КОНТЕЙНЕР Российский патент 2007 года по МПК G01N23/00 

Изобретение относится к области исследования и/или анализа материалов радиационными методами для обнаружения контрабанды в контрольно-пропускных пунктах и таможенных службах, для обнаружения особо опасных ядерных систем, закладываемых в транспортных средствах.

Известно устройство для анализа многокомпонентных материалов, которое содержит источник γ-излучения, детектор γ-излучения, усилитель, дискриминатор, контроллер и дисплей. Исследуемый образец помещают между указанными источником и детектором γ-излучения, проходя сквозь образец, ослабляется по интенсивности, сохраняя энергию γ-квантов. Далее γ-кванты регистрируют детектором γ-излучения, импульсы детектора усиливают и через счетчик подают в вычислительное устройство (контроллер), после обработки информацию выводят на дисплей (Патент Великобритании № 2088050, G01N 23/08, 1998 г.).

Недостатком устройства является низкая чувствительность в присутствии преграды из тяжелого металла.

Известно рентгенографическое устройство для таможенного контроля грузов и багажа, для инспекции авиационных и морских контейнеров, содержащее инспекционную камеру, средства транспортировки объектов через камеру, импульсный ускоритель электронов с мишенью, систему фотоприемников, расположенную по другую сторону инспекционной камеры в зоне действия веерообразного потока рентгеновского излучения (Патент Российской Федерации № 2191997, G01N 23/04, 2002 г.).

Это устройство имеет высокие габариты, сложную систему транспортировки, требует большого объема радиационной защиты.

Известна установка для идентификации объектов, содержащая пассивный ответчик с антенной, закрепленный на объекте, приемно-передающий тракт с антенной, пороговое устройство и блок обработки информации (Патент Российской Федерации № 2057334, G01N 33/02, 2002 г.).

Устройство характеризуется малой информационной емкостью.

Известно устройство, содержащее циклотрон дейтронов, конвертор для создания потока быстрых нейтронов, коллиматор нейтронного потока для получения пучка нейтронов, сканирующую систему для направления нейтронов на инспектируемый объект, систему перемещения пучка нейтронов по поверхности объекта, систему спектрометрических детекторов гамма-излучения, систему анализа, обработки и отображения формируемого изображения внутреннего (скрытого) содержания объекта (Патент США № 5076993, МПК: G21G 1/06, 1991 г.).

Устройство имеет недостатки, которые не позволяют применить его для инспекции ядерных материалов, сокрытых в средах нейтронозамедляющих легкоэлементных веществ (типа воды, нефти, спирта и т.п.) или прикрытых защитными экранами из веществ большого атомного номера Z.

Известна система автоматической идентификации транспортных средств «Пальма», - ж. Железнодорожный транспорт, 2002 г. № 8, с.54-59. Белов В.В, Буянов В.А. и др.

Система автоматической идентификации содержит пассивные и активные датчики с антенной, закрепленные на объекте, приемно-передающий тракт с антенной, блок обработки информации.

Недостатком системы является отсутствие возможности определить наличие провозимых, скрытых источников ионизирующих излучений.

Известен контейнер с охранной сигнализацией от бортовых датчиков, оснащенной навигационной системой, а также системой связи с охранной сигнализацией и информационно-аналитическим центром (Патент Российской Федерации № 2177647, G08G 1/123, 2001 г. Прототип.).

Недостатком прототипа является отсутствие возможности обнаружения радиоактивных материалов, провозимых нелегально, и отсутствие возможности фиксации утраты аналогичных материалов при их санкционированной перевозке.

Данное изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа.

Задачей изобретения является разработка системы контроля контейнеров транспортных средств, провозящих скрыто или легально всевозможные источники ионизирующих излучений.

В настоящее время обнаружение контрабанды радиоактивных материалов невозможно без использования радиационно-опасных и дорогих в эксплуатации внешних источников излучения: ускорителей заряженных частиц, рентгеновской техники, гамма-установок, нейтронных генераторов.

В данном изобретении загруженный в транспортное средство источник излучения сам становится составной частью поисковой системы.

