УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИНДЕНТИФИКАЦИИ СКРЫТЫХ ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ ПОД ВОДОЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2014 года по МПК G01N23/222 

Изобретение относится к области исследования материалов радиационными методами с измерением интенсивности эмиссии гамма - квантов, возникающих в результате взаимодействия нейтронов с ядрами вещества, облучаемого потоком нейтронов, в частности для обнаружения и идентификации скрытых опасных веществ (далее OB) - взрывчатых, сильнодействующих, ядовитых и радиоактивных веществ, находящихся под водой, с помощью облучения объекта досмотра быстрыми мечеными нейтронами с измерением спектров гамма-квантов.

Известно устройство для обнаружения и идентификации скрытых ОВ под водой, описанное на сайте http://www.uncoss-project.org, имеющее следующие существенные признаки: герметичный корпус, в котором размещены источник меченых монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, детектор γ-излучения с защитой от потока меченых монохроматических нейтронов.

Все данные существенные признаки есть и в предлагаемых вариантах решения.

При работе данное устройство-прототип устанавливается в воде, непосредственно над объектом досмотра, который может иметь сложную пространственную форму и находиться под углом к поверхности дна водоема. Наличие слоя воды толщиной ~20 см между нейтронным генератором (НГ) и "подозрительным" объектом, заполненным ОВ, приводит к уменьшению интенсивности нейтронного потока, падающего на объект облучения, примерно в 5 раз. Это, в свою очередь, приводит не только к увеличению времени набора статистики, необходимой для четкого обнаружения ОВ, но и к существенному ухудшению отношения сигнал/шум, что может приводить к уменьшению вероятности обнаружения ОВ. Обеспечение минимальной толщины слоя воды между НГ и объектом облучения, имеющим достаточно большие размеры, является сложной задачей. При этом отсутствует эффективная система непосредственно наведения пучка меченых монохроматических нейтронов, создаваемого данным устройством, на объект досмотра. В этом случае устройство может располагаться над исследуемым объектом при определенных фиксированных расстояниях. Следует отметить, что приближение устройства к объекту досмотра с помощью регулирования высоты опор, на которых оно установлено, или использование маневровых двигателей в подводных условиях, особенно при отсутствии прозрачности воды и наличия течения и т.п., может привести к непосредственному контакту с объектом досмотра, что крайне опасно и недопустимо.

Предлагаемая конструкция устройства по обоим вариантам предназначена для решения следующих задач:

- обеспечение возможности обнаружения и идентификации ОВ под водой с максимально возможной достоверностью;

- обеспечение простого и достаточно эффективного регулирования расстояния от НГ до поверхности обследуемого объекта;

- наведение пучков меченых нейтронов на выделенную область досмотра объекта под водой;

- обеспечение безопасности проведения работ и предотвращение разрушения обследуемого объекта.

Для решения данных задач по варианту один в устройстве для обнаружения и идентификации скрытых ОВ под водой, содержащем герметичный корпус, в котором размещены источник меченых монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, детектор γ-излучения с защитой от потока меченых монохроматических нейтронов, в отличие от прототипа, герметичный корпус контейнера снабжен соединенным с ним (например, с помощью фланцевого или сварного соединения) водонепроницаемьм вакуумированным или газонаполненным патрубком, ось которого совпадает с направлением центрального пучка меченых монохроматических нейтронов; при этом патрубок выполнен в виде сильфона с возможностью продольных деформаций, а размер его поперечного сечения выбран исходя из условия пропускания всего потока меченых монохроматических нейтронов.

Для решения данных задач по варианту два в устройстве для обнаружения и идентификации скрытых ОВ под водой, содержащем герметичный корпус, в котором размещены источник меченых монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, детектор γ-излучения с защитой от потока меченых монохроматических нейтронов, в отличие от прототипа, герметичный корпус контейнера снабжен соединенным с ним (например, с помощью фланцевого или сварного соединения) водонепроницаемьм вакуумированным или газонаполненным патрубком, при этом патрубок выполнен в виде сильфона с возможностью продольных деформаций, а размер его поперечного сечения выбран исходя из условия пропускания всего потока меченых монохроматических нейтронов.

