WO2006016835A1 - Method for detecting an explosive in an inspectable object - Google Patents

Method for detecting an explosive in an inspectable object Download PDF

Info

Publication number
WO2006016835A1
WO2006016835A1 PCT/RU2005/000353 RU2005000353W WO2006016835A1 WO 2006016835 A1 WO2006016835 A1 WO 2006016835A1 RU 2005000353 W RU2005000353 W RU 2005000353W WO 2006016835 A1 WO2006016835 A1 WO 2006016835A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gamma
energy
mev
controlled object
quanta
Prior art date
Application number
PCT/RU2005/000353
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Jury Iosifovich Olshansky
Aleksandr Georgievich Sorokin
Mikhail Aleksandrovich Goltsev
Andrei Borisovich Vishnevkin
Ilya Borisovich Bruk
Original Assignee
Otkrytoe Aktsionernoe Obschestvo 'nauchno-Tekhnichesky Tsentr 'ratek'
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Otkrytoe Aktsionernoe Obschestvo 'nauchno-Tekhnichesky Tsentr 'ratek' filed Critical Otkrytoe Aktsionernoe Obschestvo 'nauchno-Tekhnichesky Tsentr 'ratek'
Publication of WO2006016835A1 publication Critical patent/WO2006016835A1/en

Links

Classifications

    • G01V5/20
    • G01V5/234

Definitions

  • the present invention relates to the field of neutron radiation analysis of materials and can mainly be used to combat terrorism and organized crime for the detection of nitrogen-containing explosives in controlled objects without opening them.
  • Registration and counting of such gamma-quanta allows you to obtain information about the concentration of nitrogen in a controlled subject and decide on the presence of an explosive in it upon the fact of an increased concentration of nitrogen.
  • the determination of the presence of an increased concentration of nitrogen in the controlled object is carried out on the basis of the excess of the number of registered gamma rays of the above energy of the estimated number of registered background gamma rays.
  • background gamma radiation with quantum energies close to 10.8 MeV is due to the following three components. Firstly, when interacting with thermal neutrons, gamma-quanta of the indicated energy value emit nuclei of nitrogen atoms filling the chamber and the surrounding air.
  • gamma radiation detectors which contain a thallium activated sodium iodide scintillator and located with it a photoelectron multiplier is in the optical contact.
  • gamma radiation detectors which contain a thallium activated sodium iodide scintillator and located with it a photoelectron multiplier is in the optical contact.
  • the gamma-ray photoelectronic multiplier converts the optical radiation of light flashes emitted by the scintillator into electric pulses with an amplitude proportional to the energies of the gamma quanta trapped in the scintillator, which, after amplification by the amplifier, are fed to an amplitude analyzer that extracts electric pulses with an amplitude proportional to the energy of the gamma quantum. about 10.8 MeV emitted by the nucleus of a nitrogen atom.
  • the thermal neutron flux is formed by slowing down fast neutrons emitted by a neutron generator or a radionuclide source, for example, based on caliphornia-252. Since the deceleration to thermal energy values does not occur with all emitted fast neutrons, some fast neutrons inevitably fall into the scintillator of the gamma radiation detector, where it interacts quite intensively with the nuclei of iodine atoms, which is part of sodium iodide, with the emission of gamma quanta with energies including close to the value of 10.8 MeV.
  • the source of gamma quanta with energies of the indicated values is the scintillator material itself, which, when registering gamma quanta into light flashes, practically all gamma quanta emitted by the atomic nuclei of the iodine scintillator are detected by a gamma radiation detector . Therefore, the second component of the background gamma radiation is due to the interaction of fast neutrons with the nuclei of iodine atoms.
  • the photoelectron multiplier used in gamma-ray detectors is not a coordinate-sensitive receiver of optical radiation, its output electric signal at each moment of time is proportional to the total optical radiation flux of all light flashes occurring in the scintillator at any time.
  • neutrons not only the nuclei of nitrogen atoms, but also the nuclei of atoms of many other chemical elements that make up the materials of the chamber and the controlled object, emit gamma rays with energies lower than 10.8 MeV quite intensively.
  • the output electric signal of the photomultiplier will be proportional to the total luminous flux of the optical radiation of these flashes, that is, the sum of the energy values of these two or more gamma rays.
  • the change in the estimated number of registered background gamma-quanta is due to a distortion of the energy spectrum of lower-energy gamma-quanta recorded by the gamma-ray detector simultaneously, due to gamma-radiation emitted by the atomic nuclei of the materials contained in the controlled object. Therefore, the magnitude of the background gamma radiation when irradiated with thermal neutrons of a controlled object inevitably turns out to be very significantly different from the value obtained experimentally when calibrating the installation before putting it into operation.
  • chromium nuclei emit gamma rays with an energy of 9.7 MeV, selenium with an energy of 9.9 MeV, and iron with an energy of 9.3 and 10.0 MeV.
  • gamma radiation in the process of selection emitted by the nuclei of nitrogen atoms of gamma rays with an energy that is in a predetermined interval between the lower and upper boundary energy values, including a value of 10.8 MeV
  • gamma rays emitted by the nuclei of chromium, selenium and iron atoms can be isolated and mistakenly recorded as gamma rays with an energy of 10.8 MeV, allegedly emitted by the nuclei of nitrogen atoms. This circumstance causes an increase in the probability of false alarm when explosives are detected.
  • a false alarm when detecting an explosive can be caused by genuine leather products located in the controlled object, as well as the controlled object itself, for example, a suitcase, bag, briefcase or case made of genuine leather, since genuine leather contains 10 nitrogen -15 mass percent.
  • the closest in technical essence to the present invention should be considered a method for detecting explosives in a controlled object (RU 2206080, 2003), which includes placing the controlled object in a chamber equipped with radiation protection and at least one gamma radiation detector, irradiating the controlled object thermal neutrons, registration of emitted gamma rays, emission of gamma rays, including those with energy in a given interval between the lower and upper boundary energies and including a value of 10.8 MeV, counting the selected gamma-quanta and deciding on the presence of explosive in the controlled object when the number of gamma-quanta extracted exceeds the estimated number of registered background gamma-quanta with energy in a given energy range, including the value 10.8 MeV.
  • the decision on the presence of explosive in a controlled object is made if the number of registered gamma rays with an energy of about 10.8 MeV of the estimated number of registered background gamma rays with the same energy iey.
  • the estimated number of registered background gamma-quanta is determined experimentally during preliminary calibration of the installation for detecting explosives without placing a controlled object in it before putting it into operation.
  • the change in the estimated number of registered background gamma-quanta is due to a distortion of the energy spectrum of lower-energy gamma-quanta recorded by the gamma-ray detector simultaneously, due to gamma-radiation emitted by the atomic nuclei of the materials contained in the controlled object. Therefore, the background gamma radiation inevitably turns out to be very significantly different from the value obtained experimentally when calibrating the installation before putting it into operation. As a result of this, as noted above, the likelihood of missing an explosive and false alarm when it is detected increases.
  • the controlled object contains materials consisting of such chemical elements as, for example, chromium, selenium and iron, the atomic nuclei of which, when interacting with thermal neutrons, also emit gamma radiation with gamma-ray energies quite close with a value of 10.8 MeV, when registering gamma radiation in the process of separating gamma rays emitted by the nuclei of nitrogen atoms, gamma rays emitted by the atomic nuclei of these chemical elements can be isolated and mistakenly recorded in honors gamma quanta with the energy of 10.8 MeV, allegedly emitted by nuclei of nitrogen atoms.
