соединений, характеризующихся высоким давлением паров. Данные способы предусматривают проведение с использованием методов газовой хромотографии или спектрометрии подвижности ионов химического анализа выделяемых контролируемым предметом паров взрывчатого вещества и его частиц, которые в микроскопических количествах могут находиться на поверхности контролируемого предмета. По результатам этого анализа принимается решение о наличии в контролируемом предмете взрывчатого вещества ( Hughes D. Thermedics Begins Production Of Bomb Detection Unit. - Aviation Week & Space Technology, June 19, 1989). Подобный способ реализован, например, в системе обнаружения взрывчатых веществ и наркотиков IONSCAN 350 производства фирмы Barringer Instruments Ltd, Канада (Intersec. The Journal of International Security, Vol. 3, No. 6, November 1993).

Реализующие указанные способы технические средства имеют высокую чувствительность, но не позволяют обнаруживать обладающие наибольшей мощностью пластиковые взрывчатые вещества из-за их очень низкого давления паров. Кроме того, эти способы не обеспечивают обнаружение всех видов взрывчатых веществ, если они размещены в герметичной упаковке или в упаковке, подвергнутой специальной обработке.

Третья группа способов обнаружения взрывчатых веществ основана на определении наличия основных химических элементов, входящих в его состав, с использованием нейтронно-радиационного анализа. Относящиеся к этой группе известные способы обнаружения взрывчатых веществ и реализующие их установки (US 5114662, 1992, US 5144140, 1992, US 5388128, 1995, ЕР 0295429, 1992, ЕР 0297249, 1993) предусматривают помещение контролируемого предмета в камеру с радиационной защитой, облучение его тепловыми нейтронами, регистрацию испускаемого контролируемым предметом вторичного гамма-излучения с энергией квантов 10,8 МэВ, получение на основании результатов регистрации вторичного 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 большое количество азота, составляющее от 9 до 35 мас.% 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 (их число зависит от массы взрывчатого вещества, плотности потока тепловых нейтронов и сечения реакции захвата). При переходе в основное состояние в среднем около 14% ядер атомов азота-15 испускают гамма-кванты с энергией 10,8 МэВ.

Однако при радиационном захвате тепловых нейтронов гамма-кванты с энергией 10,8 МэВ испускают не только взрывчатые вещества, но и все другие находящиеся в контролируемом предмете азотосодержащие материалы, например шерсть, кожа, нейлон, шелк, а также заполняющий контролируемый предмет и окружающий его воздух.

В то же время большинство не относящихся к взрывчатым веществам азотосодержащих материалов имеют в сравнении с взрывчатыми веществами существенно больший объем при одинаковом содержании в них азота. Таким образом, имеющаяся информация о распределении концентрации азота в контролируемом предмете позволяет отличить компактное взрывчатое вещество от других азотосодержащих материалов, не относящиеся к взрывчатым веществам.

Вместе с тем указанные известные способы обеспечивают достаточно грубую картину распределения концентрации азота внутри контролируемого предмета по той причине, что каждый детектор гамма-излучения регистрирует гамма-кванты, испускаемые из всего облучаемого тепловыми нейтронами объема контролируемого предмета, включая гамма-кванты от азота окружающего воздуха, также облучаемого тепловыми нейтронами. К тому же при непрерывном перемещении контролируемого предмета транспортером через камеру с радиационной защитой зарегистрированное число гамма-квантов может быть обусловлено испусканием их из всех облученных азотосодержащих материалов, в том числе и из не относящихся к взрывчатым веществам, распределенным вдоль длины контролируемого предмета. Это, во-первых, затрудняет определение места расположения взрывчатого вещества в контролируемом предмете и, во-вторых, повышает вероятность ложных тревог.

Поскольку принятие решения о наличии в контролируемом предмете взрывчатых веществ только по наличию азота может приводить к ложным тревогам, для уменьшения их числа целесообразно использовать дополнительную информацию.

Известно, что все взрывчатые вещества имеют не только большую плотность азота, но и плотность кислорода, величина которой для основных видов взрывчатых веществ лежит в диапазоне примерно от 0,80 до 1,15 г/см³, в то время как фактически все известные материалы, не являющиеся взрывчатыми веществами, но провоцирующие ложные тревоги, например нейлон, шелк, шерсть, кожа, меламин и другие, имеют относительно большую плотность азота и низкую плотность кислорода. Таким образом, представляется возможным, используя ядерные взаимодействия, например быстрых нейтронов с энергией 14 МэВ с ядрами кислорода, зарегистрировать вторичное гамма-излучение с энергией квантов 6,1 МэВ и получить дополнительную информацию о плотности кислорода в контролируемом предмете. Совместное рассмотрение полученных результатов регистрации интенсивности вторичного гамма-излучения от азота и кислорода даст возможность принять решение о наличии или отсутствии в контролируемом предмете взрывчатого вещества.

Поэтому ряд других известных способов обнаружения взрывчатых веществ и реализующих их установок, основанных на нейтронно-радиационном анализе материалов (US 5080856, 1992, US 5200626, 1993), предусматривают помещение контролируемого предмета в камеру с радиационной защитой, одновременное облучение контролируемого предмета тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ и быстрыми нейтронами с энергией около 14 МэВ, получаемыми с использованием управляемых импульсных источников быстрых нейтронов, регистрацию мгновенного гамма-излучения с энергией квантов 10,8 МэВ, испускаемого при радиационном захвате тепловых нейтронов ядрами атомов азота-14, и гамма-излучения с энергией квантов 6,1 МэВ, испускаемого ядрами атомов кислорода-16 в возбужденном состоянии, образовавшихся в результате взаимодействия быстрых нейтронов с энергией около 14 МэВ со стабильными ядрами атомов кислорода-16, получение на основе результатов регистрации гамма-излучения сведений о концентрации азота и кислорода в контролируемом предмете и принятие решения о наличии в нем взрывчатого вещества по факту повышенной концентрации азота и кислорода и по величине их соотношения.

Дополнительная регистрация гамма-излучения с энергией квантов 6,1 МэВ повышает информативность способа и, следовательно, вероятность правильного обнаружения взрывчатого вещества при осуществлении этого способа. Однако регистрация гамма-излучения с такой энергией квантов без предварительного выключения управляемого импульсного источника быстрых нейтронов осложняется наличием гамма-излучения с энергиями квантов в диапазоне 5-7 МэВ, испускаемого при ядерных взаимодействиях тепловых и быстрых нейтронов с ядрами атомов целого ряда других химических элементов, таких как хлор, марганец, натрий, железо, поскольку требует применения детекторов с очень высокой разрешающей способностью. Этот недостаток устраняется при отключении управляемого импульсного источника быстрых нейтронов или при удалении контролируемого предмета из камеры с радиационной защитой на время, соизмеримое с периодом полураспада кислорода-16, что, однако, приводит к увеличению общего времени контроля.

Кроме того, при облучении контролируемого предмета быстрыми нейтронами требуется дополнительная радиационная защита камеры для обеспечения действующих национальных требований по защите персонала и населения от воздействия ионизирующего излучения, что приводит к увеличению массы и габаритов реализующего этот способ устройства, а также увеличивается величина поглощенной дозы излучения, что может вызвать ухудшение потребительских свойств содержащихся в контролируемом предмете промышленных изделий, например электронной аппаратуры и фотографических материалов.

Поэтому наибольшую эффективность обеспечивают способы обнаружения взрывчатого вещества и реализующие их установки (US 5078952, 1992, US 5153439, 1992, US 5200626, 1993, ЕР 0336634, 1993, WO 91/14938), основанные на совместном использовании рентгенографии и нейтронно-радиационного анализа материалов посредством облучения контролируемого предмета тепловыми нейтронами или тепловыми и быстрыми нейтронами одновременно. Указанные известные способы обнаружения взрывчатых веществ в общей для них части включают первоначальное помещение контролируемого предмета в рентгеновскую установку, облучение контролируемого предмета рентгеновским излучением, регистрацию прошедшего через контролируемый предмет рентгеновского излучения для формирования одного или более рентгеновских изображений контролируемого предмета, последующее помещение контролируемого предмета в камеру с радиационной защитой, облучение контролируемого предмета тепловыми нейтронами или одновременное облучение контролируемого предмета тепловыми и быстрыми нейтронами, регистрацию испускаемого контролируемым предметом вторичного гамма-излучения с энергией квантов 10,8 МэВ, испускаемого при радиационном захвате тепловых нейтронов ядрами атомов азота-14, либо регистрацию вторичного гамма-излучения с энергией квантов 10,8 МэВ и вторичного гамма-излучения с энергией квантов 6,1 МэВ, испускаемого ядрами атомов кислорода-16 в возбужденном состоянии, образовавшихся в результате взаимодействия быстрых нейтронов со стабильными ядрами атомов кислорода-16, и принятие решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете на основании анализа как рентгеновского изображения контролируемого предмета, так и распределения в нем азота или азота и кислорода.

Совместное использование рентгенографии и нейтронно-радиационного анализа материалов обеспечивает повышение вероятности правильного обнаружения взрывчатого вещества, однако не освобождает указанные известные способы от приведенных выше недостатков, присущих каждой из указанных групп способов в отдельности.

