УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА В КОНТРОЛИРУЕМОМ ПРЕДМЕТЕ Российский патент 2006 года по МПК G01N23/222 

Область техники

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

Предшествующий уровень

Известно устройство для обнаружения взрывчатых веществ в контролируемых предметах (RU 2009475, 1994), которое содержит размещенную под полом помещения для досмотра зону контроля, включающую корпус, блок излучателя тепловых нейтронов, отражатели нейтронов, блоки детектирования гамма-излучения и подключенную к ним электронную аппаратуру обработки информации, радиационную защиту, установленную между полом помещения для досмотра и зоной контроля, вертикальную шахту, выполненную в радиационной защите и соединяющую помещение для досмотра с зоной контроля, а также средство транспортирования контролируемых предметов в виде контейнера, установленного в вертикальной шахте с возможностью реверсивного перемещения в ней с помощью блочно-тросового привода.

Указанное известное устройство для обнаружения взрывчатых веществ в контролируемых предметах обеспечивает высокий уровень радиационной безопасности, но при этом характеризуется сложностью конструкции и имеет весьма существенные массу и габариты, что связано с размещением помещения для досмотра и зоны контроля на двух уровнях.

Известны устройства для обнаружения взрывчатых веществ в контролируемых предметах (US 5006299, 1991, US 5114662, 1992, RU 2011974, 1994, RU 2046324, 1995), которые в общей для них части содержат корпус с радиационной защитой, выполненные в виде сквозного разомкнутого кругового тоннеля, средство транспортирования контролируемых предметов в виде кольцевой грузовой платформы с приводом, размещенной в тоннеле с возможностью ее вращения, установленные в тоннеле отражатели нейтронов, размещенный в полости радиационной защиты излучатель тепловых нейтронов, установленные в полости радиационной защиты блоки детектирования гамма-излучения и подключенную к ним электронную аппаратуру обработки информации.

Указанные известные устройства для обнаружения взрывчатых веществ в контролируемых предметах также обеспечивают высокий уровень радиационной безопасности, но при этом характеризуются сложностью конструкции и имеют весьма существенные массу и габариты.

Принцип действия всех указанных выше устройств для обнаружения взрывчатых веществ в контролируемых предметах основан на том, что при облучении тепловыми нейтронами контролируемого предмета с находящимся в нем взрывчатым веществом, содержащим азот, происходит их взаимодействие с ядрами атомов азота, в результате которого последние испускают гамма-кванты с энергией около 10,8 МэВ. Регистрация гамма-квантов с такой энергией позволяет определить повышенную концентрацию азота в контролируемом предмете, свойственную содержащим азот взрывчатым веществам, и на основании этого принять решение о наличии в нем взрывчатого вещества. Вместе с тем, при облучении тепловыми нейтронами всего объема контролируемого предмета, как это предусмотрено в указанных выше устройствах для обнаружения взрывчатых веществ, гамма-кванты с энергией около 10,8 МэВ испускают не являющиеся взрывчатыми веществами другие содержащие азот материалы, находящиеся в контролируемом предмете, а также наполняющий контролируемый предмет и окружающий его воздух. В результате регистрации детекторами гамма-излучения гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ, испускаемых всем объемом контролируемого предмета и окружающим его воздухом, из-за наличия в нем содержащих азот материалов, не относящихся к взрывчатым веществам, возможно возникновение ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества, вероятность которой достигает неприемлемых для практического применения значений, равных 0,3-0,4.

Наиболее близкой по технической сущности к настоящему изобретению следует считать систему, которая обеспечивает осуществление известного способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете (RU 2206080, 2003) и рассмотрена в описании изобретения к данному патенту.

Указанная известная система для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете содержит рентгеновскую установку, видеокамеру, установку для нейтронно-радиационного анализа и средство перемещения контролируемого предмета в виде трех транспортеров, один из которых проходит через внутреннюю полость установки для нейтронно-радиационного анализа. Установка для нейтронно-радиационного анализа содержит корпус, внутри которого размещена радиационная защита, выполненную в корпусе и радиационной защите сквозную горизонтальную шахту с проложенной в ней лентой одного из транспортеров и расположенной в центральной ее части камерой, образованной нижним и двумя боковыми отражателями нейтронов, образующие блок детектирования гамма-излучения детекторы гамма-излучения, неподвижно установленные в выполненных в радиационной защите полостях под камерой и с двух ее боковых сторон соответственно за нижним и боковыми отражателями нейтронов, и формирователь потока тепловых нейтронов, установленный над камерой в выполненной в радиационной защите полости с возможностью горизонтального перемещения с помощью привода в плоскости, перпендикулярной продольной оси горизонтальной шахты и направлению движения ленты транспортера. Формирователь потока тепловых нейтронов включает коллиматор, источник нейтронов, который обеспечивает генерирование быстрых нейтронов с энергией около 2,3 МэВ и установлен с возможностью перемещения относительно коллиматора, обеспечивая, при необходимости, расширение или сужение диаграммы направленности управляемого формирователя потока тепловых нейтронов, а также замедлитель нейтронов, обеспечивающий уменьшение кинетической энергии нейтронов до тепловой энергии около 0,025 эВ. Входящая в состав установки для нейтронно-радиационного анализа электронная аппаратура включает компьютер с клавиатурой, уже упомянутые детекторы гамма-излучения, образующие блок детектирования гамма-излучения, и подключенный к детекторам гамма-излучения блок сопряжения компьютера с детекторами, который содержит усилители, амплитудные анализаторы и схемы совпадения.

Наличие в данной системе рентгеновской установки позволяет оператору системы до выполнения нейтронно-радиационного анализа получать рентгеновское изображение контролируемого предмета, на основании анализа этого изображения выявлять изделие, которое может оказаться взрывчатым веществом, и определять его размеры и положение в контролируемом предмете. Выполнение формирователя потока тепловых нейтронов с возможностью изменения диаграммы направленности в соответствии с размерами выявленного изделия, которое на рентгеновском изображении оказалось похожим на взрывчатое вещество, и с возможностью перемещения с помощью привода при осуществлении нейтронно-радиационного анализа дает возможность устанавливать его напротив указанного выявленного изделия и поэтому облучать тепловыми нейтронами не весь объем контролируемого предмета, а, прежде всего, лишь сравнительно небольшую его область, в которой находится указанное подозрительное изделие. Это приводит к менее интенсивному облучению тепловыми нейтронами остального объема контролируемого предмета, в результате чего даже при наличии в этом объеме содержащих азот материалов, не относящихся к взрывчатым веществам, снижается вероятность ложной тревоги.

Однако, поскольку поток тепловых нейтронов в процессе их распространения весьма существенно расходится, такое локальное облучение тепловыми нейтронами только области контролируемого предмета с подозрительным изделием становится возможным при достаточно близком расположении этой области по отношению к формирователю потока тепловых нейтронов. Поэтому в случае использования данной известной системы приемлемое для практического применения значение вероятности ложной тревоги может быть обеспечено только при обнаружении взрывчатого вещества в контролируемом предмете, размер которого в направлении движения потока тепловых нейтронов не превышает 10-12 см. Однако при использовании такой системы для контроля багажа пассажиров или почтовых отправлений этот размер контролируемого предмета может достигать 40-60 см. В этом случае существенно возрастает вероятность ложной тревоги из-за наличия в контролируемом предмете содержащих азот материалов, не относящихся к взрывчатым веществам, что является весьма существенным недостатком данной известной системы.