  • chemical elements as, for example, chromium, selenium and iron
  • the disadvantages of the method for detecting explosives in a controlled object which is the closest analogue, as well as all of the above known methods for detecting explosives based on neutron radiation analysis, are the high probability values of false alarm and missed explosives. This circumstance is due to the fact that these methods do not include, at the stage of making a decision on the presence of an explosive, taking into account changes in background gamma radiation with a quantum energy of about 10.8 MeV, which occurs as a result of placing a controlled object in the chamber.
  • An object of the present invention is to reduce the likelihood of missed explosives and false alarms when explosives are detected.
  • a method for detecting explosives in a controlled object including, in accordance with the closest analogue, placing the controlled object in a chamber equipped with radiation protection and at least one gamma radiation detector, irradiating the controlled object thermal neutrons, registration of emitted gamma-rays, emission of gamma-rays with energy in a predetermined interval between the lower and upper boundary energy values, including the value of 10.8 MeV, the calculation of the selected gamma-quanta, the decision on the presence of explosive in the controlled object in excess of the number of allocated gamma-quanta the estimated number of registered background gamma-quanta with energy in a given range of energy values, including a value of 10.8 MeV, differs from the closest analogue in that before placing the controlled object, the camera is irradiated with thermal neutrons, the energy spectrum of the detected gamma radiation of the camera is determined In the gamma-ray energy range with an upper limit of
  • the correction coefficient is determined as the ratio of the numbers of gamma rays detected during irradiation of the camera with a controlled object and during the exposure of the camera and having energy values belonging to a given subrange including 2.23 MeV, as the ratio of the amounts of gamma rays irradiating the camera with a controlled object and when irradiating the camera and having energy values belonging to a given subband including a value of 2.8 MeV, and in the form of a square of the ratio of the quantities ha mmah quanta recorded upon irradiation of a camera with a controlled object and upon irradiation of a camera and having energy values belonging to a given subband of 3.5 to 10.1 MeV.
  • the lower value increases the boundary energy value of a given energy interval, including a value of 10.8 MeV, and after increasing the lower boundary energy value of a predetermined energy interval, including a value of 10.8 MeV, if the number of selected gamma quanta exceeds the estimated number of registered background gamma rays with energy in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV, determine the ratio of the number of selected gamma rays to the number of registered gamma rays with energies from 9.6 to 10.2 MeV and take the decision on the presence of explosive in the controlled object based on a comparison of this relationship with its two threshold values, that is, they decide on the presence of explosive when the ratio of the number of the number of
  • the thermal neutron irradiation of the camera before placing a controlled object in it together with the registration of gamma-quanta emitted by it allows you to determine the energy spectrum of the registered gamma radiation of an empty camera without a controlled object in the gamma-ray energy range with an upper limit of at least 11 MeV, and, including the background gamma radiation of an empty chamber with quantum energies of about 10.8 MeV.
  • the determination of the energy spectrum of the detected gamma radiation of a camera with a controlled object in the energy range of gamma quanta with an upper limit of at least 11 MeV when irradiating a controlled object with thermal neutrons then allows, based on a comparative analysis, in at least one given energy subband gamma rays of the obtained energy spectra of the registered gamma radiation of an empty camera and a camera with a controlled object placed in it before deciding It is possible to determine at least one correction factor for the value of the number of detected background gamma quanta with energy in a given energy range including 10.8 MeV obtained by thermal neutron irradiation of the camera, and therefore evaluate the change in background gamma radiation with quantum energies of about 10.8 MeV, due to the presence in the chamber of a controlled object.
  • this allows, before making a decision, to partially take into account the change in background gamma radiation with quantum energies of about 10.8 MeV due to the presence of a controlled object in the chamber, and more accurately determine the estimated number of background gamma quanta with energy controlled by neutron irradiation with a controlled object. , which is in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV, by multiplying by the correction factor obtained by irradiation with thermal ronami chamber value for the number of background gamma rays with an energy which is in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV.
  • the value of background gamma radiation with an energy of about 10.8 MeV obtained as a result of calibrating the device without placing a controlled object in the chamber, leads to unreasonably overestimating the estimated number of cameras detected during irradiation with thermal neutrons with a controlled subject of background gamma-quanta with energy in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV, and can lead to skip explosive.
  • the composition of polyethylene includes hydrogen, whose nuclei of atoms as a result of interaction with neutrons are intensely emit gamma radiation with gamma-ray energies of about 2.23 MeV, which leads to the appearance in the energy spectrum of gamma radiation, both an empty camera and a camera with a controlled object, a pronounced maximum in the gamma-ray energy interval, including the value 2, 23 MeV, near the specified value of the energy of gamma rays.
  • the intensity of gamma radiation with quantum energies of the indicated value also substantially depends on the magnitude of the thermal neutron flux.
  • the authors of the present invention proposed to evaluate the change in the flux of thermal neutrons under the influence of the contents of the controlled object and take into account the effect of this change on one of the components of the background gamma radiation with a quantum energy of about 10.8 MeV, due to the interaction of thermal neutrons with the nuclei of nitrogen atoms filling the chamber and the surrounding its air, based on the analysis of changes in the energy spectrum of the registered gamma radiation of a camera with a controlled object in relation to energy the spectrum of the detected gamma radiation of an empty chamber in a given subband of gamma-ray energy, including a value of 2.23 MeV.
  • a correction coefficient is determined in the form of the ratio of the gamma-quanta detected by irradiating a camera with a controlled object and irradiating an empty chamber and having energy values belonging to a given subband including a value of 2.23 MeV. Then, the estimated number of cameras with a controlled object of background gamma-quanta with energy located in a given range of values, determined by a given component of background gamma radiation, is determined
  • the second most important component of background gamma radiation with a quantum energy of about 10.8 MeV is due to the interaction of fast neutrons, which have not undergone slowdown to thermal energy values, with the nuclei of iodine atoms, which are part of the sodium iodide scintillator of the gamma radiation detector . Placing the controlled object in the chamber causes a distortion of the fast neutron flux in the materials due to their deceleration or capture.
  • the authors proposed to evaluate the change in the fast neutron flux under the influence of the contents of the controlled object and take into account the effect of this change on the second component of background gamma radiation with a quantum energy of about 10.8 MeV, due to the interaction of fast neutrons with the nuclei of the iodine atoms of the scintillator of the gamma radiation detector, on based on the analysis of changes in the energy spectrum of the registered gamma radiation of a camera with a controlled object in relation to the energy spectrum vannogo gamma empty chamber in a predetermined subband energy gamma-rays, comprising a value of 2.8 MeV.
  • a correction coefficient is determined in the form of the ratio of the amounts of gamma rays detected by irradiating a camera with a controlled object and irradiating the chamber and having energy values belonging to a given subband including a value of 2.8 MeV.
  • the estimated number of background gamma-quanta cameras with a controlled subject of background gamma-quanta with energy located in a predetermined energy range including 10.8 MeV, determined by this component of the background gamma radiation is determined by multiplying by the obtained correction coefficient obtained by irradiation thermal neutrons of the chamber due to this component, the value of the number of registered background gamma rays with energy, finding scheysya in a predetermined range of energy values comprising the value of 10.8 MeV.