Кроме того, использование всех перечисленных известных способов обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, основанных на нейтронно-радиационном анализе материалов, предусматривает облучение ими всего объема контролируемого предмета. Это, во-первых, требует применения источника с большим потоком быстрых нейтронов для достижения заданных характеристик обнаружения, что ведет к увеличению массы и габаритов реализующей этот способ установки из-за необходимости введения дополнительной радиационной защиты, и повышает стоимость установки. Во-вторых, это приводит к необходимости облучения нейтронами областей контролируемого предмета, в которых нет взрывчатого вещества, но могут находиться не относящиеся к взрывчатым веществам азотосодержащие материалы, которые в результате облучения тепловыми нейтронами будут испускать гамма-излучение с энергией квантов 10,8 МэВ, что повышает вероятность ложных тревог. И, в-третьих, не являющееся необходимым облучение нейтронами областей контролируемого предмета, не содержащих взрывчатого вещества, приводит к увеличению величины поглощенной дозы излучения содержащимися внутри контролируемого предмета изделиями, например электронной аппаратурой и фотографическими материалами, что может вызвать ухудшение их потребительских свойств.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению следует считать способ обнаружения оружия и взрывчатых веществ в контролируемых предметах (RU 2065156, 1996, G 01 N 23/222, 23/223), основанный на совместном использовании методов рентгенографии и нейтронно-радиационного анализа материалов. Указанный известный способ обнаружения оружия и взрывчатых веществ в контролируемых предметах включает первоначальное облучение контролируемого предмета рентгеновским излучением, регистрацию прошедшего через контролируемый предмет рентгеновского излучения, выявление по рентгеновскому изображению контролируемого предмета областей с плотностями неорганических и органических материалов, превышающими соответствующие установленные пороговые значения, определение в этих областях геометрической формы изделий с плотностью неорганических материалов, превышающей установленное пороговое значение, последующее облучение областей контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное пороговое значение, тепловыми нейтронами, испускаемыми излучателем тепловых нейтронов на основе радионуклидного источника на основе калифорния-252, регистрацию вторичного гамма-излучения с энергией квантов 10,8 МэВ, испускаемого облучаемыми областями контролируемого предмета, и использование в качестве информативных параметров для обнаружения оружия и взрывчатых веществ величины ослабления рентгеновского излучения контролируемым предметом в зависимости от атомных номеров химических элементов, входящих в состав находящихся в контролируемом предмете материалов, и длины волны рентгеновского излучения, геометрической формы областей с плотностью неорганических материалов, превышающей установленное пороговое значение, и интенсивности зарегистрированного вторичного гамма-излучения.

Как отмечалось выше, при переходе из возбужденного состояния в основное в среднем лишь 14 ядер атомов азота из 100 ядер атомов, захвативших тепловые нейтроны, испускают гамма-квант с энергией 10,8 МэВ, а остальные испускают два или более гамма-квантов с энергиями меньших значений, то есть всего лишь около 14% массы содержащегося во взрывчатом веществе азота будут испускать гамма-излучение, интенсивность которого используется в качестве одного из основных информативных признаков. Указанное обстоятельство приводит, с одной стороны, к увеличению минимальной массы взрывчатого вещества, которую можно обнаружить с использованием способа-прототипа, а с другой стороны, к необходимости снижения установленного порогового значения интенсивности вторичного гамма-излучения с энергией квантов 10,8 МэВ для обеспечения требуемой вероятности правильного обнаружения взрывчатого вещества, что вызывает рост вероятности ложной тревоги из-за наличия в контролируемом предмете других азотосодержащих материалов, отличных от взрывчатых веществ.

Поэтому способ-прототип, согласно которому участки контролируемого предмета с плотностью органических материалов выше установленного порогового значения облучают тепловыми нейтронами, не позволяет снизить вероятность ложных тревог, поскольку о наличии взрывчатого вещества судят только лишь по величине интенсивности гамма-излучения с энергией квантов 10,8 МэВ при радиационном захвате тепловых нейтронов ядрами атомов азота-14. В этом случае присутствие в контролируемом предмете азотосодержащих материалов, не являющихся взрывчатыми веществами, но содержащих азот в количествах, аналогичных его содержанию во взрывчатых веществах, может приводить к ошибочным решениям.

Поскольку число регистрируемых гамма-квантов существенно зависит от взаимного расположения облучаемой нейтронами области контролируемого предмета, испускающей вторичное гамма-излучение, и детектора гамма-излучения, прежде всего от расстояния между ними, на результаты регистрации гамма-квантов оказывает значительное влияние положение данной области в пределах объема контролируемого предмета. Отсутствие в способе-прототипе учета их взаимного расположения приведет к искажению результатов регистрации гамма-излучения, что при принятии решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете может вызвать пропуск взрывчатого вещества, тем самым снижая вероятность правильного обнаружения.

Использование в способе-прототипе неизменного однократно установленного порогового значения для суммарной интенсивности гамма-излучения, рассчитанного для достаточно широкого диапазона изменения возможных масс обнаруживаемого взрывчатого вещества, требует установления очень низкого порогового значения, достаточного для обнаружения с заданной вероятностью правильного обнаружения взрывчатого вещества, в том числе и минимальной массы. Применение такого низкого порогового значения, соответствующего минимальной массе взрывчатого вещества, будет приводить к ложным тревогам, вызываемым гамма-излучением, испускаемым не являющимися взрывчатыми веществами азотосодержащими материалами и азотом воздуха, существенно повышая их вероятность.

Кроме того, применение при реализации способа-прототипа имеющего неизменную диаграмму направленности излучателя тепловых нейтронов с излучающей поверхностью, которая дает достаточно широкий расходящийся пучок тепловых нейтронов, не позволяет осуществлять облучение тепловыми нейтронами небольшой по размерам области контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное пороговое значение, а приводит к неизбежному облучению нейтронами смежных с ней областей контролируемого предмета, в которых могут находиться не относящиеся к взрывчатым веществам азотосодержащие материалы, а также воздух. Указанное обстоятельство приводит к испусканию гамма-излучения не относящимися к взрывчатым веществам азотосодержащими материалами и азотом воздуха, находящимися в смежных с облучаемой областью областями контролируемого предмета, что также повышает вероятность ложных тревог.

Помимо этого, способ-прототип не обеспечивает высокого уровня радиационной безопасности, так как при его осуществлении используется радионуклидный источник нейтронов, что может приводить к радиоактивному загрязнению окружающей среды при аварийных ситуациях, вызванных взрывом или пожаром, а также к облучению населения при хищении источника. Облучение многих областей контролируемого предмета с плотностью органических материалов выше установленного порогового значения приводит также к неоправданному повышению наведенной тепловыми нейтронами активности в изделиях, содержащихся в контролируемых предметах, и поглощенной в них дозы облучения, что может приводить к снижению потребительских свойств этих изделий.

В случае необходимости проверки на наличие небольших масс взрывчатого вещества в малогабаритных контролируемых предметах, например почтовых бандеролях и такой ручной клади пассажиров, как сумки, портфели, видеокамеры, фотоаппараты, переносные компьютеры, мобильные телефоны и тому подобное, при помещении их для облучения нейтронами в камеру с радиационной защитой, размеры которой предусмотрены для контроля багажа или почтовых отправлений существенно больших габаритов, в ее внутренней полости может оказаться значительный объем воздуха, не вытесненный контролируемым предметом. При облучении его тепловыми нейтронами он также будет испускать гамма-излучение, которое при существенности объема невытесненного воздуха не позволит обнаружить небольшую массу взрывчатого вещества из-за значительной фоновой составляющей гамма-излучения азота воздуха, находящегося в камере с радиационной защитой.

Кроме того, способ-прототип не предусматривает идентификацию изделия, находящегося в области контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, по рентгеновскому изображению. Отсутствие такой информации о наличии в облучаемой тепловыми нейтронами области компактного изделия с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, приводит к снижению вероятности правильного обнаружения взрывчатого вещества и не позволяет снизить вероятность ложной тревоги.

По этой же причине способ-прототип предусматривает при нейтронно-радиационном анализе облучение тепловыми нейтронами всех областей контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, что существенно увеличивает общее время обнаружения взрывчатого вещества.

Недостатками способа-прототипа являются недостаточно высокая вероятность правильного обнаружения взрывчатого вещества, высокая вероятность ложной тревоги, повышенное значение минимальной массы взрывчатого вещества, которую способ позволяет обнаружить, значительное общее время обнаружения взрывчатого вещества, недостаточно высокий уровень радиационной безопасности, а также высокая вероятность снижения в результате контроля потребительских свойств некоторых видов промышленных изделий, содержащихся в контролируемом предмете.

Раскрытие изобретения
Целями предлагаемого изобретения являются повышение вероятности правильного обнаружения взрывчатого вещества, снижение вероятности ложных тревог, уменьшение минимальной массы взрывчатого вещества, которую способ позволяет обнаружить, сокращение общего времени обнаружения взрывчатого вещества, повышение уровня радиационной безопасности и уменьшение вероятности снижения потребительских свойств находящихся в контролируемом предмете изделий.

Поставленные цели достигаются согласно изобретению тем, что предлагаемый способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, включающий в соответствии с прототипом первоначальное облучение контролируемого предмета рентгеновским излучением, регистрацию прошедшего через контролируемый предмет рентгеновского излучения, выявление областей контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, на основании величины ослабления рентгеновского излучения, идентификацию изделий, находящихся в выявленных областях контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, на основании анализа зарегистрированного рентгеновского излучения, последующее облучение выявленных областей контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, тепловыми нейтронами, регистрацию гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, испускаемых облученными областями контролируемого предмета, отличается от прототипа тем, что выявляют содержащую неидентифицированное изделие область контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, определяют размеры и положение неидентифицированного изделия в контролируемом предмете на основании анализа зарегистрированного рентгеновского излучения, определяют предполагаемую массу обнаруживаемого взрывчатого вещества, соответствующую размерам неидентифицированного изделия, определяют и формируют диаграмму направленности излучателя тепловых нейтронов, соответствующую размерам неидентифицированного изделия, облучают тепловыми нейтронами только содержащую неидентифицированное изделие область контролируемого предмета, одновременно с регистрацией гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ регистрируют каскадные гамма-кванты, регистрацию гамма-квантов осуществляют, по меньшей мере, двумя детекторами гамма-излучения, подсчитывают пары каскадных гамма-квантов, зарегистрированных одновременно, определяют суммарную интенсивность гамма-излучения, испускаемого контролируемым предметом, определяют пороговое значение для суммарной интенсивности гамма-излучения на основании предполагаемой массы обнаруживаемого взрывчатого вещества, соответствующей размерам неидентифицированного изделия, и принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении порогового значения суммарной интенсивностью гамма-излучения.