Выполнение горизонтальной шахты установки для нейтронно-радиационного анализа сквозной и использование в ней камеры, образованной нижним и двумя боковыми отражателями нейтронов, то есть установленными только с трех ее сторон тремя отражателями нейтронов, вызывает уменьшение облучающего контролируемый предмет потока тепловых нейтронов, часть которых поглощается радиационной защитой и уходит вдоль горизонтальной шахты, а не проникает в объем контролируемого предмета. Это вызывает снижение чувствительности установки для нейтронно-радиационного анализа, что, в конечном итоге, приводит к повышению вероятности пропуска взрывчатого вещества и увеличению минимальной массы взрывчатого вещества, которое данная система позволяет обнаружить.

Кроме того, выполнение горизонтальной шахты установки для нейтронно-радиационного анализа сквозной и использование в ней камеры, образованной только нижним и двумя боковыми отражателями нейтронов, приводит к значительным габаритам данной установки вдоль горизонтальной шахты и существенной массе радиационной защиты, которые необходимы для соответствия известной системы требованиям радиационной безопасности по отношению к нейтронному излучению и гамма-излучению.

Поэтому недостатками известной системы для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, выбранной в качестве ближайшего аналога, являются высокие значения вероятностей пропуска и ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества, высокое значение минимальной массы взрывчатого вещества, которое данная система позволяет обнаружить, а также существенные габариты и масса входящей в ее состав установки для нейтронно-радиационного анализа.

Раскрытие изобретения

Задачами настоящего изобретения являются снижение вероятностей пропуска и ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества, уменьшение значения минимальной массы взрывчатого вещества, которое данное устройство для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете позволяет обнаружить, а также снижение габаритов и массы установки для нейтронно-радиационного анализа, входящей в состав устройства, являющегося предметом настоящего изобретения.

Поставленные задачи решаются, согласно настоящему изобретению, тем, что устройство для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, рентгеновскую установку и установку для нейтронно-радиационного анализа, включающую корпус с радиационной защитой, выполненную в корпусе и радиационной защите горизонтальную шахту с камерой, образованной установленными в горизонтальной шахте нижним и двумя боковыми отражателями нейтронов в виде пластин, размещенное в горизонтальной шахте средство перемещения контролируемого предмета, размещенный в полости радиационной защиты напротив камеры формирователь потока тепловых нейтронов, размещенный в полости радиационной защиты напротив камеры за отражателем нейтронов блок детектирования гамма-излучения, компьютер с блоком сопряжения с детекторами, подключенным к блоку детектирования гамма-излучения, отличается от ближайшего аналога тем, что камера снабжена установленным над ней верхним отражателем нейтронов, формирователь потока тепловых нейтронов выполнен в виде, по меньшей мере, двух источников тепловых нейтронов, установленных с двух противоположных боковых сторон камеры в выполненных в боковых отражателях нейтронов отверстиях, верхний и нижний отражатели нейтронов выполнены из двух неподвижных элементов и размещенного между ними одного подвижного элемента, снабженного приводом и установленного с возможностью перемещения относительно неподвижных элементов в горизонтальном направлении, перпендикулярном продольной оси горизонтальной шахты, блок детектирования гамма-излучения выполнен в виде, по меньшей мере, двух детекторов гамма-излучения, снабженных коллиматорами и установленных на подвижных элементах верхнего и нижнего отражателей нейтронов с внешней по отношению к камере стороны, горизонтальная шахта выполнена с одним входным отверстием, средство перемещения контролируемого предмета выполнено в виде прямоугольной рамы, установленной внутри горизонтальной шахты с примыканием к верхней поверхности горизонтальной шахты и с возможностью перемещения вдоль нее, и снабжено, по меньшей мере, одним отражателем нейтронов, установленным на прямоугольной раме в плоскости, перпендикулярной продольной оси горизонтальной шахты, а выход компьютера подключен к приводу подвижных элементов верхнего и нижнего отражателей нейтронов.

При этом блок сопряжения с детекторами может содержать подключенный к выходу каждого детектора гамма-излучения усилитель и аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к выходу усилителя и выходом к входу компьютера, средство перемещения контролируемого предмета может быть снабжено приводом, подключенным к выходу компьютера, а подвижные элементы верхнего и нижнего отражателей нейтронов могут быть выполнены в виде пластин, установленных с возможностью перемещения в выполненные в радиационной защите пазы глубиной не менее половины ширины камеры и имеющих размер в направлении их возможного перемещения, превышающий, по меньшей мере, в 1,5 раза ширину камеры, причем в частном случае подвижные элементы верхнего и нижнего отражателей нейтронов могут быть выполнены в виде набора прямоугольных пластин, соединенных между собой шарнирными соединениями, и пазы в радиационной защите могут быть выполнены криволинейными.

Снабжение камеры установки для нейтронно-радиационного анализа установленным над ней верхним отражателем нейтронов обеспечивает увеличение потока тепловых нейтронов, проникающих в объем контролируемого предмета, поскольку тепловые нейтроны не поглощаются радиационной защитой, а отражаются верхним отражателем нейтронов в объем камеры. В результате этого повышается чувствительность установки для нейтронно-радиационного анализа, что обеспечивает снижение вероятности пропуска взрывчатого вещества и уменьшение минимальной массы взрывчатого вещества, которое предлагаемое устройство позволяет обнаружить. Это также дает возможность уменьшить массу радиационной защиты, установленной над камерой, что обеспечивает уменьшение массы и габаритов установки для нейтронно-радиационного анализа в целом.

Выполнение формирователя потока тепловых нейтронов в виде, по меньшей мере, двух источников тепловых нейтронов, например, на основе калифорния-252 обеспечивает увеличение потока тепловых нейтронов вследствие увеличения количества используемых источников тепловых нейтронов. Установка источников тепловых нейтронов с двух противоположных боковых сторон камеры в выполненных в боковых отражателях нейтронов отверстиях обеспечивает облучение тепловыми нейтронами контролируемого предмета с двух его противоположных сторон, что приводит к увеличению потока тепловых нейтронов, достигающих находящегося в контролируемом предмете взрывчатого вещества. Это происходит потому, что при использовании известной системы, выбранной за ближайший аналог, в наиболее нежелательном случае расположения взрывчатого вещества на наибольшем удалении от источника тепловых нейтронов, то есть с нижней стороны контролируемого предмета, противоположной источнику тепловых нейтронов, тепловые нейтроны достигают взрывчатого вещества после прохождения через весь объем контролируемого предмета толщиной, равной его габаритному размеру. При использовании же предлагаемого устройства в наиболее нежелательном для него случае расположения взрывчатого вещества в центре контролируемого предмета тепловые нейтроны достигают взрывчатого вещества после прохождения через объем контролируемого предмета толщиной, равной половине его габаритного размера. Вследствие этого в последнем случае поток тепловых нейтронов в меньшей степени расходится, меньше тепловых нейтронов поглощается или отражается содержимым контролируемого предмета и большее их количество достигает взрывчатого вещества. В результате этого также повышается чувствительность установки для нейтронно-радиационного анализа, что приводит к снижению вероятности пропуска взрывчатого вещества и уменьшению минимальной массы взрывчатого вещества, которое предлагаемое устройство позволяет обнаружить.

