ИМИТАТОР АЗОТОСОДЕРЖАЩЕГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА Российский патент 2011 года по МПК C06B23/00 

Изобретение относится к области исследования и анализа материалов радиационными методами, в частности с помощью рентгеновского излучения и нейтронного излучения, и преимущественно может быть использовано в качестве имитатора азотосодержащего взрывчатого вещества, за исключением взрывчатого вещества на основе гексогена или октогена, при проведении испытаний, настройке и калибровке рентгеновских и нейтронно-радиационных установок для обнаружения взрывчатого вещества внутри контролируемого предмета с целью борьбы с терроризмом и незаконным оборотом взрывчатых веществ, а также при обучении операторов работе на указанных установках.

Для обучения работе с особо опасными веществами, к которым относятся и взрывчатые вещества, и для испытаний технических средств, применяемых при выполнении таких работ, в целях безопасности широко используются имитаторы таких веществ, не представляющие опасности для человека.

Так, например, известны рецептуры (RU 2162077 С2, 2001; RU 2260575 С2, 2005; RU 2260576 С2, 2005; RU 2260577 С2, 2005; RU 2261858 С2, 2005), которые, являясь безопасными для человека, имитируют боевые отравляющие вещества, позволяют выполнять задачи по обучению личного состава войск боевым действиям в условиях химического заражения и обеспечивают срабатывание приборов химической разведки, осуществление визуального и органолептического контроля химического заражения в дневное и в ночное время, а также дегазацию штатными составами.

В настоящее время среди многочисленных известных способов обнаружения взрывчатых веществ в контролируемых предметах практическое применение с целью борьбы с терроризмом и незаконным оборотом взрывчатых веществ нашли три группы способов.

Первая группа способов основана на обнаружении паров взрывчатых веществ с использованием обученных собак (Использование запаховых имитаторов взрывчатых веществ и взрывных устройств для дрессировки и тренировки розыскных собак специального назначения: Методические рекомендации. - Ростов-на-Дону, 1998; RU 2160528 С1, 2000; RU 2364080 С2, 2009) или технических средств спектрометрии подвижности ионов (Hughes D. Thermedics Begins Production Of Bomb Detection Unit. - Aviation Week & Space Technology, June 19, 1989; Intersec. The Journal of International Security, Vol.3, No. 6, November 1993; RU 2216817 С2, 2003; RU 2217738 С2, 2003; RU 2217739 С1, 2003; RU 2221310 С2, 2004; RU 2231781 С1, 2004; RU 2234697 С1, 2004; RU 2239826 С1, 2004; RU 2256255 С2, 2005; US 6967485, 2005; RU 59834 U1, 2006; RU 63119 U1, 2006; RU 64378 U1, 2007; RU 2293978 C2, 2007; RU 2298177 C1, 2007; RU 2315278 C1, 2008; RU 2315292 C1, 2008).

Для тренировки собак, а также для испытаний и калибровки технических средств спектрометрии подвижности ионов и обучения работе с ними операторов широко используются имитаторы запаха взрывчатых веществ.

Так, например, известен имитатор взрывчатого вещества для тренировки розыскных собак, который представляет собой пустотелый алюминиевый цилиндр с отверстиями в стенках и размещенной в нем тканью, пропитанной раствором гексогена или тротила в органическом растворителе (Использование запаховых имитаторов взрывчатых веществ и взрывных устройств для дрессировки и тренировки розыскных собак специального назначения: Методические рекомендации. - Ростов-на-Дону, 1998).

Кроме того, известны запаховые имитаторы взрывчатого вещества (RU 2160528 C1, 2000; RU 2364080 C2, 2009), которые в общей для них части содержат основу из сорбционного материала с нанесенным на нее слоем взрывчатого вещества в количестве, не превышающем 5% от массы основы.

Вторая группа используемых на практике способов обнаружения взрывчатых веществ объединяет способы (Patrick Flanagan. Technology vs. terror, EUSA, 1989, No. 7, p.p.46-49, 51; RU 2065156 C1, 1996; RU 2206080 C1, 2003; US 6928131, 2005; RU 2280248 C1, 2006), которые используют рентгеновское излучение и включают облучение контролируемого предмета рентгеновским излучением, 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 их плотности и атомных номеров входящих в их состав химических элементов. Как известно, плотность взрывчатых веществ составляет от 1,4 до 1,9 г/см³, а значение среднего атомного номера входящих в их состав химических элементов лежит в пределах 6,7-8,2.