При этом определение предполагаемой массы обнаруживаемого взрывчатого вещества, соответствующей размерам неидентифицированного изделия, выполняют на основании размеров неидентифицируемого изделия и средней плотности существующих взрывчатых веществ, облучение контролируемого предмета тепловыми нейтронами осуществляют основанным на дейтерий-дейтериевой реакции управляемым излучателем тепловых нейтронов с изменяемой диаграммой направленности, снабженным замедлителем нейтронов, регистрируют каскадные гамма-кванты с энергией 5,534 МэВ и 5,266 МэВ, суммарную интенсивность гамма-излучения определяют путем суммирования чисел регистрации гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ каждым из детекторов гамма-излучения, умноженных на весовой коэффициент показаний детектора, и чисел зарегистрированных одновременно каждой парой детекторов гамма-излучения пар каскадных гамма-квантов, умноженных на весовой коэффициент показаний пары детекторов, причем весовой коэффициент показаний детектора определяют экспериментально с учетом положения облучаемой нейтронами области контролируемого предмета относительно детектора гамма-излучения, а весовой коэффициент показаний пары детекторов определяют в виде среднего арифметического весовых коэффициентов показаний детекторов, входящих в указанную пару. Кроме того, перед облучением тепловыми нейтронами уменьшают массу окружающего контролируемый предмет воздуха путем его вытеснения, например, газовой средой, не содержащей азота.

Регистрация испускаемых облученной областью контролируемого предмета не только гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, но и каскадных гамма-квантов с энергией 5,534 МэВ и 5,266 МэВ с использованием, по меньшей мере, двух детекторов гамма-излучения, подсчет пар каскадных гамма-квантов, зарегистрированных одновременно, определение суммарной интенсивности гамма-излучения и сравнение последней с пороговым значением обеспечивают повышение вероятности правильного обнаружения взрывчатого вещества или понижение значения минимальной массы взрывчатого вещества, которую способ позволяет обнаружить, что подтверждается следующими соображениями.

Как отмечалось, при переходе из возбужденного состояния в основное в среднем лишь 14% ядер атомов азота, захвативших тепловые нейтроны, испускают гамма-кванты с энергией 10,8 МэВ, однако в среднем еще 19% ядер атомов азота осуществляют этот переход в две стадии через промежуточное возбужденное состояние, в котором находятся не более 10^-15 с. При таком двухстадийном переходе в основное состояние ядро атома азота вследствие малости времени нахождения в промежуточном возбужденном состоянии испускает практически одновременно в различных направлениях два каскадных гамма-кванта с энергиями соответственно 5,534 и 5,266 МэВ. Поскольку входящие в пару каскадные гамма-кванты испускаются в различных направлениях, их регистрация оказывается возможной, как правило, двумя детекторами гамма-излучения.

Дополнительная регистрация каскадных гамма-квантов с энергиями 5,534 МэВ и 5,266 МэВ увеличивает величину регистрируемой суммарной интенсивности гамма-излучения, которое испускают в среднем не 14%, а 33% ядер атомов азота, захвативших тепловые нейтроны, и, следовательно, повышает информативность способа. Поэтому совместная регистрация гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ и каскадных гамма-квантов с энергиями 5,534 МэВ и 5,266 МэВ повышает вероятность правильного обнаружения при заданных значениях вероятности ложных тревог и минимальной массы взрывчатого вещества, которую необходимо обнаружить.

Однако непосредственная регистрация каскадных гамма-квантов с энергиями 5,534 МэВ и 5,266 МэВ, подобная регистрации гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, практически неосуществима из-за наличия гамма-излучения с энергиями квантов в диапазоне 5-6 МэВ, испускаемого при взаимодействии тепловых нейтронов с ядрами атомов целого ряда других химических элементов, например серы, хлора и натрия. Вследствие этого при непосредственной регистрации каскадных гамма-квантов будет регистрироваться гамма-излучение не только от азота, но также, например, от серы, хлора и натрия, что может приводить к ложным тревогам.

Именно поэтому предлагаемый способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете предусматривает проверку совпадения во времени моментов регистрации двух гамма-квантов с энергиями соответственно 5,534 МэВ и 5,266 МэВ двумя детекторами гамма-излучения для определения факта того, что указанные два гамма-кванта являются парой каскадных гамма-квантов, испущенных именно одним из ядер атомов азота в результате двухстадийного перехода из возбужденного состояния в основное, а не ядрами атомов других химических элементов.

Выявление содержащей неидентифицированное изделие области контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, определение размеров и положения неидентифицированного изделия в контролируемом предмете, определение и формирование диаграммы направленности излучателя тепловых нейтронов, соответствующей размерам неидентифицированного изделия, облучение тепловыми нейтронами только содержащей неидентифицированное изделие области контролируемого предмета, регистрация гамма-квантов несколькими детекторами гамма-излучения, по меньшей мере, двумя, находящимися на различных расстояниях от облучаемой тепловыми нейтронами области контролируемого предмета, и определение суммарной интенсивности гамма-излучения, испускаемого контролируемым предметом, с учетом весовых коэффициентов показаний детекторов и весовых коэффициентов показаний пар детекторов, значения которых зависят от взаимного положения детекторов гамма-излучения и облучаемой тепловыми нейтронами области контролируемого предмета, обеспечивают увеличение информации, используемой при обнаружении взрывчатого вещества, за счет корректного учета результатов регистрации гамма-квантов детекторами гамма-излучения при определении суммарной интенсивности гамма-излучения и, следовательно, повышение вероятности правильного обнаружения.

При этом определение положения неидентифицированного изделия в контролируемом предмете на основании анализа зарегистрированного рентгеновского излучения позволяет определять весовой коэффициент показаний детектора гамма-излучения на основании взаимного расположения неидентифицированного изделия и детектора гамма-излучения и определять суммарную интенсивность гамма-излучения путем суммирования чисел регистрации гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ каждым из детекторов гамма-излучения, умноженных на указанный весовой коэффициент показаний детектора, и чисел зарегистрированных одновременно каждой из пар детекторов гамма-излучения пар каскадных гамма-квантов, умноженных на весовой коэффициент показаний пары детекторов, определяемый в виде среднего арифметического весовых коэффициентов показаний детекторов, входящих в данную пару.

Поскольку предлагаемый способ предусматривает регистрацию гамма-квантов несколькими детекторами гамма-излучения, по меньшей мере двумя, результат регистрации гамма-квантов каждым из них будет иметь свой вес, определяемый положением каждого детектора относительно облучаемой тепловыми нейтронами области контролируемого предмета с неидентифицированным изделием.

Поэтому предлагаемый способ предусматривает экспериментальное определение при калибровке весовых коэффициентов показаний детекторов, которые учитывают расстояние между детектором гамма-излучения и облучаемой тепловыми нейтронами области контролируемого предмета с неидентифицированным изделием, а также собственную эффективность и анизотропию чувствительности детектора гамма-излучения, рассеяние гамма-квантов, размеры и массу взрывчатого вещества, используемого при калибровке. Это также обеспечивает повышение вероятности правильного обнаружения взрывчатого вещества.

Определение размеров неидентифицированного изделия в контролируемом предмете на основании анализа зарегистрированного рентгеновского излучения, определение предполагаемой массы обнаруживаемого взрывчатого вещества, соответствующей размерам неидентифицированного изделия, на основании размеров неидентифицированного изделия и средней плотности существующих взрывчатых веществ, определение порогового значения для суммарной интенсивности гамма-излучения на основании предполагаемой массы обнаруживаемого взрывчатого вещества, соответствующей размерам неидентифицированного изделия, и принятие решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении указанного порогового значения суммарной интенсивностью гамма-излучения обеспечивают рациональный выбор порогового значения для суммарной интенсивности гамма-излучения в соответствии с предполагаемой массой обнаруживаемого взрывчатого вещества, что приводит к повышению вероятности правильного обнаружения взрывчатого вещества и уменьшению вероятности ложной тревоги.

Действительно, предлагаемый способ позволяет на основании размеров неидентифицированного изделия, полученных при анализе зарегистрированного рентгеновского излучения, и среднего значения плотности существующих взрывчатых веществ приближенно оценить массу неидентифицированного изделия в случае, если последнее является взрывчатым веществом. Использование полученной по результатам рентгенографического контроля оценки предполагаемой массы обнаруживаемого взрывчатого вещества в качестве априорной информации для операции нейтронно-радиационного анализа контролируемого предмета в соответствии с предлагаемым способом позволяет наилучшим образом определить пороговое значение для суммарной интенсивности гамма-излучения, учитывающее предполагаемую массу обнаруживаемого взрывчатого вещества, соответствующую размерам неидентифицированного изделия, и обеспечивающее наибольшее из возможных в данных условиях обнаружения значение вероятности правильного обнаружения.

Кроме того, использование неизменного порогового значения для суммарной интенсивности гамма-излучения, устанавливаемого без учета априорной информации о предполагаемой массе обнаруживаемого взрывчатого вещества, как это предусмотрено способом-прототипом, требует выбора достаточно низкого порогового значения, достаточного для обнаружения с заданной вероятностью правильного обнаружения взрывчатого вещества минимальной массы. Применение такого низкого порогового значения, соответствующего минимальной массе взрывчатого вещества, будет приводить к ложным тревогам, вызываемым гамма-излучением, испускаемым не являющимися взрывчатыми веществами азотосодержащими материалами и азотом воздуха.

Предлагаемый способ в случае, когда оцененная по результатам рентгенографического контроля предполагаемая масса обнаруживаемого взрывчатого вещества значительно превышает минимальную массу, позволяет увеличить пороговое значение для суммарной интенсивности гамма-излучения в соответствии с величиной предполагаемой массы взрывчатого вещества, не вызывая заметного уменьшения вероятности правильного обнаружения, но приводя к существенному снижению вероятности ложной тревоги, обусловленной гамма-излучением, испускаемым не являющимися взрывчатыми веществами азотосодержащими материалами и азотом воздуха.

Выявление содержащей неидентифицированное изделие области контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, определение размеров и положения неидентифицированного изделия в контролируемом предмете, определение и формирование диаграммы направленности излучателя тепловых нейтронов, соответствующей размерам неидентифицированного изделия, и облучение тепловыми нейтронами только содержащей неидентифицированное изделие области контролируемого предмета позволяет, с одной стороны, облучать тепловыми нейтронами весь объем неидентифицируемого изделия, а с другой стороны, не производить облучения тепловыми нейтронами смежных с неидентифицируемым изделием областей контролируемого предмета, в которых могут находиться азотосодержащие материалы, не являющиеся взрывчатыми веществами. Первое обстоятельство обеспечивает испускание гамма-излучения всем объемом неидентифицированного изделия, что вызывает увеличение суммарной интенсивности регистрируемого гамма-излучения и приводит к повышению вероятности правильного обнаружения взрывчатого вещества. Второе обстоятельство вызывает уменьшение гамма-излучения, испускаемого находящимися в смежных с неидентифицированным изделием областях контролируемого предмета не являющимися взрывчатыми веществами азотосодержащими материалами, в результате чего снижается вероятность ложных тревог.