Выполнение верхнего и нижнего отражателей нейтронов из двух неподвижных элементов и размещенного между ними одного подвижного элемента, снабженного приводом и установленного с возможностью перемещения относительно неподвижных элементов в горизонтальном направлении, перпендикулярном продольной оси горизонтальной шахты, а блока детектирования гамма-излучения в виде, по меньшей мере, двух детекторов гамма-излучения, снабженных коллиматорами и установленных на подвижных элементах верхнего и нижнего отражателей нейтронов с внешней по отношению к камере стороны, а также подключение выхода компьютера к приводу подвижных элементов верхнего и нижнего отражателей нейтронов обеспечивают снижение вероятностей ложной тревоги и пропуска при обнаружении взрывчатого вещества, а также уменьшение значения минимальной массы взрывчатого вещества, которое заявляемое устройство позволяет обнаружить. Данное утверждение подтверждается следующими соображениями.

Во-первых, выполнение блока детектирования гамма-излучения в виде, по меньшей мере, двух детекторов гамма-излучения, установленных на подвижных элементах верхнего и нижнего отражателей нейтронов с внешней по отношению к камере стороны, то есть сверху и снизу по отношению к контролируемому предмету, обеспечивает более лучшие условия для регистрации гамма-квантов детекторами гамма-излучения, расположенными с двух противоположных сторон. При использовании заявляемого устройства в наиболее нежелательном для регистрации гамма-излучения случае расположения взрывчатого вещества в середине камеры по ее высоте испускаемые им гамма-кванты достигают детекторов гамма-излучения после прохождения расстояния, равного половине высоты камеры. Вместе с тем, при использовании известной системы, выбранной за ближайший аналог, в наиболее нежелательном для регистрации гамма-излучения случае расположения взрывчатого вещества на наибольшем удалении от детекторов гамма-излучения, то есть в верхней части контролируемого предмета, противоположной расположенным снизу под камерой детекторам гамма-излучения, гамма-кванты достигают этих детекторов гамма-излучения после прохождения значительно большего расстояния, превышающего высоту контролируемого предмета. Поскольку известно, что количество регистрируемых гамма-квантов обратно пропорционально квадрату расстояния между детектором и источником гамма-излучения, которым в данном случае является взрывчатое вещество, при той же массе азота взрывчатого вещества и том же облучающем его потоке тепловых нейтронов больше гамма-квантов окажутся зарегистрированными. Это обеспечивает повышение чувствительности установки для нейтронно-радиационного анализа, в результате чего снижается вероятность пропуска взрывчатого вещества и уменьшается минимальная масса взрывчатого вещества, которое предлагаемое устройство позволяет обнаружить.

Во-вторых, снабжение детекторов гамма-излучения коллиматорами и размещение их на подвижных элементах верхнего и нижнего отражателей нейтронов, установленных между двух их неподвижных элементов с возможностью перемещения относительно последних в горизонтальном направлении, перпендикулярном продольной оси горизонтальной шахты, а также снабжение подвижных элементов верхнего и нижнего отражателей нейтронов приводом, подключенным к выходу компьютера, позволяет после ввода оператором в компьютер, например, с помощью клавиатуры одной координаты выявленного на основании предварительного анализа рентгеновского изображения изделия, которое может оказаться взрывчатым веществом, перемещать по сигналу с компьютера, полученному на основании этой координаты, подвижные элементы верхнего и нижнего отражателей нейтронов вместе с размещенными на них детекторами гамма-излучения в горизонтальном направлении, перпендикулярном продольной оси горизонтальной шахты, и устанавливать детекторы гамма-излучения вдоль данного направления напротив этого выявленного подозрительного изделия.

Кроме того, выполнение средства перемещения контролируемого предмета в виде прямоугольной рамы, установленной внутри горизонтальной шахты с примыканием к верхней поверхности горизонтальной шахты и с возможностью перемещения вдоль нее, например, с помощью привода, подключенного к выходу компьютера, и снабжение его, по меньшей мере, одним отражателем нейтронов, установленным на прямоугольной раме в плоскости, перпендикулярной продольной оси горизонтальной шахты, позволяет после ввода оператором в компьютер, например, с помощью клавиатуры второй координаты выявленного на основании предварительного анализа рентгеновского изображения изделия, которое может оказаться взрывчатым веществом, переместить с помощью привода по сигналу с компьютера, полученному на основании этой второй координаты, прямоугольную раму средства перемещения контролируемого предмета вместе с контролируемым предметом вдоль горизонтальной шахты до такого положения, при котором область контролируемого предмета, в которой находится выявленное по рентгеновскому изображению подозрительное изделие, будет находиться напротив детекторов гамма-излучения вдоль горизонтальной шахты.

В результате такого размещения области контролируемого предмета с подозрительным изделием напротив детекторов гамма-излучения по обеим координатам подозрительное изделие оказывается установленным в сравнительно небольшой по размерам области высокой чувствительности детекторов гамма-излучения и поэтому обеспечивается, с одной стороны, регистрация детекторами гамма-излучения, снабженными коллиматорами, гамма-квантов, которые испускаются сравнительно небольшой по размерам областью контролируемого предмета, содержащей это выявленное подозрительное изделие, но, с другой стороны, предотвращение коллиматорами регистрации гамма-квантов, испускаемых остальным объемом контролируемого предмета и наполняющим камеру воздухом. Это приводит к уменьшению количества фоновых гамма-квантов, испускаемых не взрывчатым веществом, а другими содержащими азот материалами, находящимися вне зоны высокой чувствительности детекторов гамма-излучения, и поэтому обеспечивает снижение вероятности ложной тревоги.

Выполнение средства перемещения контролируемого предмета в виде прямоугольной рамы, установленной внутри горизонтальной шахты с примыканием к верхней поверхности горизонтальной шахты и с возможностью перемещения вдоль нее, позволяет выполнить горизонтальную шахту только с одним входным отверстием, а со стороны, противоположной ее входному отверстию, разместить радиационную защиту с отражателем нейтронов. Данное обстоятельство совместно со снабжением средства перемещения контролируемого предмета, по меньшей мере, одним отражателем нейтронов, установленным на прямоугольной раме в плоскости, перпендикулярной продольной оси горизонтальной шахты, позволяет по сравнению с известными аналогичными устройствами использовать в заявляемом устройстве горизонтальную шахту значительно меньшей длины без ущерба для радиационной безопасности. Это приводит к снижению габаритов и массы заявляемого устройства для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете.