Техническим результатом изобретения является снижение габаритов, системы контроля перевозимых грузов, достоверность информации, повышение пространственного разрешения, расширение функциональных возможностей системы, одновременная регистрация различных видов проникающего излучения: быстрых нейтронов, и/или тепловых нейтронов, и/или рентгеновских и гамма-лучей, повышение эффективности регистрации за счет протяженности детектора в направлении падающего излучения.

Технический результат достигается тем, что в контейнере с охранной системой сигнализации, содержащей бортовые датчики, оснащенный навигационной системой и системой связи с охранной системой сигнализации и информационно-аналитическим центром, охранная система сигнализации снабжена моноблоком или сборкой, по крайней мере, из трех датчиков, выполненных в виде оптических преобразователей тепловых нейтронов, быстрых нейтронов и гамма-излучения со спектросмещающим элементом в виде ленты, соединенным с оптоволокном, на концах которого установлены фотоприемники, соединенные со схемой совпадений, блоком обработки информации и антенной, моноблок или сборка скрытно установлены в контейнере, причем преобразователь тепловых нейтронов содержит один из светосоставов ⁶LiFZnS:Ag, или Gd₂O₂S:Tb, или ¹⁵⁷Gd₂O₂S:Tb, или ¹⁰BZnS:Ag, преобразователь быстрых нейтронов выполнен в виде пластины из полистирола, а преобразователь гамма-излучения выполнен из пластины - спектрометрического кристалла из одного из следующих материалов NaJ(Tl), CsJ(Na), BaF₂, LaCl₃(Ce).

Сущность изобретения поясняется на фиг.1 и фиг.2.

На фиг.1 схематично представлен вид преобразователя ионизирующего излучения, где: 1 - порошковый люминофор в виде светосоставов: ⁶LiFZnS:Ag, или Gd₂O₂S:Tb, или ¹⁵⁷Gd₂O₂S:Tb, или ¹⁰BZnS:Ag, ZnS:Ag, или Gd₂O₂S:Tb; ZnS:Ag или Gd₂O₂S:Tb в смеси с водородосодержащим веществом; 2 - спектросмещающие элементы в виде лент, 3 - оптоволокна.

Эффективность экрана-преобразователя определяется протяженностью, а пространственное разрешение - поперечным сечением его чувствительного элемента.

На фиг.2 схематично представлен контейнер с моноблоком, расположенным за внутренней обшивкой, где: 4 - корпус контейнера, 5 - внутренняя обшивка контейнера, 6 - моноблок из серии преобразователей ионизирующего излучения.

Устройство работает следующим образом:

Быстрые нейтроны в спектросмещающей ленте 2 вызывают протоны отдачи. Возникающий протон отдачи при прохождении через люминофор 1 возбуждает сцинтилляционное свечение, которое распространяется во все стороны. Для собирания света и служат спектросмещающие элементы в виде лент 2.

Спектросмещающие ленты 2 поглощают около 80% падающих на них фотонов первичного излучения и излучают фотоны меньшей энергии, которые распространяются по ним к торцам. Оптоволокно 3 служит для переноса света к фотоприемному устройству.

Как уже отмечалось, светосостав люминофора и материал спектросмещающего элемента выбираются из условия перекрытия спектра возбуждения спектросмещающего элемента и спектра эмиссии порошкового люминофора. В последнем случае концентрация люминофора в сердечнике и толщина ленты выбраны из условий перехвата более 30% света при прохождении возбуждающим светом пути, равного толщине ленты.

Лента спектросмещающего элемента покрыта светоотражающей оболочкой с показателем рефракции, меньшим показателя рефракции материала ленты. Транспортировка света на концы ленты осуществляется за счет полного внутреннего отражения света от отражающей оболочки.

В качестве фотоприемного устройства для отдельного элемента может использоваться фотодиод, а для экрана-преобразователя - ПЗС-матрица.

Для регистрации тепловых нейтронов между пластинами 2 расположены стандартные светосоставы: ⁶LiF ZnS:Ag, или Gd₂O₂S:Tb, или ¹⁵⁷Gd₂O₂S:Tb, или ¹⁰BZnS:Ag.