Кроме того, выявление содержащей неидентифицированное изделие области контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, и облучение тепловыми нейтронами только этой указанной области обеспечивает сокращение общего времени обнаружения взрывчатого вещества за счет исключения операций нейтронно-радиационного анализа тех областей контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, в которых все содержащиеся изделия идентифицированы.

Выявление содержащей неидентифицированное изделие области контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, определение размеров и положения неидентифицированного изделия в контролируемом предмете на основании анализа зарегистрированного рентгеновского излучения, определение и формирование диаграммы направленности излучателя тепловых нейтронов, соответствующей размерам неидентифицированного изделия, и облучение тепловыми нейтронами только содержащей неидентифицированное изделие области контролируемого предмета основанным на дейтерий-дейтериевой реакции управляемым излучателем тепловых нейтронов с изменяемой диаграммой направленности, снабженным замедлителем нейтронов, не приводит к облучению тепловыми нейтронами остальных областей контролируемого предмета, заведомо не содержащих взрывчатого вещества.

Это, во-первых, способствует повышению уровня радиационной безопасности, во-вторых, уменьшает вероятность снижения потребительских свойств содержащихся в контролируемом предмете промышленных изделий, например фотографических материалов и электронной аппаратуры, вследствие облучения их нейтронами и, в-третьих, не вызывает облучения тепловыми нейтронами не являющихся взрывчатыми веществами азотосодержащих материалов, находящихся в указанных не облучаемых нейтронами областях контролируемого предмета, которые в этом случае не будут испускать вторичного гамма-излучения, способного привести к ложной тревоге.

Уменьшение перед облучением тепловыми нейтронами массы окружающего контролируемый предмет воздуха путем его вытеснения, например газовой средой, не содержащей азота, обеспечивает снижение вероятности ложной тревоги, которую может вызвать испускаемое содержащимся в воздухе азотом гамма-излучение, или уменьшение минимальной массы взрывчатого вещества, обнаруживаемой при неизменном времени регистрации гамма-излучения с заданными вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги, что происходит за счет снижения фоновой составляющей гамма-излучения азота воздуха, находящегося в камере с радиационной защитой.

Это является особенно актуальным в случае необходимости проверки на наличие взрывчатого вещества в малогабаритных контролируемых предметах, например почтовых бандеролях и такой ручной клади пассажиров, как сумки, портфели, видеокамеры, фотоаппараты, переносные компьютеры, мобильные телефоны и тому подобное. При помещении их для облучения тепловыми нейтронами в камеру с радиационной защитой, размеры которой предусмотрены для контроля багажа или почтовых отправлений существенно больших габаритов, в ее внутренней полости неизбежно окажется значительный, не вытесненный контролируемым предметом объем воздуха. При облучении его тепловыми нейтронами он также будет испускать гамма-излучение, которое при существенности объема невытесненного воздуха может вызвать ложную тревогу или не позволит обнаружить небольшую массу взрывчатого вещества из-за значительной фоновой составляющей гамма-излучения азота воздуха, находящегося в камере с радиационной защитой.

Указанные обстоятельства подтверждают достижение декларированного в цели изобретения технического результата благодаря наличию у предлагаемого способа перечисленных отличительных признаков.

Сущность предлагаемого способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете заключается в следующем:
- первоначально помещают контролируемый предмет в рентгеновскую установку и облучают рентгеновским излучением;
- регистрируют прошедшее через контролируемый предмет рентгеновское излучение и формируют не менее двух цифровых рентгеновских изображений контролируемого предмета в двух различных, предпочтительно ортогональных проекциях;
- на основании анализа рентгеновских изображений выявляют области контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение;
- идентифицируют изделия, находящиеся в выявленных областях контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, на основании анализа его рентгеновских изображений. Если все находящиеся в данных областях изделия идентифицированы и отнесены к не содержащим взрывчатые вещества изделиям, контролируемый предмет снимают с контроля. Если какое-либо изделие идентифицировано как содержащее взрывчатое вещество, контролируемый предмет направляют на досмотр;
- выявляют содержащую неидентифицированное изделие область
контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение;
- определяют размеры и положение неидентифицированного изделия в контролируемом предмете на основании рентгеновских изображений;
- определяют объем неидентифицированного изделия на основании его размеров, а затем вычисляют предполагаемую массу обнаруживаемого взрывчатого вещества, соответствующую размерам неидентифицированного изделия, учитывая среднюю плотность существующих взрывчатых веществ, например, в диапазоне от 1,25 до 2,00 г/см³;
- на основании полученных размеров неидентифицированного изделия определяют требуемую минимальную диаграмму направленности управляемого излучателя тепловых нейтронов, необходимую для обеспечения облучения тепловыми нейтронами всего объема неидентифицированного изделия в соответствии с его размерами, и устанавливают полученную минимальную диаграмму направленности управляемого излучателя тепловых нейтронов;
- помещают контролируемый предмет в камеру с радиационной защитой и облучают только содержащую неидентифицированное изделие область контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, тепловыми нейтронами с помощью управляемого излучателя тепловых нейтронов с изменяемой диаграммой направленности, основанного, например, на дейтерий-дейтериевой реакции и снабженного замедлителем нейтронов;
- регистрируют в течение времени Т гамма-кванты вторичного гамма-излучения, испускаемого облучаемой тепловыми нейтронами областью контролируемого предмета, М детекторами гамма-излучения (М≥2), которые преобразуют световые вспышки, возникающие при взаимодействии гамма-квантов со сцинтиллятором детектора, в электрические импульсы с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов. Выделяют электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов 10,8 МэВ, 5,534 МэВ и 5,266 МэВ;
- подсчитывают пропорциональное одной из составляющих суммарной интенсивности гамма-излучения число N электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов 10,8 МэВ, зарегистрированных за время Т каждым детектором с номером 1 из общего количества М детекторов гамма-излучения;
- выделяют электрические импульсы от пар каскадных гамма-квантов на основании совпадения во времени электрических импульсов с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов соответственно 5,534 МэВ и 5,266 МэВ;
- подсчитывают пропорциональное второй составляющей суммарной интенсивности гамма-излучения число К_ij пар каскадных гамма-квантов, которые зарегистрированы за время Т каждой парой детекторов с номерами i и j из общего количества М детекторов гамма-излучения;
- вычисляют логарифм отношения правдоподобия в виде

где w_i - определяемый экспериментально при калибровке весовой коэффициент показаний детектора гамма-излучения с номером i, учитывающий расстояние между детектором и облучаемой тепловыми нейтронами областью контролируемого предмета, а также собственную эффективность и анизотропию чувствительности детектора гамма-излучения, рассеяние гамма-квантов, размеры и массу взрывчатого вещества, используемого при калибровке;
N_эi - среднее число регистрации за время Т детектором гамма-излучения с номером i гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, полученное экспериментально при предварительной калибровке реализующей способ системы с использованием взрывчатого вещества, масса которого равна вычисленной предполагаемой массе взрывчатого вещества, соответствующей размерам неидентифицированного изделия;
w_ij - весовой коэффициент показаний пары детекторов гамма-излучения, состоящей из детекторов с номерами i и j, который определяется в виде среднего арифметического весовых коэффициентов показаний указанных детекторов, w_ij= (w_i+w_j)/2;
К_эij - среднее число регистрации за время Т парой детекторов гамма-излучения, состоящей из детекторов с номерами i и j, пар каскадных гамма-квантов, полученное экспериментально при предварительной калибровке реализующей способ системы с использованием взрывчатого вещества, масса которого равна вычисленной предполагаемой массе взрывчатого вещества, соответствующей размерам неидентифицированного изделия;
- сравнивают полученный логарифм отношения правдоподобия L с нижним и верхним пороговыми значениями, равными соответственно L₁=ln ((l-Р_по)/(l-Р_лт)) и L₂= ln(Р_по/Р_лт), где Р_по - требуемая вероятность правильного обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете; Рлт - требуемая вероятность ложной тревоги. Если в результате сравнения логарифм отношения правдоподобия окажется меньше нижнего порогового значения (L<L₁), принимают решение об отсутствии взрывчатого вещества и контролируемый предмет снимают с контроля. Если логарифм отношения правдоподобия превысит верхнее пороговое значение (L>L₂), принимают решение о наличии взрывчатого вещества и контролируемый предмет отправляют на досмотр. В случае, если величина логарифма отношения правдоподобия лежит между нижним и верхним пороговыми значениями (L₁<L<L₂), решение о наличии или отсутствии взрывчатого вещества с требуемыми вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги принято быть не может.

При этом продолжают контроль путем проведения повторного нейтронно-радиационного анализа контролируемого предмета с повторным облучением тепловыми нейтронами, регистрацией вторичного гамма-излучения и повторным принятием решения, как это предусматривает предлагаемый способ.

Кроме того, в случае необходимости обнаружения взрывчатого вещества в малогабаритном контролируемом предмете, размеры которого существенно меньше размеров внутренней полости камеры с радиационной защитой, после помещения в нее контролируемого предмета и перед облучением его тепловыми нейтронами для уменьшения массы остаточного воздуха выполняют вытеснение воздуха из камеры, например, газовой средой, не содержащей азота, в качестве которой может использоваться углекислый газ.

Краткое описание чертежей
Реализация предлагаемого способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете поясняется следующими графическими материалами.

На фиг. 1 показана система для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, где 1 - рентгеновская установка, 2 - установка для нейтронно-радиационного анализа, 3 - видеокамера, 4 - контролируемый предмет, 5 - первый транспортер, 6 - второй транспортер, 7 - третий транспортер и 8 - поворотная заслонка.

На фиг. 2 показан поперечный разрез по А-А установки 2 для нейтронно-радиационного анализа (фиг.1), где 9 - корпус, 10 - радиационная защита, 11 - камера, 12 - лента третьего транспортера 7, 13 - управляемый излучатель тепловых нейтронов, 14 - детекторы гамма-излучения, 15 - боковые отражатели нейтронов и 16 - нижний отражатель нейтронов.