Выполнение подвижных элементов верхнего и нижнего отражателей нейтронов в виде пластин, установленных с возможностью перемещения в выполненные в радиационной защите пазы глубиной не менее половины ширины камеры и имеющих размер в направлении их возможного перемещения, превышающий, по меньшей мере, в 1,5 раза ширину камеры, дает возможность перемещать данные подвижные элементы вместе с установленными на них детекторами гамма-излучения с коллиматорами до положения, при котором детекторы гамма-излучения оказываются размещенными напротив области контролируемого предмета с подозрительным изделием. При этом выполнение в радиационной защите пазов глубиной не менее половины ширины камеры дает возможность задвигать подвижные элементы в указанные пазы в радиационной защите на глубину не менее половины ширины камеры и поэтому позволяет перемещать вместе с ними детекторы гамма-излучения в пределах всей ширины камеры. Одновременно выполнение подвижных элементов верхнего и нижнего отражателей нейтронов в виде пластин с размером в направлении их возможного перемещения, превышающим, по меньшей мере, в 1,5 раза ширину камеры, позволяет даже при максимально возможном их перемещении, равном половине ширины камеры, обеспечить, чтобы оставшаяся в камере часть каждого подвижного элемента по своей длине составляла размер ширины камеры. В результате этого при любом возможном положении подвижных элементов верхнего и нижнего отражателей нейтронов верхняя и нижняя поверхности камеры оказываются полностью закрытыми верхним и нижним отражателями нейтронов. Это препятствует утечке тепловых нейтронов из камеры и приводит к увеличению количества тепловых нейтронов, облучающих обнаруживаемое взрывчатое вещество, что обеспечивает повышение чувствительности установки для нейтронно-радиационного анализа и поэтому снижение вероятности пропуска взрывчатого вещества и уменьшение минимальной массы взрывчатого вещества, которую заявляемое устройство позволяет обнаружить.

Выполнение в частном случае подвижных элементов верхнего и нижнего отражателей нейтронов в виде набора прямоугольных пластин, соединенных между собой шарнирными соединениями, дает возможность выполнить пазы в радиационной защите, в которые при перемещении задвигаются указанные подвижные элементы, криволинейными. Это позволяет дополнительно уменьшить габариты и массу используемой радиационной защиты, а следовательно, и всего заявляемого устройства для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете в целом.

Отмеченное свидетельствует о решении декларированных выше задач настоящего изобретения благодаря наличию у заявляемого устройства для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете перечисленных отличительных признаков.

Краткое описание чертежей

Сущность настоящего изобретения поясняется следующими графическими материалами.

На фиг.1 показан внешний вид устройства для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, где 1 - рентгеновская установка, 2 - первый транспортер, 3 - второй транспортер, 4 - поворотная заслонка транспортера, 5 - компьютер, 6 - клавиатура, 7 - сигнализатор тревоги, 8 - контролируемый предмет, 9 - установка для нейтронно-радиационного анализа, 10 - горизонтальная шахта, 11 - прямоугольная рама средства перемещения, 12 - поворотная заслонка средства перемещения, 13 - внешний отражатель нейтронов средства перемещения и 14 - внутренний отражатель нейтронов средства перемещения.

На фиг.2 показан продольный разрез по А-А установки 9 для нейтронно-радиационного анализа при выдвинутой прямоугольной раме 11 средства перемещения, где 15 - корпус, 16 - радиационная защита, 17 - камера, 18 - источник тепловых нейтронов, 19 - боковой отражатель нейтронов, 20 - днище камеры, 21 - неподвижный элемент верхнего отражателя нейтронов, 22 - подвижный элемент верхнего отражателя нейтронов, 23 - неподвижный элемент нижнего отражателя нейтронов, 24 - подвижный элемент нижнего отражателя нейтронов, 25 - верхний детектор гамма-излучения, 26 - нижний детектор гамма-излучения и 27 - дополнительный отражатель нейтронов.

На фиг.3 показан продольный разрез по А-А установки 9 для нейтронно-радиационного анализа при нахождении прямоугольной рамы 11 средства перемещения с контролируемым предметом 8 внутри ее, когда область с подозрительным изделием расположена с внешней по отношению к установке 9 для нейтронно-радиационного анализа стороны контролируемого предмета 8.

На фиг.4 показан продольный разрез no A-A установки 9 для нейтронно-радиационного анализа при нахождении прямоугольной рамы 11 средства перемещения с контролируемым предметом 8 внутри ее, когда область с подозрительным изделием расположена с внутренней по отношению к установке 9 для нейтронно-радиационного анализа стороны контролируемого предмета 8.

На фиг.5 показан поперечный разрез по Б-Б установки 9 для нейтронно-радиационного анализа в случае выполнения подвижного элемента 22 верхнего отражателя нейтронов и подвижного элемента 24 нижнего отражателя нейтронов в виде одной пластины при нахождении прямоугольной рамы 11 средства перемещения с контролируемым предметом 8 внутри ее, когда область с подозрительным изделием расположена с правой стороны контролируемого предмета 8, где 28 - наружный цилиндр коллиматора, 29 - отражатель нейтронов детектора и 30 - паз в радиационной защите.

На фиг.6 показан поперечный разрез по Б-Б установки 9 для нейтронно-радиационного анализа в случае выполнения подвижного элемента 22 верхнего отражателя нейтронов и подвижного элемента 24 нижнего отражателя нейтронов в виде одной пластины при нахождении прямоугольной рамы 11 средства перемещения с контролируемым предметом 8 внутри ее, когда область с подозрительным изделием расположена с левой стороны контролируемого предмета 8.

На фиг.7 показан поперечный разрез по Б-Б установки 9 для нейтронно-радиационного анализа в случае выполнения подвижного элемента 22 верхнего отражателя нейтронов и подвижного элемента 24 нижнего отражателя нейтронов в виде набора прямоугольных пластин, соединенных между собой шарнирными соединениями, при нахождении прямоугольной рамы 11 средства перемещения с контролируемым предметом 8 внутри ее, когда область с подозрительным изделием расположена с правой стороны контролируемого предмета 8, где 31 - прямоугольная пластина подвижного элемента и 32 - шарнирное соединение.

На фиг.8 показан поперечный разрез по Б-Б установки 9 для нейтронно-радиационного анализа в случае выполнения подвижного элемента 22 верхнего отражателя нейтронов и подвижного элемента 24 нижнего отражателя нейтронов в виде набора прямоугольных пластин, соединенных между собой шарнирными соединениями, при нахождении прямоугольной рамы 11 средства перемещения с контролируемым предметом 8 внутри ее, когда область с подозрительным изделием расположена с левой стороны контролируемого предмета 8.

На фиг.9 показан продольный разрез верхнего детектора 25 гамма-излучения, где 33 - корпус детектора, 34 - радиационная защита детектора, 35 - фотоэлектронный умножитель, 36 - сцинтиллятор, 37 - внутренний цилиндр коллиматора, 38 - средний цилиндр коллиматора и 39 - поглотитель нейтронов.

На фиг.10 показана структурная схема электронной аппаратуры, входящей в состав установки 9 для нейтронно-радиационного анализа, где 40 - блок сопряжения с детекторами, 41 - усилитель, 42 - аналого-цифровой преобразователь, 43 - привод поворотной заслонки транспортера, 44 - привод поворотной заслонки средства перемещения, 45 - привод средства перемещения и 46 - привод подвижных элементов отражателей нейтронов.