Третья группа способов обнаружения взрывчатых веществ основана на определении с использованием нейтронно-радиационного анализа наличия основных химических элементов, входящих в состав взрывчатого вещества. Относящиеся к этой группе известные способы обнаружения азотосодержащих взрывчатых веществ и реализующие их установки (US 5114662, 1992; US 5144140, 1992; US 5388128, 1995; EP 0295429, 1992; EP 0297249, 1993; RU 2065156 C1, 1996; RU 2206080 C1, 2003; RU 2262097 C1, 2005; US 6928131, 2005; RU 2276352 C2, 2006; RU 2280248 C1, 2006) предусматривают помещение контролируемого предмета в камеру с радиационной защитой, облучение его тепловыми нейтронами, регистрацию испускаемого контролируемым предметом гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ, испускаемых ядрами атомов азота в результате захвата ими тепловых нейтронов, получение на основании результатов регистрации гамма-излучения распределения концентрации азота в контролируемом предмете и определение наличия в нем взрывчатого вещества по факту повышенной концентрации азота.

Как известно, абсолютное большинство современных взрывчатых веществ характеризуется достаточно большим содержанием азота, составляющим 9-38 мас.%. 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. При переходе в основное состояние в среднем около 14% ядер атомов азота-15 испускают гамма-кванты с энергией около 10,8 МэВ. Кроме того, азотосодержащие взрывчатые вещества содержат в значительных количествах углерод, кислород и водород, а также некоторые добавки.

При этом наилучшими характеристиками с точки зрения производительности контроля и вероятности правильного обнаружения обладают способы обнаружения взрывчатого вещества в контролируемых предметах (RU 2065156 С1, 1996; RU 2206080 С1, 2003; US 6928131, 2005; RU 2280248 C1, 2006), при осуществлении которых исследуют все без исключения предметы с помощью рентгеновской установки, а затем подвергают нейтронно-радиационному анализу только те предметы, которые по результатам рентгеновского исследования вызывают у оператора подозрение о наличии в них взрывчатого вещества. При этом для повышения вероятности правильного обнаружения тепловыми нейтронами облучают не весь объем контролируемого предмета, а только ту его область, которая вызвала подозрение у оператора. Поэтому наиболее целесообразным считается комплексное использование рентгеновских и нейтронно-радиационных способов исследования контролируемых предметов.

Авторам настоящего изобретения не удалось выявить общедоступные сведения о существовании имитаторов взрывчатых веществ, которые не содержат взрывчатых веществ, но позволяют имитировать взрывчатые вещества по значениям их плотности и среднего атомного номера и поэтому использовать их для испытаний рентгеновские установки для обнаружения взрывчатых веществ и обучения работе на них операторов. Авторы также не располагают сведениями об известных имитаторах взрывчатых веществ, которые не содержат взрывчатых веществ, но дают возможность имитировать взрывчатые вещества как по их плотности, так и по процентному содержанию составляющих их основных химических элементов и поэтому использовать их для испытаний нейтронно-радиационных установок для обнаружения взрывчатых веществ и обучения работе на них операторов.

Вместе с тем установки для обнаружения взрывчатого вещества безусловно требуют их испытаний, а главное, и калибровки, которые в настоящее время проводятся с использованием реальных взрывчатых веществ (RU 2206080 С1, 2003; US 6928131, 2005; RU 2276352 C2, 2006).

Наиболее близким к настоящему изобретению следует считать композиционный имитатор взрывчатых веществ для тренировки розыскных собак на основе инертного материала (RU 2315475 С1, 2008), который представляет собой твердое тело любой заданной формы, изготовленное отверждением водой однородной смеси порошков алебастра и взрывчатого вещества при содержании взрывчатого вещества в смеси 5-10 мас.%. В качестве взрывчатого вещества указанный композиционный имитатор содержит тротил, гексоген, тетранитратпентаэритрит или порох.

Поскольку указанный имитатор содержит не более 10 мас.% взрывчатого вещества, его атомарный состав не соответствует атомарному составу азотосодержащего взрывчатого вещества. Поэтому он не может быть использован для испытаний и калибровки как рентгеновских, так и нейтронно-радиационных установок для обнаружения взрывчатых веществ, а также обучения работе на них операторов.

Задачей настоящего изобретения является расширение арсенала используемых средств имитации взрывчатых веществ и создание безопасного имитатора азотосодержащего взрывчатого вещества для использования с целью испытаний и калибровки как рентгеновских, так и нейтронно-радиационных установок для обнаружения взрывчатых веществ, а также для обучения работе на них операторов.

Поставленная задача решена согласно настоящему изобретению тем, что имитатор азотосодержащего взрывчатого вещества, содержащий в соответствии с ближайшим аналогом твердое тело любой формы из смеси порошкообразных материалов, отличается от ближайшего аналога тем, что в качестве порошкообразных материалов использованы нитрат алюминия 9-водный в количестве 29-37 мас.%, меламин в количестве 15-21 мас.% и графит в количестве 42-56 мас.%, а плотность твердого тела составляет 1,4-1,7 г/см³.