  • the third of the most significant components of the background gamma radiation with an energy of about 10.8 MeV is due to two or more gamma rays detected simultaneously, which have energies significantly lower than 10.8 MeV, but whose total energy is close to this value . While recording them simultaneously, the gamma-ray detector perceives such gamma-rays as one gamma-ray with an energy of about 10.8 MeV. Placing a controlled object in the chamber causes a distortion of the energy spectrum of such gamma rays due to gamma radiation emitted by the nuclei of atoms contained in the controlled object materials.
  • the authors of the present invention proposed to analyze the change in the energy spectrum of the registered gamma radiation of a camera with a controlled object with respect to the energy spectrum of an empty camera in the gamma-ray energy subband from 3.5 to 10.1 MeV, that is, in that subband. which accounts for the energies of gamma rays, which, if detected simultaneously, give the output signal of a gamma radiation detector corresponding to one gamma quantum with an energy of about 10.8 MeV.
  • the estimated number of registered background gamma-quanta with energy in a predetermined range of energy values is determined in the form, for example, of the sum of the three indicated components of the background gamma radiation obtained after multiplication by the corresponding correction factor.
  • an increase in the lower boundary energy value of a given energy interval including a value of 10.8 MeV, if the threshold value is exceeded by the ratio of the number of gamma quanta recorded with radiation from a camera with a controlled object with energies from 9.2 to 10.2 MeV to the number of registered gamma rays with energies from 3.4 to 7.7 MeV additionally reduces the likelihood of false alarms when explosives are detected. This is confirmed by the following circumstances.
  • the controlled object contains materials consisting, in addition to nitrogen, of a number of other chemical elements
  • the nuclei of atoms of these chemical elements when interacting with neutrons also emit gamma radiation with gamma-ray energies of a fairly wide range of the spectrum, including with energies quite close in value to 10.8 MeV.
  • gamma quanta emitted by the nuclei of nitrogen atoms When registering gamma radiation during the emission of gamma quanta emitted by the nuclei of nitrogen atoms with energies in the specified interval between the lower and upper boundary energy values, including 10.8 MeV, gamma quanta emitted by the nuclei of chromium, selenium and iron atoms, can be isolated and mistakenly recorded as gamma rays with an energy of 10.8 MeV, supposedly emitted by the nuclei of nitrogen atoms.
  • the ratio of the number of gamma- quanta with energies from 9.2 to 10.2 MeV to the number of registered gamma rays with energies from 3.4 to 7.7 MeV lies in the range 0.0002-0.0006. If there are materials in the controlled object containing the indicated chemical elements, this ratio increases. So, for example, when the content of the controlled object contains 75 g of chromium, this ratio is already 0.001.
  • genuine leather contains a fairly significant amount of nitrogen, amounting to 10-15 mass percent.
  • the nuclei of nitrogen atoms contained in natural skin emit gamma rays with an energy of about 10.8 MeV, as a result of registration of which an erroneous decision can be made about the presence of explosives, that is, a false alarm error is made.
  • genuine leather products contain about 3-5 mass percent of chromium, since chromium-containing substances are used for leather dressing.
  • the authors of the present invention experimentally established that when irradiated with thermal neutrons of various products made of genuine leather, the ratio of the number of detected gamma rays with an energy of about 10.8 MeV emitted by the nuclei of nitrogen atoms, to the number of registered gamma rays with an energy of about 9.7 MeV, emitted by the nuclei of chromium atoms, remains almost the same and lies in the range of 0.6-0.9.
  • the specified ratio exceeds the upper threshold value equal to, for example, 0.9, a decision is made on the presence of an explosive in a controlled object, since such a situation arises when there are other than explosive, genuine leather products or other materials in the controlled object low in chromium.
  • the indicated ratio is less than the lower threshold value equal to, for example, 0.6, they also decide on the presence of an explosive in a controlled object, since this situation occurs when there are materials with a significant chromium content in the controlled object, in addition to the explosive . This provides an additional reduction in the likelihood of false alarm that genuine leather products can cause.
  • the essence of the proposed method for detecting explosives in a controlled subject is as follows:
  • a camera equipped with radiation protection and at least one gamma radiation detector; register gamma radiation by converting gamma rays, at least one detector of gamma radiation into electrical pulses with amplitudes proportional to the energies of gamma quanta, and comparing the amplitudes of the electrical pulses with threshold values; determine the energy spectrum of the registered gamma radiation of an empty chamber in the energy range of gamma rays with an upper boundary of at least 11 MeV. In practice, it is preferable to determine the energy spectrum in the range of energy values from 1 to 13
  • MeV on the basis of the obtained energy spectrum of the registered gamma radiation of an empty camera, the number of registered background gamma-quanta with energy lying in a predetermined interval between the lower and upper boundary energy values including the value of 10.8 MeV is counted.
  • the number of such registered background gamma-quanta is calculated in two intervals of energy values from 9.9 to 11.0 MeV and from 10.2 to 11, 0 MeV and for each energy interval the quantities N ⁇ 1 , N ⁇ 2 , N ⁇ registered background gamma rays corresponding to the three abovementioned components of the background gamma radiation, due respectively to the emission of gamma rays by nitrogen in the air, the interaction of fast neutrons with nuclei of iodine atoms and the simultaneous detection of two or more gamma rays of lower energy ; on the basis of the obtained energy spectrum of the registered gamma radiation of an empty chamber, the number Nki of registered gamma quanta with energy having values belonging to a given subband including a value of 2.23 MeV is calculated.
  • a given sub-range from 2.0 to 2.4 MeV; on the basis of the obtained energy spectrum of the registered gamma radiation of an empty camera, the number Nkg of registered gamma-quanta with energy having values belonging to a given subband including a value of 2.8 MeV is calculated.
  • a given sub-range from 2.7 to 2.9 MeV; on the basis of the obtained energy spectrum of the registered gamma radiation of an empty camera, the number N K s of registered gamma-quanta with energy having values belonging to a given subband of 3.5 to 10.1 MeV is counted; then placed in a chamber equipped with radiation protection and, by at least one gamma-ray detector, controlled object;
  • - register gamma radiation by converting gamma rays by at least one gamma radiation detector into electrical pulses with amplitudes proportional to the energies of gamma rays and comparing the amplitudes of the electrical pulses with threshold values; determine the energy spectrum of the registered gamma radiation of a camera with a controlled object in it in the gamma-ray energy range with an upper limit of at least 11 MeV. In practice, it is preferable to determine the energy spectrum in the range of energy values from 1 to 13 MeV;
  • the number N m of registered gamma-quanta with energy having values belonging to a given subband including a value of 2.23 MeV is counted. In practice, it is preferable to select this sub-range from 2.0 to 2.4 MeV.
  • the number N P2 of registered gamma-quanta with energy having values belonging to a given subband including a value of 2.8 MeV is counted. In practice, it is preferable to select this sub-range from 2.7 to 2.9 MeV.