На фиг. 3 показан продольный разрез по Б-Б установки 2 для нейтронно-радиационного анализа (фиг.1), где 17 - горизонтальная шахта.

На фиг. 4 показан продольный разрез управляемого излучателя 13 тепловых нейтронов, где 18 - источник нейтронов, 19 - мишень источника нейтронов, 20 - замедлитель нейтронов, 21 - отражатель нейтронов, 22 - фильтр, 23 - коллиматор, 24 - стакан источника, 25 - электродвигатель, 26 - обойма и 27 - червячная передача.

На фиг.5 показан продольный разрез детектора 14 гамма-излучения, где 28 - корпус детектора, 29 - стакан нейтронного фильтра, 30 - сцинтиллятор и 31 - фотоэлектронный умножитель.

На фиг. 6 показан поперечный разрез по А-А установки 2 для нейтронно-радиационного анализа (фиг. 1) в случае обнаружения взрывчатого вещества в малогабаритном контролируемом предмете 4, например мобильном телефоне, где 32 - герметичная эластичная оболочка, заполненная газовой средой, не содержащей азота, например углекислым газом.

На фиг. 7 показан продольный разрез по Б-Б установки 2 для нейтронно-радиационного анализа (фиг. 1) в случае обнаружения взрывчатого вещества в малогабаритном контролируемом предмете 4, например мобильном телефоне.

На фиг.8 показана структурная схема входящей в установку 2 для нейтронно-радиационного анализа электронной аппаратуры, где 14₁-14_М - М детекторов гамма-излучения, 33₁-33_М - М усилителей, 34₁-34_М - М амплитудных анализаторов, 35₁-35_М(М-1)- М(М-1) схем совпадения, 36 - привод излучателя нейтронов, 37 - датчик положения контролируемого предмета 4, 38 - блок управления третьим транспортером 7, 39 - компьютер и 40 - сигнализатор тревоги.

На фиг.9 показано положение контролируемого предмета 4 на ленте первого транспортера 5 в рентгеновской установке 1 в системе координат Х_рО_рY_p, связанной с рентгеновской установкой 1.

На фиг.10 показано положение контролируемого предмета 4 на ленте 12 третьего транспортера 7 в поле зрения видеокамеры 3 в системе координат Х_вО_вY_в, связанной с видеокамерой 3 и датчиком 37 положения контролируемого объекта 4, где 37₁ - источник оптического излучения и 37₂ - приемник оптического излучения датчика 37 положения контролируемого предмета 4.

На фиг.11 показано положение контролируемого предмета 4 на ленте 12 третьего транспортера 7 в камере 11 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа в системе координат Х_кО_кY_к, связанной с камерой 11.

Лучший вариант выполнения изобретения
Реализующая предлагаемый способ система для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете (фиг.1) содержит рентгеновскую установку 1, проходящий через внутреннюю полость рентгеновской установки 1 первый транспортер 5, второй транспортер 6, установку 2 для нейтронно-радиационного анализа, проходящий через внутреннюю полость установки 2 для нейтронно-радиационного анализа третий транспортер 7, видеокамеру 3, установленную над третьим транспортером 7 перед входом во внутреннюю полость установки 2 для нейтронно-радиационного анализа, и поворотную заслонку 8, установленную с возможностью поворота при помощи привода над лентой первого транспортера 5 у выхода из рентгеновской установки 1 в месте примыкания ленты второго транспортера 6. Первый транспортер 5 обеспечивает перемещение контролируемого предмета 4 через горизонтальную шахту рентгеновской установки 1, а второй транспортер 6 - вывод контролируемого предмета 4 из зоны контроля в случае, если анализ рентгеновского изображения не показал наличие в нем областей с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, или если анализ показал наличие указанных областей, но все содержащиеся в них изделия идентифицированы и отнесены к не содержащим взрывчатые вещества. Третий транспортер 7 предназначен для перемещения контролируемого предмета 4 через горизонтальную шахту установки 2 для нейтронно-радиационного анализа и выполнен с возможностью останова с малым выбегом.

В качестве рентгеновской установки 1 могут быть использованы, например, рентгеновские системы досмотра багажа Z-SCAN разработки и производства фирмы EG& G Astrophysics Research Corporation, Лонг-Бич, Калифорния, США, а также рентгеновские томографические системы типа СТХ-5000 SP и СТХ-5500 DS разработки и производства фирмы In Vision Technologies, Фостер Сити, Калифорния, США, которые позволяют получать не менее двух рентгеновских изображений контролируемого предмета в различных проекциях. Например, система досмотра багажа Z-scan содержит корпус с радиационной защитой и горизонтальной шахтой, через которую проложен транспортер, рентгеновскую трубку с коллиматором рентгеновского излучения, сцинтиллятор, изготовленный, например, из вольфрамата кадмия, матрицу фотодиодов, блок аналого-цифровых преобразователей, аппаратуру обработки информации, пульт управления и средство отображения информации в виде цветного дисплея.

Установка 2 для нейтронно-радиационного анализа состоит (фиг.2 и 3) из корпуса 9, внутри которого размещена радиационная защита 10, выполненная из полиэтилена с бором для снижения уровня нейтронного излучения и свинца для снижения уровня гамма-излучения до допустимых значений. Сквозь корпус 9 и радиационную защиту 10 проходит горизонтальная шахта 17 с расположенной вдоль нее в нижней ее части лентой 12 третьего транспортера 7. В центральной части горизонтальной шахты 17 находится камера 11, образованная двумя боковыми отражателями 15 нейтронов и нижним отражателем 16 нейтронов и предназначенная для размещения контролируемого предмета 4 при его облучении тепловыми нейтронами. Боковые отражатели 15 нейтронов и нижний отражатель 16 нейтронов выполнены из полиэтилена в виде пластин с размерами, не менее соответствующих габаритных размеров камеры 11, и установлены вдоль нее соответственно вертикально и горизонтально заподлицо с ее соответствующими стенками. Боковые 15 и нижний 16 отражатели нейтронов предназначены для увеличения доли тепловых нейтронов за счет замедления в материале отражателей быстрых нейтронов, попавших из управляемого излучателя 13 тепловых нейтронов, и обеспечения равномерности распределения тепловых нейтронов по объему облучаемой области контролируемого предмета 4. Над камерой 11 в выполненной в радиационной защите 10 полости на оси O_кY_к системы координат Х_кО_кY_к (фиг. 11), связанной с камерой 11, установлен управляемый излучатель 13 тепловых нейтронов, который имеет возможность перемещения над лентой 12 третьего транспортера 7 вдоль оси О_кY_к в плоскости, перпендикулярной направлению движения ленты 12 третьего транспортера 7, с помощью привода (на фигурах не показан). В выполненных в радиационной защите 10 полостях под камерой 11 и с двух ее боковых сторон соответственно за нижним отражателем 16 нейтронов и боковыми отражателями 15 нейтронов установлены детекторы 14 гамма-излучения. Для обеспечения возможности останова ленты 12 третьего транспортера 7 с контролируемым предметом 4 перед входом в горизонтальную шахту 17 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа для получения изображения с помощью видеокамеры 3 установка 2 для нейтронно-радиационного анализа снабжена датчиком положения 37 контролируемого предмета 4, который на фиг. 1, 2 и 3 не показан.

Кроме того, над камерой 11 в выполненной в радиационной защите 10 полости установлена герметичная эластичная оболочка 32 (фиг.6 и 7), снабженная магистралью с клапаном для подвода сжатого углекислого газа, используемая при обнаружении взрывчатого вещества в малогабаритном контролируемом предмете 4 и показанная на данных фигурах в заполненном углекислым газом состоянии. Данная заполненная углекислым газом герметичная эластичная оболочка 32 обеспечивает вытеснение остаточного воздуха, содержащего азот, из камеры 11 при облучении нейтронами малогабаритного контролируемого предмета 4, размеры которого существенно меньше размеров камеры 11.

Управляемый излучатель 13 тепловых нейтронов (фиг.4) содержит источник 18 нейтронов с мишенью 19 источника нейтронов, который установлен в выполненном, например, из алюминия стакане 24 источника с возможностью осевого перемещения внутри стакана 24 источника с помощью червячной передачи 27, приводимой в действие закрепленным на стакане 24 источника посредством обоймы 26 шаговым электродвигателем 25. Стакан 24 источника с находящимся внутри его источником 18 нейтронов окружен выполненным, например, из графита замедлителем 20 нейтронов. Кроме того, управляемый излучатель 13 тепловых нейтронов содержит окружающий замедлитель 20 нейтронов и выполненный, например, из полиэтилена отражатель 21 нейтронов, примыкающий к замедлителю 20 нейтронов и установленный в отверстии отражателя 21 нейтронов фильтр 22 и окружающий фильтр 22 коллиматор 23. Фильтр 22 может быть выполнен из висмута, а коллиматор 23 - из полиэтилена с бором.

В качестве источника 18 нейтронов могут быть использованы источники нейтронов на основе дейтерий-дейтериевой реакции, которые производятся, например, фирмой Kaman Nuclear, Колорадо, США или фирмой Sodem, Франция и обеспечивают генерирование быстрых нейтронов с энергией около 2,3 МэВ. Замедлитель 20 нейтронов обеспечивает уменьшение кинетической энергии быстрых нейтронов до энергии около 0,025 эВ. Отражатель 21 нейтронов предназначен для предотвращения утечки нейтронов через боковую поверхность, возвращая их в объем замедлителя 20 нейтронов. Фильтр 22 обеспечивает снижение потока быстрых нейтронов и захватного гамма-излучения, выходящих в камеру 11, а коллиматор 23 предназначен для формирования пучка тепловых нейтронов с площадью поперечного сечения, равной площади облучаемой нейтронами области контролируемого предмета 4. Электродвигатель 25 с червячной передачей 27 обеспечивают возможность реверсивного осевого перемещения источника 18 нейтронов внутри стакана 24 источника, что позволяет расширять или уменьшать диаграмму направленности управляемого излучателя 13 тепловых нейтронов.