При этом твердое тело выполнено из порошкообразных материалов дисперсностью не более 10 мкм и получено прессованием однородной смеси порошкообразных материалов.

Как было отмечено выше, все азотосодержащие взрывчатые вещества имеют достаточно большое содержание азота, выявление повышенной концентрации которого и используется в нейтронно-радиационных установках для обнаружения взрывчатого вещества. При этом взрывчатые вещества на основе гексогена или октогена обладают наиболее значительным содержанием азота, составляющим 27-34 мас.%, а остальные азотосодержащие взрывчатые вещества характеризуются существенно меньшим содержанием азота, составляющим 13,5-18,5 мас.%.

Поэтому авторам настоящего изобретения не удалось создать имитатор, который позволял бы имитировать как взрывчатые вещества на основе гексогена или октогена, так и остальные виды азотосодержащих взрывчатых веществ. В связи с этим настоящее изобретение касается имитатора азотосодержащего взрывчатого вещества, не относящегося к взрывчатым веществам на основе гексогена или октогена.

Использование в имитаторе азотосодержащего взрывчатого вещества в качестве порошкообразных материалов нитрата алюминия 9-водного в количестве 29-37 мас.%, меламина в количестве 15-21 мас.% и графита в количестве 42-56 мас.% позволило обеспечить средний атомный номер их смеси в пределах 6,7-8,2, что соответствует среднему атомному номеру азотосодержащих взрывчатых веществ, не относящихся к взрывчатым веществам на основе гексогена или октогена.

Это обстоятельство совместно с использованием в качестве имитатора азотосодержащего взрывчатого вещества твердого тела с плотностью 1,4-1,7 г/см³, соответствующей плотности азотосодержащих взрывчатых веществ, не относящихся к взрывчатым веществам на основе гексогена или октогена, позволяет использовать его для рентгеновских установок обнаружения взрывчатого вещества.

В подтверждение возможности использования имитатора, являющегося предметом настоящего изобретения, для нейтронно-радиационных установок обнаружения взрывчатого вещества необходимо отметить следующее.

Азотосодержащие взрывчатые вещества, не относящиеся к взрывчатым веществам на основе гексогена или октогена, кроме добавок, содержат 13,5-18,5 мас.% азота, 18,7-29,3 мас.% углерода, 1,4-3,4 мас.% водорода и 49,5-61,5 мас.% кислорода.

При нейтронно-радиационном анализе в результате захвата тепловых нейтронов ядра атомов всех этих химических элементов испускают гамма-кванты, среди которых гамма-кванты с энергией около 10,8 МэВ, испускаемые ядрами атомов азота, обеспечивают формирование полезного сигнала, а гамма-кванты, испускаемые ядрами атомов остальных химических элементов, создают фоновый сигнал. При этом существуют технические решения (RU 2262097 С1, 2005), которые предусматривают использование фонового гамма-излучения ядер атомов водорода для калибровки нейтронно-радиационной установки непосредственно в процессе ее применения по назначению.

Поэтому для соответствия реальным условиям функционирования нейтронно-радиационной установки при работе ее с имитатором азотосодержащего взрывчатого вещества необходимо, чтобы имитировались не только плотность азотосодержащего взрывчатого вещества, но и процентное содержание как азота, ядра атомов которого создают полезный сигнал, так и остальных преобладающих по концентрации химических элементов, создающих фоновый сигнал.

Использование в имитаторе азотосодержащего взрывчатого вещества в качестве порошкообразных материалов нитрата алюминия 9-водного, имеющего химическую формулу Al(NO₃)₃·9H₂O, в количестве 29-37 мас.% и меламина, имеющего химическую формулу C₃H₆N₆, в количестве 15-21 мас.% обеспечивает получение в составе имитатора 13,5-18,5 мас.% азота и 1,4-3,4 мас.% водорода, что соответствует процентному содержанию азота и водорода в азотосодержащих взрывчатых веществах, не относящихся к взрывчатым веществам на основе гексогена или октогена. Кроме того, нитрат алюминия 9-водный обеспечивает наличие в составе имитатора кислорода при его процентном содержании, существенно меньшем, чем 49,5-61,5 мас.%, как это наблюдается в реальных азотосодержащих взрывчатых веществах. Меламин частично обеспечивает наличие в составе имитатора углерода. При этом наличие ядер атомов алюминия в составе нитрата алюминия 9-водного из-за малости сечения захвата тепловых нейтронов ядрами атомов алюминия, имеющего значение 0,23 бн, а также вследствие принадлежности значений энергии гамма-квантов, испускаемых ядрами атомов алюминия, совершенно иному спектральному диапазону (максимальное значение энергии гамма-квантов, испускаемых ядрами атомов алюминия при захвате ими тепловых нейтронов, составляет 7,7 МэВ, что значительно меньше энергии гамма-квантов около 10,8 МэВ, испускаемых ядрами атомов азота) практически не приводит к отличиям спектра гамма-излучения имитатора по сравнению со спектром гамма-излучения азотосодержащего взрывчатого вещества, не относящегося к взрывчатым веществам на основе гексогена или октогена.