Лучший вариант выполнения изобретения

В соответствии с настоящим изобретением заявляемое устройство для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете содержит (фиг.1) рентгеновскую установку 1, проходящий через внутреннюю полость рентгеновской установки 1 первый транспортер 2, второй транспортер 6, примыкающий своей лентой к ленте первого транспортера 2 в месте выхода последней из внутренней полости рентгеновской установки 1, поворотную заслонку 4 транспортера, которая установлена над лентой первого транспортера 2 в месте примыкания к ней ленты второго транспортера 3 с возможностью поворота с помощью не показанного на фиг.1-9 привода 43 поворотной заслонки транспортера, компьютер 5, например, персональный, с клавиатурой 6 и сигнализатором 7 тревоги и установку 9 для нейтронно-радиационного анализа. Первый транспортер 2 обеспечивает перемещение контролируемого предмета 8 через внутреннюю полость рентгеновской установки 1 либо ко второму транспортеру 3 в случае, если анализ рентгеновского изображения не показал наличия в контролируемом предмете 8 подозрительных изделий, либо к установке 9 для нейтронно-радиационного анализа в случае, если в результате анализа рентгеновского изображения в контролируемом предмете 8 выявлено подозрительное изделие, похожее на взрывчатое вещество. Кроме того, первый транспортер 2 обеспечивает перемещение контролируемого предмета 8 от установки 9 для нейтронно-радиационного анализа для вывода его из зоны контроля или на досмотр. Второй транспортер 3 обеспечивает вывод контролируемого предмета 4 из зоны контроля. Поворотная заслонка 4 транспортера в зависимости от ее положения либо обеспечивает перемещение контролируемого предмета 8 с ленты первого транспортера 2 на ленту второго транспортера 3 (в положении, показанном на фиг.1), либо не препятствует перемещению контролируемого предмета первым транспортером 2 к установке 9 для нейтронно-радиационного анализа.

В качестве рентгеновской установки 1 может быть использована, например, система досмотра багажа Z-SCAN разработки и производства фирмы EG&G Astrophysics Research Corporation, Лонг-Бич, Калифорния, США, которая позволяет получать рентгеновское изображение контролируемого предмета 8, как минимум, в одной проекции, в данном случае горизонтальной. Такая система досмотра багажа Z-SCAN содержит корпус с радиационной защитой и внутреннюю полость в виде горизонтальной шахты, через которую проложен первый транспортер 2, 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 9 для нейтронно-радиационного анализа содержит (см. фиг.1-10) корпус 15, внутри которого размещена радиационная защита 16, которая выполнена из борированного полиэтилена для защиты от нейтронного излучения и свинца для защиты от гамма-излучения. Сквозь корпус 15 и радиационную защиту 16 проходит горизонтальная шахта 10, имеющая одно входное отверстие, с расположенной вдоль нее прямоугольной рамой 11 средства перемещения, установленной с примыканием к верхней поверхности горизонтальной шахты 10 с возможностью перемещения вдоль нее с помощью привода 45 средства перемещения, на фиг.1-9 не показанного. Лента первого транспортера 2 проложена таким образом, чтобы она проходила вдоль установки 9 для нейтронно-радиационного анализа со стороны входного отверстия горизонтальной шахты 10 на уровне ее нижней поверхности. Прямоугольная рама 11 средства перемещения снабжена внешним отражателем 13 нейтронов средства перемещения и внутренним отражателем 14 нейтронов средства перемещения, которые установлены на ней в плоскости, перпендикулярной продольной оси горизонтальной шахты 10, и выполнены из полиэтилена с размерами, незначительно меньшими размеров поперечного сечения горизонтальной шахты 10. Прямоугольная рама 11 средства перемещения выполнена с возможностью ее выдвижения из горизонтальной шахты 10 до положения, когда внешний отражатель 13 нейтронов средства перемещения достигает своей внутренней поверхностью края ленты первого транспортера 2, внешнего по отношению к установке 9 для нейтронно-радиационного анализа. Прямоугольная рама 11 средства перемещения снабжена поворотной заслонкой 12 средства перемещения, которая установлена на второй по направлению движения ленты первого транспортера 2 ее стороне с возможностью поворота из вертикального положения в горизонтальное и обратно с помощью привода 44 поворотной заслонки средства перемещения, на фиг.1-9 не показанного, так, чтобы соответственно препятствовать или не препятствовать движению контролируемого предмета 8 на ленте первого транспортера 2.

В горизонтальной шахте 10 расположена камера 17, которая образована выполненными из полиэтилена в виде пластин двумя боковыми отражателями 19 нейтронов, дополнительным отражателем 27 нейтронов, двумя неподвижными элементами 21 верхнего отражателя нейтронов, подвижным элементом 22 верхнего отражателя нейтронов, двумя неподвижными элементами 23 нижнего отражателя нейтронов и подвижным элементом 24 нижнего отражателя нейтронов. В нижней части камеры 17 над двумя неподвижными элементами 23 нижнего отражателя нейтронов и подвижным элементом 24 нижнего отражателя нейтронов установлено выполненное из алюминиевого листа днище 23 камеры, предназначенное для размещения на нем контролируемого предмета 8 при облучении его в камере 17 тепловыми нейтронами. Использование алюминия обусловлено тем, что этот материал практически не оказывает влияния на поток тепловых нейтронов и не вносит существенных изменений в спектр испускаемого гамма-излучения. Все перечисленные отражатели нейтронов предназначены для увеличения доли тепловых нейтронов в камере 17 и обеспечения равномерности распределения тепловых нейтронов по объему камеры 17 и контролируемого предмета 8.

Подвижные элементы 22 и 24 верхнего и нижнего отражателей нейтронов установлены соответственно между двумя неподвижными элементами 21 и 23 верхнего и нижнего отражателей нейтронов с возможностью их реверсивного перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости чертежей, приведенных на фиг.2-4, с помощью привода 46 подвижных элементов отражателей нейтронов, который на фиг.1-9 не показан. Подвижные элементы 22 и 24 верхнего и нижнего отражателей нейтронов имеют размер в направлении их указанного возможного перемещения, превышающий, по меньшей мере, в 1,5 раза ширину камеры 17. Напротив подвижных элементов 22 и 24 верхнего и нижнего отражателей нейтронов с двух противоположных сторон камеры 17 выполнены пазы 30 в радиационной защите глубиной не менее половины ширины камеры 17. Положение и размеры пазов 30 в радиационной защите выбраны так, чтобы в них могли задвигаться подвижные элементы 22 и 24 верхнего и нижнего отражателей нейтронов при своем перемещении на глубину вплоть до половины ширины камеры 17. Подвижные элементы 22 и 24 верхнего и нижнего отражателей нейтронов могут быть выполнены каждый в виде одной пластины (см. фиг.5, 6), и тогда пазы 30 в радиационной защите должны быть выполнены прямолинейными. Для обеспечения уменьшения габаритных размеров установки 9 для нейтронно-радиационного анализа в горизонтальном направлении, как показано на фиг.5-8, подвижные элементы 22 и 24 верхнего и нижнего отражателей нейтронов могут быть выполнены каждый в виде набора из нескольких прямоугольных пластин 31 подвижного элемента (см. фиг.7, 8), соединенных между собой шарнирными соединениями 32. В этом случае пазы 30 в радиационной защите могут быть выполнены криволинейными.

В полостях радиационной защиты 16 в выполненных в центральных частях обоих боковых отражателей 19 нейтронов отверстиях установлены по одному источнику 18 тепловых нейтронов, выполненному, например, на основе калифорния-252 аналогично известным (RU 2046324, 1995).