  • the number of registered gamma rays with energies from 9.2 to 10.2 MeV and the number of registered gamma rays with energies from 3.4 to 7.7 are calculated MeV, determine their ratio and compare the resulting ratio with a threshold value equal to, for example, 0.0007. If the obtained ratio exceeds the specified threshold value, for example, the lower boundary energy value of the specified energy range, including 10.8 MeV, for example, from 9.9 to 10.2 MeV, is increased, for example, by 3%, thereby narrowing the specified interval from the values 9.9-1 1.0 MeV to 10.2-11.0 MeV;
  • N ⁇ 1 , N ⁇ 2 ) N ⁇ 3 - obtained at the stage of analysis of the energy spectrum of an empty chamber, corresponding to the three above-mentioned background components of the number of registered background gamma-quanta with energies in the range from 9.9 to 11.0 MeV or from 10.2 to 1 1,0 MeV, selected depending on the result of the comparison performed in the previous step; N ⁇ - obtained at the stage of calibration of the system for detecting explosives in a controlled object before putting it into operation, the number of background gamma-quanta due to the cosmic component with energies in the range of 9.9-11, 0 MeV or 10.2-11, 0 MeV, selected depending on the result of the comparison performed in the previous step; - select gamma quanta with energy
  • gamma quanta with energy in the range of 9.9-11, 0 MeV or 10.2-11, 0 MeV, selected depending on the result performed before the previous comparison step; - to compare the number N of selected gamma rays with the obtained estimated number N f of registered background gamma rays with energy in a given range of energy values, including a value of 10.8 MeV, determine the logarithm of the likelihood ratio, for example, of the following form L (N In (1 + N o / N ⁇ ) -N o ), where N is the number of selected gamma-quanta with energy in a given interval between lower and upper boundary energy values, including a value of 10.8 MeV; N 0 - obtained experimentally during preliminary calibration, the number of gamma-quanta detected with a minimum detectable mass of gamma-quanta with energy in a given interval between the lower and upper boundary energy values, including a value of 10.8 MeV, recorded in the case of a nitrogen-containing explosive in
  • control is continued by conducting repeated neutron-radiation analysis of the controlled object with repeated irradiation with thermal neutrons, registration of gamma radiation and re-decision, as provided by the proposed method; when the logarithm of L exceeds the likelihood ratio of the upper threshold value L 2 set for it (L> L 2 ) if gamma-quanta with energy located in a specified interval between the lower and upper boundary energy values including the value of 10.8 MeV are selected, was carried out in a wider energy range from 9.9 to 11.0 MeV, they decide on the presence of explosives in the controlled object; when the logarithm of L exceeds the likelihood ratio of the upper threshold value L 2 set for it (L> L 2 ) if gamma quanta with energies in a given interval between the lower and upper boundary energy values, including a value of 10.8 MeV, were extracted in a narrower energy range from 10.2 to 11.0 MeV, the ratio of the number N of gamma quanta to the number of registered gamm
  • FIG. 1 shows a system for detecting explosives in a controlled object that implements the inventive method, where 1 is a controlled object, 2 is a facility for neutron radiation analysis, 3
  • FIG. 2 shows a longitudinal section along AA of the installation 2 for neutron radiation analysis (Fig. 1), where 7 is the casing, 8 is radiation protection, 9 is the camera, 10 is the thermal neutron emitter, 11 is the gamma radiation detector, 12 is the side reflector neutrons and 13 is the lower neutron reflector.
  • FIG. 3 shows a longitudinal section of a gamma-ray detector 11, where 14 is a detector housing, 15 is a neutron filter cup, 16 is a scintillator and 17 is a photomultiplier.
  • FIG. 4 is a structural diagram of the electronic equipment included in the installation 2 for neutron-radiation analysis, where 18 is an amplifier and 19 is an analog-to-digital converter.
  • FIG. 5 shows the experimentally obtained in the energy range of gamma rays from 1 to 13 MeV the energy spectrum of gamma radiation emitted by a camera with radiation protection and gamma radiation detectors, but without a controlled object and recorded for 1,000 s, where the number of registered gamma rays is given along the ordinate axis in a logarithmic scale.
  • FIG. 6 shows the experimentally obtained in the energy range of gamma rays from 1 to 13 MeV the energy spectrum of gamma radiation emitted by a controlled object without explosive and a camera with radiation protection and gamma radiation detectors and recorded for 1000 s, where the number of registered gamma quanta is given along the ordinate axis on a logarithmic scale.
  • FIG. 7 shows the experimentally obtained in the energy range of gamma rays from 1 to 13 MeV the energy spectrum of gamma radiation emitted by a controlled object containing about 200 g of nitrogen-containing explosive and a camera with radiation protection and gamma radiation detectors and recorded for 1000 s, where the number of registered gamma rays is given along the ordinate axis in a logarithmic scale.
  • FIG. 8 shows the experimentally obtained in the energy range of gamma rays from 1 to 13 MeV the energy spectrum of gamma radiation emitted by a controlled object without explosive, but containing 75 g of chromium, and a camera with radiation protection and gamma radiation detectors and recorded for 1000 s, where the number of registered gamma rays is given along the ordinate axis on a logarithmic scale.
  • a system for detecting explosives in a controlled object contains (Fig. 1) installation 2 for neutron radiation analysis passing through the horizontal shaft 3 of installation 2 for neutron radiation analysis, conveyor 4, computer 5 with alarm 6, and electronic equipment, the structural diagram of which is shown in FIG. 4.
  • the conveyor 4 is designed to move the controlled object 1 through the horizontal shaft 3 of the installation 2 for neutron radiation analysis and is configured to stop with a small coast.
  • a computer 5 can be used a personal computer.
  • Installation 2 for neutron radiation analysis contains (Fig. 2) a housing 7, inside of which there is radiation protection 8 made of borated polyethylene to reduce the level of neutron radiation and lead to reduce the level of gamma radiation to acceptable values.
  • a horizontal shaft 3 s passes through housing 7 and radiation protection 8 a conveyor belt 4 located along it in its lower part 4.
  • a chamber 9 formed by two side neutron reflectors 12 and a lower neutron reflector 13 and designed to accommodate the controlled object 1 when it is irradiated with thermal neutrons.
  • the side neutron reflectors 12 and the lower neutron reflector 13 are made of polyethylene in the form of plates with dimensions not less than the corresponding overall dimensions of the chamber 9, and mounted along it vertically and horizontally flush with its respective walls.
  • the side reflectors 12 neutrons and the lower reflector 13 neutrons are designed to increase the fraction of thermal neutrons by slowing down the fast neutron reflectors from the emitter 10 thermal neutrons in the material and to ensure uniform distribution of thermal neutrons throughout the volume of the controlled object 1.
  • a thermal neutron emitter 10 which is made in the form of a radionuclide source of fast neutrons • based on caliphoria-252 with the possibility of leduyuschego polyethylene slowing down to thermal energies of about 0.025 eV and is similar in design thermal neutron radiator used in implementing one of the known methods (RU 2065156, 1996).
  • gamma radiation detectors 11 are installed behind the lower neutron reflector 13.
  • the neutron radiation analysis unit 2 is equipped with a stop sensor, which is located in the chamber 9, can be made in the form of end contacts or based on the source and optical radiation receiver and not shown in the figures.
  • the gamma-ray detector 11 (Fig. 3) comprises an aluminum detector body 14 made with an aluminum photomultiplier 17 located in its optical contact with a scintillator 16.
  • the inorganic scintillator based on it is most preferably used as a scintillator 16.