Детектор 14 гамма-излучения (фиг. 5) содержит корпус 28 детектора с размещенным внутри его фотоэлектронным умножителем 31, находящимся в оптическом контакте с помещенным в стакан 29 нейтронного фильтра сцинтиллятором 30. В качестве сцинтиллятора 30 наиболее предпочтительно применение неорганического сцинтиллятора, например йодистого натрия, активированного таллием. Для уменьшения воздействия на сцинтиллятор 30 тепловых нейтронов, проникающих из камеры 11, он размещен в стакане 29 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 (фиг.8) содержит М детекторов 14₁-14_М гамма-излучения, которые через М усилителей 33₁-33_М подключены к входам М амплитудных анализаторов 34₁-34_М, каждый из которых построен на основе компараторов и имеет по три выхода. Первый выход каждого амплитудного анализатора 34₁-34_М подключен непосредственно к компьютеру 39 и служит для передачи электрических импульсов, сформированных при регистрации гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ. Второй и третий выходы каждого амплитудного анализатора 34₁-34_М, например, амплитудного анализатора 34₁, попарно соответственно с третьими и вторыми выходами остальных (М-1)-амплитудных анализаторов 34₂-34_М подключены к двум входам М(М-1)- схем 35₁-35_М(М-1) совпадения и служат для передачи электрических импульсов, сформированных при регистрации каскадных гамма-квантов с энергией соответственно 5,534 и 5,266 МэВ. Выходы М(М-1)-схем 35₁-35_М(М-1) совпадения соединены с компьютером 39 для передачи электрических импульсов, сформированных при регистрации пар каскадных гамма-квантов всеми возможными парами детекторов 14₁-14_М гамма-излучения.

Видеокамера 3, способная формировать цифровой сигнал изображения и установленная над лентой 12 третьего транспортера 7 перед входом в горизонтальную шахту 17, подключена ко входу компьютера 39 для передачи цифрового сигнала изображения контролируемого предмета 4, находящегося на ленте 12 третьего транспортера 7 перед входом в горизонтальную шахту 17. Кроме того, ко входу компьютера 39 подключен выход рентгеновской установки 1 (на фигурах не показано) для передачи цифрового сигнала рентгеновских изображений контролируемого предмета 4.

Первый выход компьютера 39 соединен с входом привода 36 излучателя нейтронов, который обеспечивает возможность реверсивного однокоординатного перемещения управляемого излучателя 13 тепловых нейтронов над лентой 12 третьего транспортера 7 вдоль оси О_кY_к (фиг.11) в плоскости, перпендикулярной направлению движения ленты 12 третьего транспортера 7. Второй выход компьютера 39 соединен с входом сигнализатора 40 тревоги, предназначенного для формирования сигналов наличия или отсутствия взрывчатого вещества в контролируемом предмете 4. Третий выход компьютера 39 подключен к первому входу блока 38 управления третьим транспортером 7 для подачи сигнала останова третьего транспортера 7 при перемещении контролируемого предмета 4 в заданное положение внутри камеры 11 и сигнала пуска третьего транспортера 7 после окончания нейтронно-радиационного анализа контролируемого предмета 4 в камере 11. Четвертый выход компьютера 39 соединен с шаговым электродвигателем 25 управляемого излучателя 13 тепловых нейтронов для обеспечения возможности передачи импульсов, количество которых соответствует требуемому продольному осевому перемещению источника 18 нейтронов в положение, обеспечивающее необходимую для облучения неидентифицированного изделия определенных размеров диаграмму направленности управляемого излучателя 13 тепловых нейтронов.

Датчик 37 положения контролируемого предмета 4 может быть выполнен оптико-электронным в виде источника 37₁ оптического излучения, например, инфракрасного диапазона длин волн, и согласованного с ним по характеристикам спектральной чувствительности приемника 37₂ оптического излучения. Датчик 37 положения контролируемого предмета 4 установлен (фиг.8 ) над лентой 12 третьего транспортера 7 между видеокамерой 3 и входом в горизонтальную шахту 17 вдоль оси О_вY_в системы координат Х_вО_вY_в (фиг.10) так, чтобы при попадании переднего по ходу движения края контролируемого предмета 4 в поле его обзора контролируемый предмет 4 полностью находился в поле зрения видеокамеры 3. Выход датчика 37 положения контролируемого предмета подключен к входу видеокамеры 3 для ее включения и ко второму входу блока 38 управления третьим транспортером 7 для передачи сигнала останова после перемещения контролируемого предмета 4 в поле зрения видеокамеры 3.

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

Оператор, осуществляющий контроль, устанавливает контролируемый предмет 4 на непрерывно движущийся первый транспортер 5 (фиг.1), которым контролируемый предмет 4 перемещается в рентгеновскую установку 1, в качестве которой используется, например, рентгеновская система досмотра багажа Z-SCAN, позволяющая получать два рентгеновских изображения контролируемого предмета 4, полученных в различных проекциях. В процессе перемещения контролируемого предмета 4 первым транспортером 5 через рентгеновскую установку 1 происходит облучение контролируемого предмета 4 рентгеновским излучением.

При прохождении рентгеновского излучения через контролируемый предмет 4 его интенсивность уменьшается вследствие поглощения и рассеяния содержащимися в контролируемом предмете материалами, причем степень поглощения возрастает с увеличением атомных номеров входящих в состав этих материалов химических элементов. Поскольку органические материалы состоят, главным образом, из химических элементов с низким значением атомного номера, как правило, не превышающим 10, а неорганические материалы содержат, в основном, химические элементы с более высокими значениями атомных номеров, энергия регистрируемого рентгеновского излучения будет определяться тем, через какие материалы, находящиеся в контролируемом предмете 4, органические или неорганические, это излучение прошло. В результате регистрации рентгеновского излучения в двух энергетических диапазонах рентгеновская установка 1 обеспечивает возможность формирования изображений на экране дисплея органических материалов в оранжевом цвете, а неорганических материалов - в синем цвете. При наложении органических и неорганических материалов в объеме контролируемого предмета 4 или при очень большой плотности материала изображение имеет зеленый цвет. Формирование цветного рентгеновского изображения контролируемого предмета 4 делает удобным его анализ оператором, поскольку оружие отображается на экране дисплея зеленым цветом, неорганические материалы, которые не могут входить в состав взрывчатого вещества, - синим, а органические материалы, потенциально способные оказаться взрывчатым веществом, - оранжевым.

На основании анализа цветного рентгеновского изображения оператор прежде всего устанавливает наличие в контролируемом предмете 4 оружия и областей с высокой плотностью органических материалов. Если они отсутствуют в контролируемом предмете 4, то последний поворотной заслонкой 8, расположенной поперек ленты первого транспортера 5, перемещается на ленту второго транспортера 6, удаляющего этот контролируемый предмет 4 из зоны контроля. При обнаружении в контролируемом предмете 4 оружия, изображение которого имеет зеленый цвет и которое идентифицируется по его характерной геометрической форме, оператор снимает контролируемый предмет 4 с первого транспортера 5 и отправляет его на досмотр.

Если контролируемый предмет 4 оружия не содержит, но имеет область с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, что оценивается по насыщенности оранжевого цвета в рентгеновском изображении, оператор выполняет идентификацию находящихся в данной области изделий по геометрической форме их рентгеновских изображений. Если в результате идентификации эти изделия будут отнесены к не содержащим взрывчатые вещества, контролируемый предмет 4 первым транспортером 5 и затем вторым транспортером 6 удаляется из зоны контроля.

Если находящееся в области контролируемого предмета 4 с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, изделие оператор не может с уверенностью идентифицировать как не содержащее взрывчатое вещество, он отмечает центр неидентифицированного изделия путем касания указкой соответствующего места сенсорного дисплея рентгеновской установки 1. В результате этого автоматически в компьютер 39 вводятся координаты x_p ^в, y_p ^в системе координат X_pO_pY_p (фиг.9), связанной с рентгеновской установкой 1, центра (точки В) неидентифицированного изделия и, по меньшей мере, два цифровых рентгеновских изображения контролируемого предмета 4, полученных в двух, предпочтительно ортогональных, проекциях.

Компьютер 39 по этим координатам и цифровому рентгеновскому изображению контролируемого предмета 4, соответствующему его виду сверху, вычисляет координаты x_p ^А, x_p ^А и x_p ^Б, x_p ^Б угловых точек соответственно А и Б контролируемого предмета 4, находящегося в произвольном положении на ленте первого транспортера 5, например под углом β к продольной оси ленты транспортера. Далее компьютер 39 по координатам центра (точки В) неидентифицированного изделия и угловых точек А и Б вычисляет расстояние d и угол α (фиг.9), определяющие положение центра неидентифицированного изделия в контролируемом предмете 4, в соответствии с выражениями
d = ((х_р ^А-x_р ^В)²+(y_р ^А-y_р ^В)²)^1/2,
α = arccos((d²+d21

-d22)/(2dd₁)),
d₁ = ((х_р ^А-x_р ^Б)²+(y_р ^A-y_р ^Б)²)^1/2,
d₂ = ((x_р ^В-x_р ^Б)²+(y_р ^В-y_р ^Б)²)^1/2
Компьютер 39 на основании обработки цифрового рентгеновского изображения контролируемого предмета 4, соответствующего его виду сверху, определяет максимальный габаритный размер неидентифицированного изделия и выбирает из хранящихся в его запоминающем устройстве значений ближайшее к полученному максимальному габаритному размеру неидентифицированного изделия. При калибровке установки 2 для нейтронно-радиационного анализа на этапе ввода системы в эксплуатацию в запоминающее устройство компьютера 39 были занесены возможные величины максимального габаритного размера неидентифицированного изделия и соответствующие им значения, определяющие требуемое продольное осевое положение источника 18 нейтронов внутри стакана 24 источника управляемого излучателя 13 тепловых нейтронов (фиг.4). При таком требуемом продольном осевом положении источника 18 нейтронов обеспечивается получение минимально возможной диаграммы направленности управляемого излучателя 13 тепловых нейтронов, которая позволит в дальнейшем облучать, с одной стороны, весь объем неидентифицированного изделия, но, с другой стороны, только область контролируемого предмета 4, ограниченную максимальным габаритным размером неидентифицированного изделия. Этим впоследствии будет обеспечено исключение возможности облучения тепловыми нейтронами областей контролируемого предмета 4, смежных с неидентифицированным изделием.