В выполненных в радиационной защите 16 полостях под камерой 17 и над камерой 17 с внешних по отношению к камере 17 сторон на подвижном элементе 22 верхнего отражателя нейтронов и подвижном элементе 24 нижнего отражателя нейтронов установлены соответственно верхний детектор 25 гамма-излучения и нижний детектор 26 гамма-излучения. Верхний детектор 25 гамма-излучения и нижний детектор 26 гамма-излучения аналогичны по конструкции. При этом каждый из них содержит (см. фиг.9) корпус 33 детектора, выполненный, например, из алюминия в виде стакана, и размещенную в нем радиационную защиту 34 детектора из борированного полиэтилена. В выполненной в радиационной защите 34 детектора полости установлены фотоэлектронный умножитель 35 и находящийся с ним в оптическом контакте сцитиллятор 36, установленный соосно с фотоэлектронным умножителем 35. В качестве сцинтиллятора 36 наиболее предпочтительно применение неорганического сцинтиллятора, например йодистого натрия, активированного таллием. Для уменьшения воздействия на сцинтиллятор 36 тепловых нейтронов, проникающих из камеры 17, он размещен в не показанном на фиг.1-10 стакане 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. При этом сцинтиллятор 36 помещен во внутренний цилиндр 37 коллиматора, который выполнен в виде полого цилиндра, например, из висмута и предназначен для предотвращения попадания гамма-квантов в сцинтиллятор 36 с его боковых сторон. К внутреннему цилиндру 37 коллиматора примыкает установленный с ним соосно средний цилиндр 38 коллиматора, который выполнен в виде полого цилиндра из борированного полиэтилена с содержащимися в нем гранулами висмута и имеет наружный диаметр, равный наружному диаметру внутреннего цилиндра 37 коллиматора, а внутренний диаметр, меньший его внутреннего диаметра. Внутри среднего цилиндра 38 коллиматора размещен выполненный из борированного полиэтилена в виде диска поглотитель 39 нейтронов. В выполненных в подвижных элементах 22 и 24 верхнего и нижнего отражателя нейтронов соосно со средними цилиндрами 38 коллиматора установлены наружные цилиндры 28 коллиматора, выполненные из висмута в виде полого цилиндра с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру среднего цилиндра 38 коллиматора. Внутри наружного цилиндра 28 коллиматора размещен отражатель 29 нейтронов детектора, выполненный из полиэтилена в виде диска. При такой конструкции средний цилиндр 38 коллиматора обеспечивает защиту сцинтиллятора 36 от попадания в него как гамма-квантов, проходящих не через отверстие наружного цилиндра 28 коллиматора, а проходящих под большими углами к его оси, так и нейтронов, проходящих через выполненный из висмута наружный цилиндр 28 коллиматора.

Электронная аппаратура, входящая в состав установки 9 для нейтронно-радиационного анализа, содержит (см. фиг.10) компьютер 5 с подключенными к нему клавиатурой 6 и сигнализатором 7 тревоги, два фотоэлектронных умножителя 35 верхнего детектора 25 гамма-излучения и нижнего детектора 26 гамма-излучения и блок 40 сопряжения с детекторами, который содержит две идентичные цепи из последовательно соединенных усилителя 41 и аналого-цифрового преобразователя 42, причем вход каждого усилителя 41 подключен к выходу одного из фотоэлектронных умножителей 35, а выходы обоих аналого-цифровых преобразователей 42 соединены с входами компьютера 5. Кроме того, в состав аппаратуры входят подключенные к выходам компьютера 5 привод 43 поворотной заслонки транспортера, привод 44 поворотной заслонки средства перемещения, привод 45 средства перемещения и привод 46 подвижных элементов отражателей нейтронов, причем два последних предпочтительно должны быть выполнены на основе шаговых электродвигателей.

Устройство для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете работает следующим образом.

В исходном состоянии поворотная заслонка 4 транспортера расположена поперек ленты первого транспортера 2, как показано на фиг.1, прямоугольная рама 11 средства перемещения выдвинута из горизонтальной шахты 10 установки 9 для нейтронно-радиационного анализа, а поворотная заслонка 12 средства перемещения занимает вертикальное положение. При этом входное отверстие горизонтальной шахты 10 оказывается закрытым внутренним отражателем 14 нейтронов средства перемещения, обеспечивающим защиту персонала от нейтронов.

Оператор, осуществляющий контроль, устанавливает контролируемый предмет 8 на непрерывно движущийся первый транспортер 2 (см. фиг.1), которым контролируемый предмет 8 перемещается в рентгеновскую установку 1, в качестве которой используется, например, система досмотра багажа Z-SCAN, позволяющая получать рентгеновское изображение контролируемого предмета 8 в горизонтальной проекции. В процессе перемещения контролируемого предмета 8 первым транспортером 2 через рентгеновскую установку 1 происходит облучение контролируемого предмета 8 рентгеновским излучением.

При прохождении рентгеновского излучения через контролируемый предмет 8 его интенсивность уменьшается вследствие поглощения и рассеяния содержащимися в нем материалами, причем степень поглощения возрастает с увеличением атомных номеров входящих в состав этих материалов химических элементов. Поскольку органические материалы, к которым относятся современные взрывчатые вещества, 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 8, органические или неорганические, это излучение прошло. В результате регистрации рентгеновского излучения в двух энергетических диапазонах рентгеновская установка 1 обеспечивает возможность формирования изображений на экране своего дисплея органических материалов в оранжевом цвете, а неорганических материалов - в синем цвете. При наложении органических и неорганических материалов в объеме контролируемого предмета 8 или при очень большой плотности материала изображение имеет зеленый цвет. Формирование цветного рентгеновского изображения контролируемого предмета 8 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 8 оружия и областей с высокой плотностью органических материалов, которые могут оказаться взрывчатым веществом. Если они отсутствуют в контролируемом предмете 8, то последний поворотной заслонкой 4 транспортера, расположенной, как показано на фиг.1, поперек ленты первого транспортера 2, перемещается на ленту второго транспортера 3, удаляющего этот контролируемый предмет 8 из зоны контроля. При обнаружении в контролируемом предмете 8 оружия, изображение которого имеет зеленый цвет и которое идентифицируется по его характерной геометрической форме, оператор снимает контролируемый предмет 8 с первого транспортера 2 и отправляет его на досмотр.

Если контролируемый предмет 8 оружия не содержит, но имеет область с высокой плотностью органических материалов, 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 8 аналогичным образом удаляется первым транспортером 2 и затем вторым транспортером 3 из зоны контроля.

Если изделие, находящееся в области контролируемого предмета 8 с высокой плотностью органических материалов, оператор не может с уверенностью идентифицировать, как не содержащее взрывчатое вещество, он определяет координаты центра этого изделия в контролируемом предмете 8 относительно правого переднего по ходу движения угла контролируемого предмета 8 по координатной сетке, имеющейся на экране дисплея рентгеновской установки 1. Затем оператор с клавиатуры 6 вводит в компьютер 5 команду, на основании которой по сигналу с компьютера 5 привод 43 поворотной заслонки транспортера разворачивает поворотную заслонку 4 транспортера в положение, не препятствующее движению контролируемого предмета 8 к установке 9 для нейтронно-радиационного анализа. Одновременно оператор вводит с клавиатуры 6 в компьютер 5 две полученные координаты выявленного подозрительного изделия, которое предположительно может оказаться взрывчатым веществом, а после того, как контролируемый предмет 8, двигаясь на ленте первого транспортера 2, будет задержан находящейся в вертикальном положении поворотной заслонкой 12 средства перемещения, вводит с клавиатуры 6 компьютера 5 команду, на основании которой по сигналу с компьютера 5 включаются привод 45 средства перемещения и привод 46 подвижных элементов отражателей нейтронов.