  • thallium activated sodium iodide To reduce the effect on the scintillator 16 of thermal neutrons penetrating from the chamber 9, it is placed in a glass 15 of a neutron filter, which is sealed with double walls and a double bottom, the cavity between which is filled with material that reduces the flow of thermal neutrons, for example, lithium carbonate, lithium fluoride or lithium phosphate.
  • the electronic equipment included in the apparatus 2 for neutron radiation analysis contains several channels that are identical in structure, the number of which is equal to the number of gamma radiation detectors 11 used.
  • Each channel contains (Fig. 4) a series-connected photoelectronic multiplier 17 of the gamma radiation detector 11, an amplifier 18 and an analog-to-digital converter 19, the output of which is connected to the input of the computer 5.
  • the outputs of the computer 5 are connected to the input of the alarm signaling device 6, intended for generating signals of the presence or absence of explosive in the controlled object 1, as well as with the drive of the conveyor 4 for supplying start and stop signals of the conveyor 4, which is not shown in the figures.
  • a system that implements the inventive method for detecting explosives in a controlled object works as follows.
  • an empty chamber 9 is irradiated with thermal neutrons without placing a controlled object 1 in it to obtain the energy spectrum of its gamma radiation.
  • open the flap of the thermal neutron emitter 10 (not shown in the figures), which emits thermal neutrons with an energy of about 0.025 eV into the internal cavity of the chamber 9.
  • radiation protection 8, gamma radiation detectors 11 and other units of installation 2 for of neutron-radiation analysis radiative capture of thermal neutrons by atomic nuclei of chemical elements that make up the materials used in them, as well as air nitrogen, occurs, as a result of which these atomic nuclei pass excited state.
  • the transition of atomic nuclei from an excited state to the ground state is accompanied by the emission of gamma rays with different energy values.
  • the photoelectronic multiplier 17 of the gamma radiation detector 11 converts the optical radiation of the light flash from each gamma ray emitted by the scintillator 16 into an electric pulse with an amplitude proportional to the energy of the gamma ray incident on the scintillator 16. After amplification by the amplifier 18 (Fig.
  • electrical pulses from gamma rays are fed to an analog-to-digital converter 19, which converts the amplitude value of each electric pulse from gamma rays to a digital code that is input into computer 5.
  • FIG. 5 An example of such an energy spectrum of gamma radiation experimentally obtained by the inventors on their prototype system for detecting explosives in a controlled object for a time of 1000 s is shown in FIG. 5, where the number of registered gamma rays along the ordinate axis is given on a logarithmic scale.
  • the maximum energy spectrum of gamma rays of about 2.23 MeV is clearly visible in the energy spectrum of gamma radiation, which is due to gamma rays emitted by the nuclei of hydrogen atoms that make up the radiation protection material 8.
  • computer 5 determines the number of registered background gamma quanta with energy in a predetermined interval between the lower and upper boundary energy values, including a value of 10.8 MeV. In practice, the number of such registered background gamma rays is determined by computer 5 in two intervals from 9.9 to 11.0 MeV and from 10.2 to 11.0 MeV.
  • computer 5 determines and stores for each of these two energy intervals the amounts of N 01 , N 02 , N 03 registered gamma rays corresponding to the three abovementioned components of the background gamma radiation, due respectively to the emission of gamma rays by nitrogen by the air, the interaction of fast neutrons with nuclei of iodine atoms and the simultaneous registration of two or more gamma rays.
  • the computer 5 determines the indicated number of background gamma-quanta recorded over the same time interval as the time interval registration of gamma rays upon irradiation by neutrons of a controlled object 1, that is, as noted below, in 5-10 seconds.
  • this operation is preferably carried out at the stage of calibration of the system for detecting explosives in a controlled object before putting it into operation.
  • the authors of the present invention have developed a method for determining at the calibration stage these three components of the background gamma radiation, as well as the number N FK of background gamma rays due to the cosmic component, which is implemented in a prototype system for detecting explosives in a controlled object.
  • the number Nk of background gamma-quanta determined by the cosmic component is determined by detecting gamma radiation by detectors 11 and counting 5 gamma-quanta with energies from 9.9 to 11.0 MeV and from 10.2 to 11 by a computer , 0 MeV in conditions when a thermal neutron emitter 10 is not installed on the installation 2 for neutron radiation analysis.
  • the number N ph -i of background gamma-quanta with energies from 9.9 to 11.0 MeV and from 10.2 to 11.0 is calculated MeV, caused by nitrogen in the air chamber 9.
  • a radionuclide emitter 10 of thermal neutrons is removed from installation 2 for neutron radiation analysis and a neutron generator is installed as a radiator of 10 thermal neutrons, the principle of which based on deuterium-deuterium reaction.
  • Such a neutron generator emits a stream of monochromatic fast neutrons with an energy of about 2.5 MeV, which are then decelerated to thermal energy values and, after deceleration, are used to irradiate the chamber 9.
  • the indicated value of fast neutron energy in this case is not enough to ensure that when they interact with nuclei scintillator iodine atoms 16 of the gamma radiation detector 11, these nuclei emitted gamma rays with an energy of about 10.8 MeV. Therefore, when the chamber is irradiated with 9 neutrons using a neutron generator, the component of the background gamma radiation due to the interaction of fast neutrons with the nuclei of iodine atoms is absent.
  • computer 5 After registering background gamma-rays with energies from 9.9 to 11, 0 MeV and from 10.2 to 11, 0 MeV and calculating their number, computer 5, in accordance with the specified method, subtracts values from the calculated number of background gamma-quanta earlier the obtained amount of N f k of background gamma-rays due to the cosmic component and the number of N f1 of background gamma-rays due to air nitrogen, resulting in the number N fz of background gamma-rays due to the simultaneous registration of two or more gamma-quanta of lower energy th.
  • a radionuclide emitter 10 of thermal neutrons is reinstalled at installation 2 for neutron radiation analysis, camera 9 is irradiated with thermal neutrons, and background gamma-quanta with energies from 9 are recorded , 9 to 11, 0 MeV and from 10.2 to 11, 0 MeV and calculate their number by computer 5.
  • computer 5 from the obtained number of registered background r-quanta recorded in this case subtracts the values previously obtained x the number N ⁇ of background gamma-rays due to the cosmic component, the number N ⁇ 1 of background gamma-rays due to air nitrogen, the number N fz of background gamma-rays due to the simultaneous detection of two or more gamma-rays of lower energies, resulting in the number N f2 of background gamma rays due to the interaction of fast neutrons with the nuclei of iodine atoms.
  • computer 5 determines and stores the number N K i of registered gamma rays with energies from 2.0 to 2.4 MeV, the number N « 2 registered gamma rays with energies from 2, 7 to 2.9 MeV and N K s of registered gamma rays with energies from 3.5 to 10.1 MeV.
  • the computer 5 determines the indicated number of gamma rays recorded over the same time interval as the time interval for registering gamma rays when neutrons are irradiated by the controlled object 1, that is, as noted below, in 5-10 seconds. As a result of this, the system is ready to perform neutron radiation analysis of the controlled object 1.
  • the controlled object 1 is installed on the conveyor belt 4 and the conveyor 4 is launched from the computer keyboard 5.
  • the controlled object 1 is delivered by the conveyor 4 to the chamber 9 of the neutron radiation analysis unit 2, the conveyor belt will be stopped by a signal from a stop sensor not shown in the figures 4 with a controlled item 1.