Компьютер 39 выбирает из хранящихся в его запоминающем устройстве соответствующее ближайшему к полученному максимальному габаритному размеру неидентифицированного изделия значение в виде количества импульсов, которые необходимо подать на шаговый электродвигатель 25 управляемого излучателя 13 тепловых нейтронов, чтобы продольно переместить источник 18 нейтронов в положение, при котором будет обеспечена требуемая минимально возможная диаграмма направленности управляемого излучателя 13 тепловых нейтронов. Указанное количество импульсов с выхода компьютера 39 поступает на шаговый двигатель 25 управляемого излучателя 13 тепловых нейтронов, который с помощью червячной передачи 27 продольно перемещает источник 18 нейтронов в требуемое положение.

Кроме того, на основании обработки двух цифровых рентгеновских изображений контролируемого предмета 4, полученных в двух различных, предпочтительно ортогональных, проекциях, компьютер 39 вычисляет приблизительный объем неидентифицированного изделия, а затем с учетом средней плотности существующих взрывчатых веществ, лежащей в диапазоне от 1,25 до 2,00 г/см³, определяет предполагаемую массу обнаруживаемого взрывчатого вещества, которым может оказаться неидентифицированное изделие.

Затем по сигналу с компьютера 39 приводится в движение третий транспортер 7, а поворотная заслонка 8 с помощью привода поворачивается таким образом, чтобы преградить путь контролируемому предмету 4 на второй транспортер 6, но открыть путь на третий транспортер 7.

Первый транспортер 5 и затем третий транспортер 7 перемещают контролируемый предмет 4 к входу горизонтальной шахты 17 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа. Когда передний по ходу движения край (точка А) контролируемого предмета 4 достигнет датчика 37 положения контролируемого предмета 4 (фиг. 8 и 10), он перекроет поток оптического излучения, идущий от источника 37₁ оптического излучения датчика 37 положения контролируемого предмета 4 к его приемнику 37₂ оптического излучения, в результате чего датчик 37 положения контролируемого предмета 4 сформирует электрический сигнал, поступающий на видеокамеру 3 и включающий ее, а также на блок 38 управления третьим транспортером 7, обеспечивая останов третьего транспортера 7.

Видеокамера 3 формирует цифровой сигнал изображения контролируемого предмета 4, например в бинарном виде, который вводится в компьютер 39. В результате обработки бинарного изображения контролируемого предмета 4 компьютер 39 вычисляет в системе координат X_вO_вY_в (фиг.10), связанной с видеокамерой 3 и датчиком 37 положения контролируемого предмета 4, координаты y_в ^А и x_в ^Б, y_в ^Б угловых точек А и Б (координата x_в ^А = 0) контролируемого предмета 4, находящегося в произвольном положении на ленте третьего транспортера 7 под углом γ к продольной оси транспортера. Угол γ учитывает возможное смещение контролируемого предмета 4 относительно его первоначального положения на ленте первого транспортера 5 под углом β к продольной оси транспортера. Далее компьютер 39 по координатам угловых точек А и Б вычисляет угол γ в соответствии с выражением γ = arctg((yAв

-xБв)/xБв).
Координаты положения центра (точки В) неидентифицированного изделия контролируемого предмета 4 в системе координат Х_вО_вY_в, связанной с видеокамерой 3 и датчиком 37 положения контролируемого предмета 4, вычисляются компьютером 39 в соответствии с выражениями xBв = d cos(α-γ), yBв = d sin(α-γ)+yAв.
Указанные операции обеспечивают определение координат центра (точки В) неидентифицированного изделия в системе координат, связанной с видеокамерой 3 и датчиком 37 положения контролируемого предмета 4, и тем самым дают возможность учесть возможное смещение контролируемого предмета 4 относительно его первоначального положения на ленте первого транспортера 5 под углом β к продольной оси транспортера, которое может возникнуть при перемещении контролируемого предмета 4 с первого транспортера 5 на третий транспортер 7.

Затем компьютер 39 формирует сигнал на блок 38 управления третьим транспортером 7, который запускает третий транспортер 7 на заданный интервал времени, необходимый для перемещения контролируемого объекта 4 в камеру 11 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа на определенное расстояние, после чего третий транспортер 7 будет остановлен. Данное расстояние равно сумме координаты х_в ^В центра (точки В) неидентифицированного изделия в системе координат Х_вО_вY_в (фиг.10), связанной с видеокамерой 3 и датчиком 37 положения контролируемого предмета 4, и заданного фиксированного расстояния между началами координат системы координат Х_вО_вY_в, связанной с видеокамерой 3 и датчиком 37 положения контролируемого предмета 4, и системы координат Х_кО_кY_к, связанной с камерой 11 и установленным на оси О_кY_к с возможностью перемещения вдоль нее управляемым излучателем 13 тепловых нейтронов. В результате такого перемещения контролируемого объекта 4 центр ( точка В ) неидентифицируемого изделия будет находиться на оси О_кY_к системы координат Х_кО_кY_к, связанной с камерой 11 и установленным на оси О_кY_к с возможностью перемещения вдоль нее управляемым излучателем 13 тепловых нейтронов.

Одновременно компьютер 39 передает в виде цифрового кода координату y_к ^В = y_в ^В центра (точки В) неидентифицированного изделия в системе координат Х_кО_кY_к, связанной с камерой 11, на привод 36 излучателя нейтронов, которым цифровой код, соответствующий указанной координате, преобразуется в последовательность импульсов. Входящий в состав привода 36 излучателя нейтронов шаговый электродвигатель (на фигурах не показан) обеспечивает в соответствии с количеством входящих в последовательность импульсов перемещение управляемого излучателя 13 тепловых нейтронов вдоль оси О_кY_к на расстояние, равное координате y_к ^В центра (точки В) неидентифицированного изделия, чем обеспечивается совмещение в горизонтальной плоскости центра излучающей поверхности управляемого излучателя 13 тепловых нейтронов с центром ( точкой В ) неидентифицированного изделия.

В случае, когда контролируемый предмет 4 имеет малые габаритные размеры по сравнению с габаритными размерами камеры 11, оператор нажатием соответствующей кнопки на клавиатуре компьютера 39 вводит команду на вытеснение из камеры 11 остаточного воздуха. По этой команде компьютер 39 выдает сигнал на электропневмоклапан (на фигурах не показан), по которому последний открывает вакуумную магистраль, соединяющую герметичную эластичную оболочку 32 с баллоном со сжатым углекислым газом. Герметичная эластичная оболочка 32 заполняется углекислым газом и вытесняет основную часть остаточного воздуха из камеры 11. При достижении давления углекислого газа в герметичной эластичной оболочке 32 установленного значения электропневмоклапан вновь закрывается.

После этого компьютер 39 формирует поступающий на управляемый излучатель 13 тепловых нейтронов сигнал, по которому осуществляется его включение.

Управляемый излучатель 13 тепловых нейтронов с помощью источника 18 нейтронов испускает быстрые нейтроны с энергией около 2,3 МэВ (фиг.4), которые в замедлителе 20 нейтронов замедляются до тепловой энергии около 0,025 эВ и затем коллиматором 23 формируются в пучок с площадью поперечного сечения, равной площади облучаемой нейтронами области контролируемого предмета 4 с неидентифицированным изделием.

Таким коллимированным пучком тепловых нейтронов осуществляется облучение содержащей неидентифицированное изделие области контролируемого предмета 4. При облучении тепловыми нейтронами азотосодержащих материалов в указанной области будет происходить радиационный захват тепловых нейтронов ядрами атомов азота-14, в результате чего образуются ядра атомов азота-15 в возбужденном состоянии. Переход из возбужденного состояния ядер атомов азота-15 в основном будет происходить с испусканием гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ с вероятностью перехода около 0,14 либо с испусканием практически одновременно в разных направлениях двух каскадных гамма-квантов с энергиями 5,534 и 5,266 МэВ с вероятностью перехода около 0,19.

Некоторая часть указанных гамма-квантов будет попадать в сцинтилляторы 30 детекторов 14₁-14_М гамма-излучения (фиг. 5) и вызывать в них световые вспышки, яркость которых пропорциональна энергиям гамма-квантов. Фотоэлектронные умножители 31 детекторов 14₁ - 14_М гамма-излучения преобразуют испускаемое сцинтилляторами 30 оптическое излучение в электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям попавших в сцинтилляторы 30 гамма-квантов, которые после усиления усилителями 33₁-33_М (фиг.8) поступят на амплитудные анализаторы 34₁-34_М.

Амплитудные анализаторы 34₁-34_М осуществляют отбор импульсов с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов, в результате которого на первый, второй и третий выходы амплитудных анализаторов 34₁-34_М поступают импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов соответственно 10,8 МэВ, 5,534 МэВ и 5,266 МэВ.

Импульсы с амплитудами, пропорциональными энергии гамма-квантов 10,8 МэВ, с первого выхода амплитудных анализаторов 34₁-34_М поступают в компьютер 39, который в течение времени Т подсчитывает их число. Таким образом, определяется пропорциональное одной составляющей суммарной интенсивности гамма-излучения число N_i гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, зарегистрированных за время Т каждым детектором с номером i из М- детекторов 14₁-14_М гамма-излучения.

Импульсы с амплитудами, пропорциональными энергии гамма-квантов 5,534 МэВ и 5,266 МэВ, соответственно со второго и третьего выходов амплитудных анализаторов 34₁-34_М поступают на входы схем 35₁-35_М(М-1) совпадения. Импульс совпадения на выходе каждой схемы 35₁-35_М(М-1) совпадения формируется только в случае одновременного поступления на ее входы двух импульсов с амплитудами, пропорциональными энергии гамма-квантов 5,534 МэВ и 5,266 МэВ.

Импульсы совпадения с выходов схем 35₁-35_М(М-1) совпадения поступают на входы компьютера 39, который в течение времени Т подсчитывает их число. Таким образом определяется пропорциональное второй составляющей суммарной интенсивности гамма-излучения число К_ij пар каскадных гамма-квантов, зарегистрированных за время Т каждой парой детекторов с номерами i и j из М детекторов 14₁ -14_М гамма-излучения.