Компьютер 5 формирует импульсы, количество которых соответствует двум введенным оператором координатам выявленного изделия, которое предположительно может оказаться взрывчатым веществом, и подает их на привод 45 средства перемещения и привод 46 подвижных элементов отражателей нейтронов. Прямоугольная рама 11 средства перемещения задвигается приводом 45 средства перемещения в горизонтальную шахту 10, причем контролируемый предмет 8 также перемещается с ленты первого транспортера 2 в горизонтальную шахту 10 внешним отражателем 13 нейтронов средства перемещения, прижимаясь к нему. При этом, поскольку контролируемый предмет 8 в результате своего движения на ленте первого транспортера 2 был задержан поворотной заслонкой 12 средства перемещения и после этого перемещается в горизонтальную шахту 10, увлекаемый внешним отражателем 13 нейтронов средства перемещения, его угол, относительно которого оператор ранее определил координаты центра подозрительного изделия, окажется совмещенным с правым дальним по ходу движения ленты первого транспортера 2 углом прямоугольной рамы 11 средства перемещения. В результате того, что количество импульсов, поступающих с компьютера 5 на шаговый электродвигатель привода 45 средства перемещения, соответствует одной координате в контролируемом предмете 8 (вдоль горизонтальной шахты 10) выявленного подозрительного изделия, которое предположительно может оказаться взрывчатым веществом, привод 45 средства перемещения передвигает прямоугольную раму 11 средства перемещения вместе с контролируемым предметом 8 в горизонтальную шахту 10 до положения, когда выявленное подозрительное изделие окажется в направлении вдоль горизонтальной шахты 10 напротив верхнего детектора 25 гамма-излучения и нижнего детектора 26 гамма-излучения. В результате такого перемещения прямоугольной рамы 11 средства перемещения вместе с контролируемым предметом 8 в горизонтальную шахту 10 входное отверстие горизонтальной шахты 10 окажется закрытым внешним отражателем 13 нейтронов средства перемещения, обеспечивающим защиту персонала от нейтронов.

Поскольку количество импульсов, поступающих с компьютера 5 на шаговый электродвигатель привода 46 подвижных элементов отражателей нейтронов, соответствует другой координате в контролируемом предмете 8 (поперек горизонтальной шахты 10) выявленного подозрительного изделия, которое предположительно может оказаться взрывчатым веществом, привод 46 подвижных элементов отражателей нейтронов перемещает подвижный элемент 22 верхнего отражателя нейтронов с верхним детектором 25 гамма-излучения и подвижный элемент 24 нижнего отражателя нейтронов с нижним детектором 26 гамма-излучения до положения, когда выявленное подозрительное изделие окажется в направлении поперек горизонтальной шахты 10 между верхним детектором 25 гамма-излучения и нижним детектором 26 гамма-излучения и напротив них. При этом подвижный элемент 22 верхнего отражателя нейтронов и подвижный элемент 24 нижнего отражателя нейтронов входят в соответствующий паз 30 в радиационной защите (см. фиг.5 и 6). В случае выполнения подвижного элемента 22 верхнего отражателя нейтронов и подвижного элемента 24 нижнего отражателя нейтронов в виде набора из нескольких прямоугольных пластин 31 подвижного элемента, соединенных шарнирными соединениями 32, они также входят в выполненные криволинейными соответствующие пазы 30 в радиационной защите (см. фиг.7 и 8). При этом происходит поворот прямоугольных пластин 31 подвижного элемента относительно друг друга в шарнирных соединениях 32. В обоих случаях, поскольку подвижный элемент 22 верхнего отражателя нейтронов и подвижный элемент 24 нижнего отражателя нейтронов имеют размер в направлении их возможного перемещения, превышающий, по меньшей мере, в 1,5 раза ширину камеры 17, даже при максимально возможном их перемещении верхняя и нижняя поверхности камеры 17 оказываются ими закрыты, что препятствует утечке тепловых нейтронов из камеры 17.

После этого устройство для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете подготовлено к осуществлению нейтронно-радиационного анализа.

Источники 18 тепловых нейтронов испускают в объем камеры 17 тепловые нейтроны с энергией около 0,025 эВ. Совершающие хаотическое тепловое движение тепловые нейтроны претерпевают отражение образующими камеру 17 двумя боковыми отражателями 19 нейтронов, дополнительным отражателем 27 нейтронов, двумя неподвижными элементами 21 верхнего отражателя нейтронов, подвижным элементом 22 верхнего отражателя нейтронов, двумя неподвижными элементами 23 нижнего отражателя нейтронов, подвижным элементом 24 нижнего отражателя нейтронов, внешним отражателем 13 нейтронов средства перемещения и внутренним отражателем 14 нейтронов средства перемещения, чем обеспечивается получение равномерного потока тепловых нейтронов и предотвращается их утечка за пределы камеры 17.

Таким равномерным потоком тепловых нейтронов осуществляется облучение всего объема контролируемого предмета 8. При облучении тепловыми нейтронами азотосодержащих материалов в контролируемом предмете 8 и содержащегося в камере 17 воздуха происходит радиационный захват тепловых нейтронов ядрами атомов азота-14, в результате чего образуются ядра атомов азота-15 в возбужденном состоянии. Переход ядер атомов азота-15 из возбужденного состояния в основное происходит с испусканием гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ с вероятностью перехода около 0,14.

Поскольку верхний детектор 25 гамма-излучения и нижний детектор 26 гамма-излучения снабжены коллиматорами, включающими наружный цилиндр 28 коллиматора, средний цилиндр 38 коллиматора и внутренний цилиндр 37 коллиматора, и в результате ранее описанного функционирования привода 45 средства перемещения и привода 46 подвижных элементов отражателей нейтронов размещены по обеим координатам напротив области контролируемого предмета 8 с подозрительным изделием в их сцинтилляторы 36 будут попадать указанные гамма-кванты с энергией около 10,8 МэВ, которые испускаются только сравнительно незначительной по размерам областью контролируемого предмета 8, в которой расположено подозрительное изделие. При этом коллиматоры верхнего детектора 25 гамма-излучения и нижнего детектора 26 гамма-излучения препятствуют попаданию в их сцинтилляторы 36 гамма-квантов, испускаемых содержащими азот материалами, не являющимися взрывчатым веществом, но находящимися в остальном объеме контролируемого предмета 8, и наполняющим камеру 17 воздухом, что способствует снижению вероятности ложной тревоги. Попавшие в сцинтилляторы 36 гамма-кванты вызывают в них световые вспышки, яркость которых пропорциональна энергиям гамма-квантов. Фотоэлектронные умножители 35 преобразуют испускаемое сцинтилляторами 36 оптическое излучение в электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям попавших в сцинтилляторы 36 гамма-квантов, которые после усиления усилителями 41 преобразуются аналого-цифровыми преобразователями 42 в цифровые коды, соответствующие амплитудам этих электрических импульсов и передаваемые в компьютер 5.