  • Thermal neutrons with an energy of about 0.025 eV are emitted by a thermal neutron emitter 10 into the internal cavity of chamber 9 and irradiate, including a controlled object 1.
  • a thermal neutron emitter 10 When irradiated with thermal neutrons of a controlled object 1, chamber 9, radiation protection 8, gamma radiation detectors 11 and others elements of installation 2 for neutron radiation
  • the analysis involves the radiative capture of thermal neutrons by the atomic nuclei of the chemical elements that make up the materials contained in them, as a result of which these atomic nuclei become excited.
  • the transition of atomic nuclei from an excited state to the ground state is accompanied by the emission of gamma rays with different energy values.
  • thermal neutrons when thermal neutrons are irradiated, including nitrogen-containing materials located in the controlled object 1, radiation capture of thermal neutrons by the nuclei of nitrogen-14 atoms will occur, as a result of which nuclei of nitrogen-15 atoms are formed in an excited state.
  • the transition of the nuclei of nitrogen-15 atoms from the excited state to the ground state will occur with the emission of gamma rays with an energy of about 10.8 MeV with a transition probability of about 0.14.
  • Some of these gamma quanta fall into the scintillators 16 of the gamma radiation detectors 11 (Fig. 3) and, similarly to those described above, are converted into digital codes received in computer 5 proportional to the energies of these gamma quanta.
  • 12-13 keV in the energy range from 1 to 13 MeV
  • FIG. 6 An example of such an energy spectrum of gamma radiation experimentally obtained by the authors using the created prototype of an explosive detection system in a controlled object during 1000 s, when the controlled object 1 does not contain nitrogen-containing explosive, is shown in FIG. 6, where the number of registered gamma rays along the ordinate axis is given on a logarithmic scale.
  • FIG. 7 An example of the energy spectrum of gamma radiation experimentally obtained by the authors during 1000 s, when the controlled object 1 contains a nitrogen-containing explosive weighing 200 g, shown in FIG. 7, where the number of registered gamma rays along the ordinate axis is given on a logarithmic scale.
  • the computer 5 based on the obtained energy spectrum of the registered gamma radiation of the camera 9 with the controlled object 1 located therein, determines the number of registered gamma rays with energies from 9.2 to 10.2 MeV and the number of registered gamma rays with energies from 3.4 up to 7.7 MeV, calculates their ratio and compares the resulting ratio with a threshold value equal to, for example, 0.0007.
  • a threshold value equal to, for example, 0.0007.
  • the obtained ratio does not exceed the specified value, this means that in the controlled object 1 there are no nitrogen-free materials that, when irradiated with thermal neutrons, intensively emit gamma rays with energies close to 10.8 MeV, and therefore can cause false alarming.
  • such materials may be materials containing chromium, selenium or iron.
  • Exceeding the indicated threshold value equal to 0.0007 by the obtained ratio indicates the presence in the controlled object 1 of nitrogen-free materials that, when irradiated with thermal neutrons, intensively emit gamma rays with energies close to 10.8 MeV, for example, chromium, selenium, or gland.
  • 10.8 MeV for example, chromium, selenium, or gland.
  • computer 5 selects gamma quanta with energy located in a predetermined interval between the lower and upper boundary energy values, including a value of 10.8 MeV, and counts them number N.
  • computer 5 calculates gamma rays with energies in the range of 9.9-11, 0 MeV or 10.2-11, 0 MeV, selected depending on the result of the comparison with a threshold value equal to 0.0007, the ratio to t he detected gamma rays with energies from 9.2 to 10.2 MeV to the amount of detected gamma-rays with energies from 3.4 to 7.7 MeV.
  • computer 5 gives a signal that there is no explosive in the controlled object 1 to the alarm signaling device 6, indicating it to the system operator, and sends a signal to the conveyor drive 4, starting conveyor 4, and the controlled item 1 is removed from the control, leaving the conveyor 4 from the control zone.
  • computer 5 issues a signal about the presence of explosive in the controlled object 1 to the alarm signaling device b, indicating it to the system operator, and sends a signal to the transport drive RA 4, starting the conveyor 4.
  • Conveyor 4 moves the controlled object 1 from the horizontal shaft 3 of the installation 2 for neutron radiation analysis and after the controlled object 1 leaves the horizontal shaft 3, it is removed from the conveyor belt 4 and sent for autopsy and visual inspection.
  • computer 5 issues a signal that there is no explosive in the controlled object 1 to the alarm signaling device 6, indicating it to the system operator, and gives a signal to the drive of the conveyor 4, starting the conveyor 4, and the controlled object 1 is removed from the control, leaving the conveyor 4 from the control zone.
  • the computer 5 gives a signal about the presence in the controlled object 1 of an explosive to the alarm 6 , indicating it to the system operator, and sends a signal to the drive of the conveyor 4, starting the conveyor 4.
  • the conveyor 4 moves the controlled object 1 from the horizontal shaft 3 of the installation 2 for neutron radiation analysis and after the exit of cont the rolled object 1 from the horizontal shaft 3, it is removed from the conveyor belt 4 and an autopsy and a visual inspection are sent.
  • Tests of a prototype explosive detection system in a controlled object created in accordance with the present invention were carried out on the experimental basis of the applicant, and in early 2004 at the Pulkovo airport in St. Russia. The tests showed that it was possible in principle to detect modern nitrogen-containing explosives with a minimum mass of 100-200 g in the typical baggage of air passengers with the usual baggage density nitrogen nitrogen-containing materials that are not explosives, from 2.3 to 2.4 g / DM 3 .
  • the experimentally estimated probability of the correct detection of an explosive of a minimum mass of 100 g was 0.95-0.97, with a false alarm probability not exceeding 0.02-0.04.
  • the system for detecting explosives in a controlled object showed a sufficiently high productivity of the baggage control process, providing verification of 170-190 pieces of baggage per hour. Such a performance of an explosive detection system in a controlled object can be considered acceptable even when controlling the baggage of such a large number of air passengers that wide-body airliners take on board.

Abstract

The invention relates to a material neutron-radiation analysis and can be used mainly for detecting nitrogen-containing explosive materials in closed inspected objects. The inventive method consists in exposing a chamber which is provided with a radiation shielding to thermal neutron irradiation, in recording gamma-radiation, in determining the energy spectrum of the chamber gamma-radiation within a gamma quantum energy range whose upper boundary is equal to or greater than 11 MeV, in placing the inspectable object in the chamber, in exposing said object by thermal neutron radiation and in determining the energy spectrum of the chamber gamma-radiation with said inspectable object within the same energy spectrum. The expected quantity of background gamma-quanta whose energy is about of 10.8 MeV recorded during the thermal neutron irradiation of the chamber is determined according to expression NF = NFK+ NF1 NP1/ NK1+ NF2 NP2/ NK2+ NF3(NP3/ NK3)2, wherein NFK is a quantity of the background gamma-quanta having the energy about 10.8 MeV which is specified by a cosmic component and is obtainable at a calibration stage; NF1, NF2 and NF3 are the quantities of the recorded background gamma-quantum whose energy is about of 10.8 MeV, which are obtainable on the basis of the energy of the empty chamber and are specified by the interaction of the thermal neutrons with air nitrogen atom nuclei, by the interaction of fast neutrons with iodine atom nuclei and by simultaneity of the recording of two or more low-energy gamma-quanta, respectively; NK1, NK2 and NK3 are the quantities of gamma-quanta whose energies range from 2.0 to 2.4 MeV, from 2.7 to 2.9 MeV and from 3.5 to 10.1 MeV respectively and which are registered during the irradiation of the empty chamber ; NP1, NP2 and NP3 are the quantities of gamma-quanta recorded within the same energy ranges during the irradiation of the chamber containing the inspectable object. The inventive method also consists in selecting and calculating the gamma-quanta whose energy ranges between the upper and lower energy boundary values including the 10.8 MeV value and in taking decision with respect to the presence of the explosive material when the quantity of selected gamma-quanta exceeds the guess quantity of registered background gamma-quanta. The inventive method reduces the probability the through passage of an explosive material and of a false alarm.