Использование в составе имитатора азотосодержащего взрывчатого вещества значительного количества кислорода, составляющего, как и в реальных взрывчатых веществах, 49,5-61,5 мас.%, привело бы к взрыво- и пожароопасности такого имитатора. По мнению авторов настоящего изобретения для безопасности имитатора процентное содержание кислорода не должно превышать 26 мас.%.

Во избежание этого авторы настоящего изобретения не стали доводить в составе имитатора процентное содержание кислорода до указанных высоких значений, а ввели в его состав графит в количестве 42-56 мас.%, как известно, состоящий только из углерода. С одной стороны, использование графита позволило довести процентное содержание углерода (с учетом наличия его в меламине) до значений 18,7-29,3 мас.%, соответствующих процентному содержанию углерода в азотосодержащих взрывчатых веществах, не относящихся к взрывчатым веществам на основе гексогена или октогена. С другой стороны, это позволило снизить процентное содержание кислорода, являющегося взрыво- и пожароопасным, а использовать вместо него в составе имитатора достаточно инертный углерод. При этом из-за малости сечений захвата тепловых нейтронов ядрами атомов кислорода и углерода, имеющих значения соответственно 0,00027 бн и 0,0034 бн, а также вследствие близости значений энергии испускаемых ядрами этих атомов гамма-квантов, составляющих соответственно 3,2 МэВ и 4,9 МэВ, спектры гамма-излучения имитатора и азотосодержащего взрывчатого вещества, не относящегося к взрывчатым веществам на основе гексогена или октогена, на практике оказываются достаточно близкими, что позволило имитировать при безопасном содержании кислорода реальные азотосодержащие взрывчатые вещества, содержащие 49,5-61,5 мас.% кислорода.

Состав и процентное содержание порошкообразных материалов, использованных в имитаторе азотосодержащего взрывчатого вещества, подобраны авторами настоящего изобретения опытным путем.

Имитатор азотосодержащего взрывчатого вещества изготавливают следующим образом.

Измельчают компоненты до размеров частиц не более 10 мкм и подготавливают их навески. В нитрат алюминия 9-водный добавляют меламин и перетирают до получения равномерной консистенции, не содержащей белых комочков. Затем добавляют графит и вновь перетирают до получения равномерной консистенции. Общее время перетирания должно составлять не менее 25 минут. Затем осуществляют прессование смеси до достижения плотности 1,4-1,7 г/см³.

Имитатор азотосодержащего взрывчатого вещества используют при испытаниях и калибровке как рентгеновских, так и нейтронно-радиационных установок для обнаружения взрывчатых веществ, а также для обучения работе на них операторов, руководствуясь при этом инструкциями по эксплуатации указанных установок.

Таким образом, изобретение обеспечивает расширение арсенала используемых средств имитации взрывчатых веществ и создание безопасного имитатора азотосодержащего взрывчатого вещества для использования с целью испытаний и калибровки как рентгеновских, так и нейтронно-радиационных установок для обнаружения взрывчатых веществ, а также для обучения работе на них операторов.

Изобретение относится к области исследования и анализа материалов радиационными методами и может быть использовано в качестве имитатора азотосодержащего взрывчатого вещества. Имитатор содержит твердое тело любой формы из смеси порошкообразных нитрата алюминия 9-водного в количестве 29…37 мас.%, меламина в количестве 15…21 мас.% и графита в количестве 42…56 мас.%, а плотность твердого тела составляет 1,4…1,7 г/см³. Обеспечивается создание безопасного имитатора азотосодержащего взрывчатого вещества для испытаний и калибровки установок для обнаружения взрывчатых веществ. 2 з.п. ф-лы.

1. Имитатор азотосодержащего взрывчатого вещества, содержащий твердое тело любой формы из смеси порошкообразных материалов, отличающийся тем, что в качестве порошкообразных материалов использованы нитрат алюминия 9-водный в количестве 29…37 мас.%, меламин в количестве 15…21 мас.% и графит в количестве 42…56 мас.%, а плотность твердого тела составляет 1,4…1,7 г/см³.

2. Имитатор по п.1, отличающийся тем, что твердое тело выполнено из порошкообразных материалов дисперсностью не более 10 мкм.

3. Имитатор по п.1, отличающийся тем, что твердое тело получено прессованием однородной смеси порошкообразных материалов.