Компьютер 5 путем сравнения с заданными верхним и нижним пороговыми значениями выполняет выделение цифровых кодов, соответствующих электрическим импульсам от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ, и подсчитывает их число, определяя количество гамма-квантов с указанным значением энергии, зарегистрированных верхним детектором 25 гамма-излучения и нижним детектором 26 гамма-излучения за заданное время регистрации, на практике равное 10-30 с. По истечении заданного времени регистрации компьютер 5 сравнивает количество зарегистрированных гамма-квантов с установленным для него пороговым значением.

Если количество зарегистрированных за заданное время регистрации гамма-квантов не превысило установленного для него порогового значения, компьютер 5 выдает сигнал об отсутствии взрывчатого вещества на сигнализатор 7 тревоги, индицирующий его оператору, и подает сигнал на привод 45 средства перемещения, который выдвигает из горизонтальной шахты 10 прямоугольную раму 11 средства перемещения вместе с контролируемым предметом 8, выталкиваемым внутренним отражателем 14 нейтронов средства перемещения из горизонтальной шахты 10 на ленту первого транспортера 2. Одновременно компьютер 5 подает сигнал на привод 44 поворотной заслонки средства перемещения, по которому последний разворачивает поворотную заслонку 12 средства перемещения в вертикальное положение, устраняя препятствие для движения контролируемого предмета 8. В результате контролируемый предмет 8 снимается с контроля, перемещаясь первым транспортером 2 из зоны контроля.

Если количество зарегистрированных за заданное время регистрации гамма-квантов превысило установленное для него пороговое значение, компьютер 5 формирует сигнал о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете 8, передает его на сигнализатор 7 тревоги, индицирующий его оператору, и подает сигнал на привод 45 средства перемещения, который выдвигает из горизонтальной шахты 10 прямоугольную раму 11 средства перемещения вместе с контролируемым предметом 8, выталкиваемым внутренним отражателем 14 нейтронов средства перемещения из горизонтальной шахты 10 на ленту первого транспортера 2. После этого оператор снимает такой контролируемый предмет 8 с первого транспортера 2 и отправляет его на вскрытие и визуальный досмотр.

Промышленная применимость

Заявителем был разработан и изготовлен макет заявляемого устройства для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, которое предназначено для контроля багажа авиапассажиров. Указанный макет в 2004 году прошел лабораторные испытания на экспериментальной базе Заявителя.

Испытания показали возможность установки для нейтронно-радиационного анализа, входящей в состав разработанного устройства для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, выполнять обнаружение современных содержащих азот взрывчатых веществ в багаже, имеющем размеры до 100×90×60 см, с обычной для багажа пассажиров плотностью азота азотосодержащих материалов, не являющихся взрывчатыми веществами.

Испытания также показали достаточно высокую производительность процесса контроля багажа. Установка для нейтронно-радиационного анализа может обеспечить проведение проверки 70-100 единиц багажа в час. Учитывая, что проверке на установке для нейтронно-радиационного анализа обычно подвергается не более 25-30% проходящего досмотр багажа, вызвавшего подозрение на наличие в нем взрывчатого вещества при предварительном контроле на рентгеновской установке с типовой производительностью 350-370 единиц багажа в час и вероятностью ложной тревоги около 0,25-0,30, производительность заявляемого устройства для обнаружения взрывчатого вещества не снизит общей производительности процесса контроля, определяемой производительностью рентгеновской установки.

Использование: для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит рентгеновскую установку и установку для нейтронно-радиационного анализа, включающую корпус с радиационной защитой, выполненную в корпусе и радиационной защите горизонтальную шахту с одним входным отверстием и камерой, образованной установленными в горизонтальной шахте отражателями нейтронов в виде пластин, причем верхний и нижний отражатели нейтронов выполнены из двух неподвижных элементов и размещенного между ними одного подвижного элемента, снабженного приводом и установленного с возможностью перемещения относительно неподвижных элементов в горизонтальном направлении, перпендикулярном продольной оси горизонтальной шахты. Кроме того, устройство содержит размещенный в полости радиационной защиты напротив камеры за отражателем нейтронов блок детектирования гамма-излучения в виде, по меньшей мере, двух детекторов гамма-излучения, снабженных коллиматорами и установленных на подвижных элементах верхнего и нижнего отражателей нейтронов с внешней по отношению к камере стороны. Технический результат: снижение вероятностей пропуска и ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества, уменьшение значения минимальной массы взрывчатого вещества, которое данное устройство для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете позволяет обнаружить, а также снижение габаритов и массы установки для нейтронно-радиационного анализа, входящей в состав устройства. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, содержащее рентгеновскую установку и установку для нейтронно-радиационного анализа, включающую корпус с радиационной защитой, выполненную в корпусе и радиационной защите горизонтальную шахту с камерой, образованной установленными в горизонтальной шахте нижним и двумя боковыми отражателями нейтронов в виде пластин, размещенное в горизонтальной шахте средство перемещения контролируемого предмета, размещенный в полости радиационной защиты напротив камеры формирователь потока тепловых нейтронов, размещенный в полости радиационной защиты напротив камеры за отражателем нейтронов блок детектирования гамма-излучения, компьютер с блоком сопряжения с детекторами, подключенным к блоку детектирования гамма-излучения, отличающееся тем, что камера снабжена установленным над ней верхним отражателем нейтронов, формирователь потока тепловых нейтронов выполнен в виде, по меньшей мере, двух источников тепловых нейтронов, установленных с двух противоположных боковых сторон камеры в выполненных в боковых отражателях нейтронов отверстиях, верхний и нижний отражатели нейтронов выполнены из двух неподвижных элементов и размещенного между ними одного подвижного элемента, снабженного приводом и установленного с возможностью перемещения относительно неподвижных элементов в горизонтальном направлении, перпендикулярном продольной оси горизонтальной шахты, блок детектирования гамма-излучения выполнен в виде, по меньшей мере, двух детекторов гамма-излучения, снабженных коллиматорами и установленных на подвижных элементах верхнего и нижнего отражателей нейтронов с внешней по отношению к камере стороны, горизонтальная шахта выполнена с одним входным отверстием, средство перемещения контролируемого предмета выполнено в виде прямоугольной рамы, установленной внутри горизонтальной шахты с примыканием к верхней поверхности горизонтальной шахты и с возможностью перемещения вдоль нее, и снабжено, по меньшей мере, одним отражателем нейтронов, установленным на прямоугольной раме в плоскости, перпендикулярной продольной оси горизонтальной шахты, а выход компьютера подключен к приводу подвижных элементов верхнего и нижнего отражателей нейтронов.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок сопряжения с детекторами содержит подключенный к выходу каждого детектора гамма-излучения усилитель и аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к выходу усилителя и выходом к входу компьютера.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство перемещения контролируемого предмета снабжено приводом, подключенным к выходу компьютера.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подвижные элементы верхнего и нижнего отражателей нейтронов выполнены в виде пластин, установленных с возможностью перемещения в выполненные в радиационной защите пазы глубиной не менее половины ширины камеры и имеющих размер в направлении их возможного перемещения, превышающий, по меньшей мере, в 1,5 раза ширину камеры.5. Устройство по п.1 или 4, отличающееся тем, что подвижные элементы верхнего и нижнего отражателей нейтронов выполнены в виде набора прямоугольных пластин, соединенных между собой шарнирными соединениями, и пазы в радиационной защите выполнены криволинейными.