Отличительными признаками предлагаемого технического решения от известного принятого за прототип, по варианту один являются следующие - герметичный корпус контейнера снабжен соединенным с ним водонепроницаемым вакуумированным или газонаполненным патрубком, ось которого совпадает с направлением центрального пучка меченых монохроматических нейтронов; при этом патрубок выполнен в виде сильфона с возможностью продольных деформаций, а размер его поперечного сечения выбран исходя из условия пропускания всего потока меченых монохроматических нейтронов.

Отличительными признаками предлагаемого технического решения от известного, принятого за прототип, по варианту два являются следующие - герметичный корпус контейнера снабжен соединенным с ним водонепроницаемым вакуумированным или газонаполненным патрубком; при этом патрубок выполнен в виде сильфона с возможностью продольных деформаций, а размер его поперечного сечения выбран исходя из условия пропускания всего потока меченых монохроматических нейтронов.

Отличие вариантов друг от друга в направлении оси водонепроницаемого патрубка - в первом варианте она совпадает с направлением центрального пучка меченых монохроматических нейтронов, т е. патрубок находится под углом около 45° к корпусу, поскольку, как правило, направление потока меченых монохроматических нейтронов находится под углом близким к 45° относительно рабочей поверхности корпуса, а во втором варианте, как правило, при том же направлении пучка меченых монохроматических нейтронов, ось патрубка практически перпендикулярна рабочей поверхности корпуса, а условие пропускания всего потока меченых монохроматических нейтронов обеспечивается большим диаметром патрубка.

Благодаря наличию данных отличительных признаков по обоим вариантам достигаются следующие технические результаты:

1. Наличие водонепроницаемого вакуумированного или газонаполненного патрубка позволяет практически полностью ликвидировать экранирующий слой воды, расположенный между НГ и объектом облучения. В результате этого не происходит ослабления потока меченых нейтронов в направлении объекта досмотра. Это, в свою очередь, приводит к существенному уменьшению времени набора статистики, требуемой для обнаружения ОВ с большой вероятностью.

2. Не требуется какая - либо дополнительная система наведения пучка меченых нейтронов на объект облучения, просто конец патрубка подводится как указка к поверхности исследуемого объекта.

3. Устройство может быть помещено над объектом досмотра на безопасном расстоянии в несколько десятков сантиметров, а непосредственно к объекту может быть выдвинут только патрубок, что полностью исключает возможность соприкосновения устройства с объектом досмотра (в том числе возможна установка на патрубке контактного или металлодетектирующего датчика) и, как следствие, - полностью исключена возможность взрыва, выброса отравляющих веществ и т.п. Соответственно исключена возможность повреждения как объекта досмотра, так и самого устройства.

Предлагаемое техническое решение может найти применение в различных конструкциях устройств предназначенных для обнаружения и идентификации "подозрительных" объектов под водой - мин и других взрывных устройств, сильноядовитых и радиоактивных веществ. Также можно использовать данное устройство и для обнаружения других веществ, содержащих серу, фосфор, хлор, углерод, кислород, азот, марганец, калий, титан и т.п.

Предлагаемое техническое решение поясняется рисунками фиг.1 и 2, на которых изображено предлагаемое устройство соответственно по первому и второму варианту исполнения.