Затем компьютер 39 вычисляет логарифм отношения правдоподобия в виде

где w_i - определяемый экспериментально при калибровке весовой коэффициент показаний детектора гамма-излучения с номером i, учитывающий расстояние между детектором и облучаемой тепловыми нейтронами областью контролируемого предмета, а также собственную эффективность и анизотропию чувствительности детектора гамма-излучения, рассеяние гамма-квантов, размеры и массу взрывчатого вещества, используемого при калибровке;
N_эi- хранящееся в запоминающем устройстве компьютера 39 среднее число регистрации за время Т детектором гамма-излучения с номером i гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, полученное экспериментально при предварительной калибровке системы с использованием взрывчатого вещества, масса которого наиболее близка по значению к вычисленной компьютером 39 предполагаемой массе обнаруживаемого взрывчатого вещества, соответствующей размерам неидентифицированного изделия;
w_ij - весовой коэффициент показаний пары детекторов гамма-излучения, состоящей из детекторов с номерами i и j, который определяется в виде среднего арифметического весовых коэффициентов показаний указанных детекторов, w_ij=(w_i+W_j)/2;
К_эij - хранящееся в запоминающем устройстве компьютера 39 среднее число регистрации за время Т парой детекторов гамма-излучения, состоящей из детекторов с номерами i и j, пар каскадных гамма-квантов, полученное экспериментально при предварительной калибровке системы с использованием взрывчатого вещества, масса которого наиболее близка по значению к вычисленной компьютером 39 предполагаемой массе взрывчатого вещества, соответствующей размерам неидентифицированного изделия.

Затем компьютер 39 выполняет сравнение полученного логарифма отношения правдоподобия L с нижним и верхним пороговыми значениями, равными соответственно L₁= ln((l-Р_ПО)/(l-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 отношения правдоподобия окажется меньше нижнего порогового значения (L<L₁), компьютер 39 подает сигнал на блок 38 управления третьим транспортером 7, запускающий третий транспортер 7, и выдает сигнал об отсутствии взрывчатого вещества на сигнализатор 40 тревоги, индицирующий его оператору, и контролируемый предмет 4 снимается с контроля, отправляясь по третьему транспортеру 7 из зоны контроля.

Если логарифм отношения правдоподобия превысит верхнее пороговое значение (L>L₁), компьютер 39 подает сигнал на блок 38 управления третьим транспортером 7, запускающий третий транспортер 7. Третий транспортер 7 перемещает контролируемый предмет 4 из горизонтальной шахты 17 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа, и после выхода контролируемого предмета 4 из горизонтальной шахты 17 по сигналу с компьютера 39 через блок 38 управления третьим транспортером 7 происходит его останов. Одновременно компьютер 39 формирует сигнал о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете 4 и подает его на сигнализатор 40 тревоги, индицирующий его оператору, после чего последний снимает контролируемый предмет 4 с третьего транспортера 7 и отправляет его на досмотр.

В случае, если величина логарифма отношения правдоподобия лежит между нижним и верхним пороговыми значениями (L₁<L<L₂), решение о наличии или отсутствии взрывчатого вещества с требуемыми вероятностями правильного обнаружения и ложных тревог принято быть не может. При этом для продолжения контроля путем проведения повторного нейтронно-радиационного анализа контролируемого предмета 4 с повторным облучением тепловыми нейтронами, регистрацией вторичного гамма-излучения и повторным принятием решения, как это предусматривает предлагаемый способ, компьютер 39 вновь включает управляемый излучатель 13 тепловых нейтронов, которым повторно облучается тепловыми нейтронами область контролируемого предмета 4 с неидентифицированным изделием.

Далее работа реализующей предлагаемый способ системы происходит аналогично описанному выше. Отличие заключается в том, что компьютер 39 подсчитывает как гамма-кванты с энергией 10,8 МэВ, так и каскадные гамма-кванты, зарегистрированные за время Т, и суммирует их числа с числами соответствующих гамма-квантов, зарегистрированных за такое же время Т при предыдущем цикле контроля. В результате формирование логарифма отношения правдоподобия и сравнение его с пороговыми значениями производится с учетом чисел гамма-квантов, зарегистрированных за общее время, равное 2Т.

В случае, если по истечении установленного количества подобных циклов контроля решение о наличии или отсутствии взрывчатого вещества в контролируемом предмете 4 с требуемыми вероятностями правильного обнаружения и ложных тревог не может быть принято, компьютер 39 подает сигнал на блок 38 управления третьим транспортером 7, запускающий третий транспортер 7. Третий транспортер 7 перемещает контролируемый предмет 4 из горизонтальной шахты 17 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа, и после выхода контролируемого предмета 4 из горизонтальной шахты 17 по сигналу с компьютера 39 через блок 38 управления третьим транспортером 7 происходит его останов. Одновременно компьютер 39 формирует сигнал о том, что окончательное решение о наличии или отсутствии взрывчатого вещества в контролируемом предмете 4 не принято, и подает его на сигнализатор 40 тревоги, индицирующий его оператору, после чего последний снимает контролируемый предмет 4 с третьего транспортера 7 и также отправляет его на досмотр.

Промышленная применимость
Заявителем были разработаны и изготовлены опытные образцы системы обнаружения взрывчатого вещества в багаже авиапассажиров, реализующие основные принципы предлагаемого способа. Указанные опытные образцы системы обнаружения взрывчатого вещества в багаже авиапассажиров в 2000 году прошли стендовые испытания на экспериментальной базе Заявителя.

Эти испытания показали принципиальную возможность разработанной на основе предлагаемого способа системы обнаруживать современные взрывчатые вещества с минимальной массой 150-200 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 вероятность правильного обнаружения взрывчатого вещества минимальной массы составила 0,95-0,97 при вероятности ложных тревог, не превышающей 0,02-0,04.

Система обнаружения взрывчатого вещества в багаже авиапассажиров показала достаточно высокую производительность процесса контроля багажа. Установка для нейтронно-радиационного анализа обеспечивает проведение проверки 170-190 единиц багажа в час. Учитывая, что проверке на этой установке обычно подвергается не более 40% проходящего досмотр багажа, вызвавшего подозрение на наличие в нем взрывчатого вещества при предварительном контроле на рентгеновской установке с производительностью 350-370 единиц багажа в час и вероятностью ложной тревоги около 0,4, указанная выше производительность установки для нейтронно-радиационного анализа может считаться приемлемой даже при контроле багажа такого большого числа авиапассажиров, которое принимают на борт широкофюзеляжные авиалайнеры типа ИЛ-86.

Изобретение относится к радиационным методам исследования. Способ включает первоначальное облучение контролируемого предмета, идентификацию изделий, находящихся в выявленных областях, определение размеров и положения в контролируемом предмете неидентифицированного изделия, определение предполагаемой массы обнаруживаемого взрывчатого вещества, соответствующей размерам неидентифицированного изделия, на основании размеров неидентифицированного изделия и средней плотности существующих взрывчатых веществ, последующее облучение содержащей неидентифицированное изделие области тепловыми нейтронами, испускаемыми управляемым излучателем тепловых нейтронов с изменяемой диаграммой направленности на основе дейтерий-дейтериевой реакции, снабженным замедлителем нейтронов, регистрацию двух типов гамма-квантов, последующий расчет и принятие решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете. Техническим результатом изобретения является снижение лучевого воздействия на объект, увеличение чувствительности и качества изображения исследуемого предмета. 9 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, включающий первоначальное облучение контролируемого предмета рентгеновским излучением, регистрацию прошедшего через контролируемый предмет рентгеновского излучения, выявление областей контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, на основании величины ослабления рентгеновского излучения, идентификацию изделий, находящихся в выявленных областях контролируемого предмета, с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, на основании анализа зарегистрированного рентгеновского излучения, последующее облучение выявленных областей контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, тепловыми нейтронами, регистрацию гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, испускаемых облученными областями контролируемого предмета, отличающийся тем, что выявляют содержащую неидентифицированное изделие область контролируемого предмета с плотностью органических материалов, превышающей установленное значение, определяют размеры и положение неидентифицированного изделия в контролируемом предмете на основании анализа зарегистрированного рентгеновского излучения, определяют предполагаемую массу обнаруживаемого взрывчатого вещества, соответствующую размерам неидентифицированного изделия, определяют и формируют диаграмму направленности излучателя тепловых нейтронов, соответствующую размерам неидентифицированного изделия, облучают тепловыми нейтронами только содержащую неидентифицированное изделие область контролируемого предмета, одновременно с регистрацией гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ регистрируют каскадные гамма-кванты, регистрацию гамма-квантов осуществляют, по меньшей мере, двумя детекторами гамма-излучения, подсчитывают пары каскадных гамма-квантов, зарегистрированных одновременно, определяют суммарную интенсивность гамма-излучения, испускаемого контролируемым предметом, определяют пороговое значение для суммарной интенсивности гамма-излучения на основании предполагаемой массы обнаруживаемого взрывчатого вещества, соответствующей размерам неидентифицированного изделия, и принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении порогового значения суммарной интенсивностью гамма-излучения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что определение предполагаемой массы обнаруживаемого взрывчатого вещества, соответствующей размерам неидентифицированного изделия, выполняют на основании размеров неидентифицированного изделия и средней плотности существующих взрывчатых веществ. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что облучение контролируемого предмета тепловыми нейтронами осуществляют основанным на дейтерий-дейтериевой реакции управляемым излучателем тепловых нейтронов с изменяемой диаграммой направленности, снабженным замедлителем нейтронов. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрируют каскадные гамма-кванты с энергией 5,534 и 5,266 МэВ. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что суммарную интенсивность гамма-излучения определяют путем суммирования чисел регистрации гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ каждым из детекторов гамма-излучения, умноженных на весовой коэффициент показаний детектора, и чисел зарегистрированных одновременно каждой из пар детекторов гамма-излучения пар каскадных гамма-квантов, умноженных на весовой коэффициент показаний пары детекторов. 6. Способ по п.1 или 5, отличающийся тем, что весовой коэффициент показаний детектора определяют экспериментально с учетом положения облучаемой нейтронами области контролируемого предмета относительно детектора гамма-излучения. 7. Способ по пп.1, 5 или 6, отличающийся тем, что весовой коэффициент показаний пары детекторов определяют в виде среднего арифметического весовых коэффициентов показаний детекторов, входящих в указанную пару. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед облучением тепловыми нейтронами уменьшают массу окружающего контролируемый предмет воздуха. 9. Способ по п.1 или 8, отличающийся тем, что уменьшение массы окружающего контролируемый предмет воздуха осуществляют путем его вытеснения. 10. Способ по пп.1, 8 или 9, отличающийся тем, что вытеснение воздуха выполняют газовой средой, не содержащей азота.