В случае использования светосостава ⁶LiF ZnS:Ag ядро изотопа лития захватывает тепловой нейтрон и излучает тритон, и альфа частицы, которые и вызывают сцинтилляционное свечение сульфида цинка.

В случае использования светосостава Gd₂O₂S:Tb или ¹⁵⁷Gd₂O₂S:Tb ядро ^I57Gd захватывает нейтрон и излучает конверсионный электрон, который возбуждает сцинтилляционное свечение в светосоставе.

Также для регистрации рентгеновских и гамма квантов использован светосостав Gd₂O₂S:Tb. В таком светосоставе под действием рентгеновских и гамма квантов возникают заряженные частицы: электроны и позитроны, которые и вызывают сцинтилляционное свечение Gd₂O₂S:Tb.

Кроме того, эксперименты показали, что также может быть использовано выполнение слоя порошкового люминофора для регистрации быстрых нейтронов из светосоставов ZnS:Ag или Gd₂O₂S:Tb с водородосодержащим веществом с объемным содержанием светосостава не менее 5% и не более 14% является режимом, возможным для фиксации быстрых нейтронов. Начиная с объемного количества водородосодержащего вещества более 5%, уже можно фиксировать появление быстрых нейтронов. При количестве водородосодержащего вещества более 14% регистрации практически нет.

Сигналы с фотоприемников передают в информационно-аналитический центр, где фиксируют изменение общего фона радиации при изъятии источника ионизирующего излучения или повышение уровня радиации и ее качественный состав.

Использование: для обнаружения особо опасных ядерных систем, закладываемых в транспортных средствах. Сущность: заключается в том, что контейнер включает охранную систему сигнализации, содержащую бортовые датчики, навигационную систему и систему связи с охранной системой сигнализации и информационно-аналитическим центром, при этом охранная система сигнализации снабжена моноблоком или сборкой, по крайней мере, из трех датчиков, выполненных в виде оптических преобразователей тепловых нейтронов, быстрых нейтронов и гамма-излучения со спектросмещающим элементом в виде ленты, покрытой светоотражающей оболочкой с показателем рефракции, меньшим показателя рефракции, материала ленты, для транспортировки света на концы ленты за счет полного внутреннего отражения света от отражающей оболочки, соединенным с оптоволокном, на концах которого установлены фотоприемники, соединенные со схемой совпадений, блоком обработки информации и антенной, моноблок или сборка скрытно установлены в контейнере. Технический результат: снижение габаритов системы контроля перевозимых грузов, повышение пространственного разрешения, одновременная регистрация различных видов проникающего излучения: быстрых нейтронов, и/или тепловых нейтронов, и/или рентгеновских и гамма-лучей, повышение эффективности регистрации за счет протяженности детектора в направлении падающего излучения. 2 ил.

Контейнер с охранной системой сигнализации, содержащей бортовые датчики, оснащенный навигационной системой и системой связи с охранной системой сигнализации и информационно-аналитическим центром, отличающийся тем, что охранная система сигнализации снабжена моноблоком или сборкой, по крайней мере, из трех датчиков, выполненных в виде оптических преобразователей тепловых нейтронов, быстрых нейтронов и гамма-излучения со спектросмещающим элементом в виде ленты, покрытой светоотражающей оболочкой с показателем рефракции, меньшим показателя рефракции материала ленты, для транспортировки света на концы ленты за счет полного внутреннего отражения света от отражающей оболочки, соединенным с оптоволокном, на концах которого установлены фотоприемники, соединенные со схемой совпадений, блоком обработки информации и антенной, моноблок или сборка скрытно установлены в контейнере, причем преобразователь тепловых нейтронов содержит один из светосоставов: ⁶LiFZnS:Ag или Gd₂O₂S:Tb, или ¹⁵⁷Gd₂O₂S:Tb, или ¹⁰BZnS:Ag, преобразователь быстрых нейтронов выполнен в виде пластины из полистирола, а преобразователь гамма-излучения выполнен из пластины спектрометрического кристалла из одного из следующих материалов: NaJ(Tl), CsJ(Na), BaF₂, LaCl₃(Ce).