Изображенное на фиг.1 устройство для обнаружения и идентификации ОВ под водой, содержит герметичный корпус 1, в котором размещены источник меченых монохроматических нейтронов (нейтронный генератор) и сопутствующих им монохроматических α-частиц 2, детектор α-частиц (на схеме не обозначен, поскольку встроен в нейтронный генератор), детектор γ-излучения 3 с защитой от потока меченых монохроматических нейтронов 4. Герметичный корпус 1 устройства снабжен соединенным с ним с помощью фланца 5 водонепроницаемым вакуумированным или газонаполненным патрубком 6 (может быть как соединен своею полостью с внутренним объемом устройства, так и нет), ось 7 которого совпадает с направлением центрального пучка меченых монохроматических нейтронов; при этом патрубок 6 выполнен в виде сильфона с возможностью продольных деформаций, а размер его поперечного сечения выбран исходя из условия пропускания всего потока меченых монохроматических нейтронов. Устройство расположено над объектом досмотра 8 на опорах 9.

У устройства на фиг.2 ось 7 патрубка 6 не совпадает с направлением центрального пучка меченых монохроматических нейтронов (ось 7 перпендикулярна корпусу), но за счет большего диаметра патрубка 6, все равно обеспечивается пропускание всего потока меченых монохроматических нейтронов.

В основном предлагаемое устройство по обоим вариантам работает аналогично прототипу, лишь с той разницей, что после его установки над объектом досмотра 8 на расстоянии в несколько десятков сантиметров (зависит от возможности растяжения сильфона патрубка 6) в направлении последнего выдвигается патрубок 6, свободный конец которого располагается на достаточно близком расстоянии от поверхности объекта досмотра 8 - на расстоянии 5-10 мм. При неточном наведении патрубка 6 на требуемую область объекта досмотра 8 (патрубок 6 направлен мимо требуемой области объекта досмотра 8) устройство переставляется в нужном направлении на необходимое расстояние до объекта досмотра 8. После окончания процедуры размещения устройства относительно объекта досмотра 8 производится включение данного устройства и осуществляется набор требуемой статистики для обнаружения и идентификации ОВ.

В случае достаточно больших размеров объекта досмотра 8 производится сканирование его путем перемещение устройства относительно объекта досмотра 8. Сканирование продолжается до тех пор, пока весь объект досмотра 8 не будет обследован.

Использование: для обнаружения и идентификации скрытых опасных веществ под водой. Сущность заключается в том, что устройство для обнаружения и идентификации скрытых опасных веществ под водой содержит герметичный корпус, в котором размещены источник меченых монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, детектор γ-излучения с защитой от потока меченых монохроматических нейтронов, при этом герметичный корпус контейнера снабжен соединенным с ним водонепроницаемьм вакуумированным или газонаполненным патрубком, ось которого совпадает с направлением центрального пучка меченых монохроматических нейтронов; при этом патрубок выполнен в виде сильфона с возможностью продольных деформаций, а размер его поперечного сечения выбран исходя из условия пропускания всего потока меченых монохроматических нейтронов. Технический результат: обеспечение возможности обнаружения опасных веществ с большой вероятностью, а также обеспечение возможности исключения соприкосновения устройства с объектом досмотра. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для обнаружения и идентификации скрытых опасных веществ под водой, содержащее герметичный корпус, в котором размещены источник меченых монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, детектор γ-излучения с защитой от потока меченых монохроматических нейтронов, отличающееся тем, что герметичный корпус контейнера снабжен соединенным с ним водонепроницаемым вакуумированным или газонаполненным патрубком, ось которого совпадает с направлением центрального пучка меченых монохроматических нейтронов; при этом патрубок выполнен в виде сильфона с возможностью продольных деформаций, а размер его поперечного сечения выбран, исходя из условия пропускания всего потока меченых монохроматических нейтронов.

2. Устройство для обнаружения и идентификации скрытых опасных веществ под водой, содержащее герметичный корпус, в котором размещены источник меченых монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, детектор γ-излучения с защитой от потока меченых монохроматических нейтронов, отличающееся тем, что герметичный корпус контейнера снабжен соединенным с ним водонепроницаемым вакуумированным или газонаполненным патрубком, выполненным в виде сильфона с возможностью продольных деформаций, а размер его поперечного сечения выбран, исходя из условия пропускания всего потока меченых монохроматических нейтронов.