Description

СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА В КОНТРОЛИРУЕМОМ ПРЕДМЕТЕ METHOD FOR DETECTING EXPLOSIVES IN CONTROLLED SUBJECT
Область техникиTechnical field
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 их вскрытия.The present invention relates to the field of neutron radiation analysis of materials and can mainly be used to combat terrorism and organized crime for the detection of nitrogen-containing explosives in controlled objects without opening them.
Предшествующий уровень Необходимость контроля больших потоков почтовых отправлений или проведения досмотра ручной клади и багажа пассажиров, прежде всего, на авиационном транспорте, в условиях ограниченного времени, отводимого для контроля или досмотра, требует применения способов обнаружения взрывчатых веществ и реализующих их технических средств, которые не предусматривают вскрытие и визуальный досмотр каждого контролируемого предмета, но обеспечивают оперативное обнаружение взрывчатых веществ с высокой вероятностью правильного обнаружения при малом количестве ошибок ложной тревоги.Prior level The need to control large flows of mail or to carry out searches of hand luggage and baggage of passengers, especially in air transport, in conditions of limited time allotted for control or inspection, requires the use of methods for the detection of explosives and their technical means that do not include autopsy and visual inspection of each controlled item, but provide rapid detection of explosives with a high probability of correct of detection with a small number of errors of a false alarm.
В настоящее время среди многочисленных известных способов обнаружения взрывчатых веществ практическое применение нашли способы на основе использования рентгенографии (Раtriсk Flапаgап, "Тесhпоlоgу vs. tеrrоr", EUSA, 1989, No 7, рр. 46-49, 51), которые неэффективны при нетрадиционной форме исполнения взрывчатых веществ и поэтому позволяют их обнаружить лишь в 40-60 % случаев. Кроме того, широкое практическое применение нашли способы обнаружения взрывчатого вещества, которые основаны на нейтронно- радиационном анализе, выполняемом для определения химических элементов, входящих в состав взрывчатого вещества. Такие известные способы обнаружения взрывчатого вещества и реализующие их установки (US 5078952, 1992, US 5114662, 1992, US 5144140, 1992, US 5153439, 1992, EP 0295429, 1992, EP 0297249, 1993, EP 0336634, 1993, US 5388128, 1995, RU 2046324, 1995, RU 2065156, 1996) предусматривают размещение контролируемого предмета в камере с радиационной защитой, облучение его тепловыми нейтронами, регистрацию испускаемого контролируемым предметом гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ, 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.Currently, among the many known methods for detecting explosives, methods based on the use of X-ray diffraction (Patrik Flapagap, Tespologu vs. Terror, EUSA, 1989, No 7, pp. 46-49, 51) have found practical application, which are ineffective in non-traditional form explosives and therefore allow them to be detected only in 40-60% of cases. In addition, methods of detecting explosives have found wide practical application, which are based on neutron-radiation analysis performed to determine the chemical elements that make up the explosive. Such well-known methods for detecting explosives and their installations (US 5078952, 1992, US 5114662, 1992, US 5144140, 1992, US 5153439, 1992, EP 0295429, 1992, EP 0297249, 1993, EP 0336634, 1993, US 5388128, 1995 , RU 2046324, 1995, RU 2065156, 1996) provide for the placement of a controlled object in a chamber with radiation protection, irradiation with thermal neutrons, registration of gamma radiation emitted by a controlled object with a quantum energy of about 10.8 MeV, obtaining based on the results of registration of gamma radiation distribution of nitrogen concentration in a controlled subject and determined of the presence therein of the explosive upon the fact of increased nitrogen concentration.
Как известно, все современные взрывчатые вещества содержат довольно значительное количество азота, составляющее от 9 до 35 массовых процентов при плотности взрывчатых веществ от 1 ,25 до 2,00 г/см3. При облучении взрывчатого вещества тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ происходит радиационный захват тепловых нейтронов ядрами атомов aзoтa-14, в результате чего образуются ядра атомов aзoтa-15 в возбужденном состоянии. При переходе из возбужденного состояния в основное состояние в среднем около 14% ядер атомов aзoтa-15 испускают гамма-кванты с энергией около 10,8 МэВ. Регистрация и подсчет таких гамма-квантов позволяет получить информацию о концентрации азота в контролируемом предмете и принять решение о наличии в нем взрывчатого вещества по факту повышенной концентрации азота. В этом случае определение наличия повышенной концентрации азота в контролируемом предмете осуществляют на основании превышения количества зарегистрированных гамма-квантов указанной выше энергии предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов.As you know, all modern explosives contain a fairly significant amount of nitrogen, comprising from 9 to 35 mass percent with a density of explosives from 1, 25 to 2.00 g / cm 3 . When an explosive is irradiated with thermal neutrons with an energy of about 0.025 eV, radiation captures thermal neutrons by the nuclei of nitrogen-14 atoms, resulting in the formation of nuclei of nitrogen-15 atoms in an excited state. Upon transition from the excited state to the ground state, on average, about 14% of the nuclei of the nitrogen-15 atoms emit gamma rays with an energy of about 10.8 MeV. Registration and counting of such gamma-quanta allows you to obtain information about the concentration of nitrogen in a controlled subject and decide on the presence of an explosive in it upon the fact of an increased concentration of nitrogen. In this case, the determination of the presence of an increased concentration of nitrogen in the controlled object is carried out on the basis of the excess of the number of registered gamma rays of the above energy of the estimated number of registered background gamma rays.
Как показали исследования авторов настоящего изобретения, за исключением космического гамма-излучения, которое достаточно стабильно, может быть измерено и поэтому учтено, фоновое гамма-излучение с энергиями квантов, близкими к 10,8 МэВ, обусловлено следующими тремя составляющими. Во-первых, при взаимодействии с тепловыми нейтронами гамма-кванты указанного значения энергии испускают ядра атомов азота наполняющего камеру и окружающего ее воздуха.As shown by studies of the authors of the present invention, with the exception of cosmic gamma radiation, which is quite stable, can be measured and therefore taken into account, background gamma radiation with quantum energies close to 10.8 MeV is due to the following three components. Firstly, when interacting with thermal neutrons, gamma-quanta of the indicated energy value emit nuclei of nitrogen atoms filling the chamber and the surrounding air.
Во-вторых, при осуществлении всех перечисленных известных способов обнаружения взрывчатого вещества, основанных на нейтронно-радиационном анализе, регистрацию гамма-излучения, как правило, выполняют детекторами гамма-излучения, которые содержат сцинтиллятор на основе йодистого натрия, активированного таллием, и находящийся с ним в оптическом контакте фотоэлектронный умножитель.. При регистрации гамма-кванты, испускаемые контролируемым предметом и попадающие в сцинтиллятор детектора гамма- излучения, вызывают в нем световые вспышки, яркость которых пропорциональна энергиям гамма-квантов. Фотоэлектронный умножитель детектора гамма- излучения преобразует испускаемое сцинтиллятором оптическое излучение световых вспышек в электрические импульсы с амплитудой, пропорциональной энергиям попавших в сцинтиллятор гамма-квантов, которые после усиления усилителем поступают на амплитудный анализатор, выполняющий выделение электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-кванта . около 10,8 МэВ, испускаемого ядром атома азота.Secondly, in the implementation of all of the known methods for detecting explosives based on neutron radiation analysis, registration of gamma radiation, as a rule, is performed by gamma radiation detectors, which contain a thallium activated sodium iodide scintillator and located with it a photoelectron multiplier is in the optical contact. When registering, gamma-rays emitted by a controlled object and entering the scintillator of a gamma-ray detector cause light flashes in it, whose brightness is proportional to the energies of gamma rays. The gamma-ray photoelectronic multiplier converts the optical radiation of light flashes emitted by the scintillator into electric pulses with an amplitude proportional to the energies of the gamma quanta trapped in the scintillator, which, after amplification by the amplifier, are fed to an amplitude analyzer that extracts electric pulses with an amplitude proportional to the energy of the gamma quantum. about 10.8 MeV emitted by the nucleus of a nitrogen atom.
При этом поток тепловых нейтронов формируют путем замедления быстрых нейтронов, испускаемых нейтронным генератором или радионуклидным источником, например, на основе кaлифopния-252. Поскольку замедление до тепловых значений энергии происходит не со всеми испускаемыми быстрыми нейтронами, часть быстрых нейтронов неизбежно попадает в сцинтиллятор детектора гамма-излучения, где достаточно интенсивно взаимодействует с ядрами атомов йода, входящего в состав йодистого натрия, с испусканием гамма- квантов с энергиями, в том числе, близкими к значению 10,8 МэВ. Ввиду того, что в этом случае источником гамма-квантов с энергиями указанных значений является сам материал сцинтиллятора, преобразующего при регистрации гамма- кванты в световые вспышки, практически все гамма-кванты, испущенные ядрами атомов входящего в состав сцинтиллятора йода, регистрируются детектором гамма-излучения. Поэтому вторая составляющая фонового гамма-излучения обусловлена взаимодействием быстрых нейтронов с ядрами атомов йода.In this case, the thermal neutron flux is formed by slowing down fast neutrons emitted by a neutron generator or a radionuclide source, for example, based on caliphornia-252. Since the deceleration to thermal energy values does not occur with all emitted fast neutrons, some fast neutrons inevitably fall into the scintillator of the gamma radiation detector, where it interacts quite intensively with the nuclei of iodine atoms, which is part of sodium iodide, with the emission of gamma quanta with energies including close to the value of 10.8 MeV. Due to the fact that in this case the source of gamma quanta with energies of the indicated values is the scintillator material itself, which, when registering gamma quanta into light flashes, practically all gamma quanta emitted by the atomic nuclei of the iodine scintillator are detected by a gamma radiation detector . Therefore, the second component of the background gamma radiation is due to the interaction of fast neutrons with the nuclei of iodine atoms.
В-третьих, поскольку используемый в детекторах гамма-излучения фотоэлектронный умножитель не является координатно-чувствительным приемником оптического излучения, его выходной электрический сигнал в каждый момент времени оказывается пропорциональным суммарному потоку оптического излучения всех световых вспышек, возникающих в сцинтилляторе в каждый момент времени. При взаимодействии с нейтронами не только ядра атомов азота, но и ядра атомов многих других химических элементов, входящих в состав материалов камеры и контролируемого предмета, достаточно интенсивно испускают гамма-кванты с энергиями, меньшими значения 10,8 МэВ. При существенном количестве таких гамма-квантов два гамма-кванта или большее их количество могут вызвать при регистрации в сцинтилляторе детектора гамма- излучения соответственно две или более световых вспышки, возникающие практически одновременно. Поэтому выходной электрический сигнал фотоэлектронного умножителя окажется пропорциональным суммарному световому потоку оптического излучения этих вспышек, то есть сумме значений энергии этих двух или более гамма-квантов. В результате этого два или более гамма-кванта, имеющих энергии, значительно меньшие 10,8 МэВ, когда суммарная их энергия близка к 10,8 МэВ, при одновременности их регистрации воспринимаются детектором гамма-излучения как один гамма-квант с энергией 10,8 МэВ. Этими гамма-квантами меньших энергий, регистрируемыми детектором гамма-излучения одновременно в качестве одного гамма-кванта, обусловлена третья составляющая фонового гамма-излучения. Предполагаемое количество регистрируемых фоновых гамма-квантов всех трех перечисленных составляющих определяют экспериментально при предварительной калибровке установки для обнаружения взрывчатого вещества без размещения в ней контролируемого предмета перед вводом ее в эксплуатацию. Однако, при применении установки по назначению из-за размещения в камере контролируемого предмета, состав химических элементов содержимого которого не известен, количество регистрируемых фоновых гамма- квантов указанной выше энергии весьма существенно изменяется. Это связано как с наличием в контролируемом предмете испускающих такие гамма-кванты азотосодержащих материалов, не являющихся взрывчатым веществом, так и с искажением находящимися в нем материалами, не содержащими азот, потока тепловых нейтронов, проникающего в объем контролируемого предмета, а также потока быстрых нейтронов, достигающего сцинтиллятора детектора гамма- излучения. Кроме того, изменение предполагаемого количества регистрируемых фоновых гамма-квантов обусловлено искажением энергетического спектра гамма- квантов меньших энергий, регистрируемых детектором гамма-излучения одновременно, вследствие гамма-излучения, испускаемого ядрами атомов содержащихся в контролируемом предмете материалов. Поэтому величина фонового гамма-излучения при облучении тепловыми нейтронами контролируемого предмета неизбежно оказывается весьма существенно отличающейся от значения, полученного экспериментально при калибровке установки перед вводом ее в эксплуатацию.Thirdly, since the photoelectron multiplier used in gamma-ray detectors is not a coordinate-sensitive receiver of optical radiation, its output electric signal at each moment of time is proportional to the total optical radiation flux of all light flashes occurring in the scintillator at any time. When interacting with neutrons, not only the nuclei of nitrogen atoms, but also the nuclei of atoms of many other chemical elements that make up the materials of the chamber and the controlled object, emit gamma rays with energies lower than 10.8 MeV quite intensively. With a significant number of such gamma rays, two or more gamma rays can cause two or more light flashes, which occur almost simultaneously, when registering a gamma radiation detector in the scintillator. Therefore, the output electric signal of the photomultiplier will be proportional to the total luminous flux of the optical radiation of these flashes, that is, the sum of the energy values of these two or more gamma rays. As a result of this, two or more gamma-quanta having energies significantly lower than 10.8 MeV, when their total energy is close to 10.8 MeV, while recording them simultaneously, are perceived by the gamma-ray detector as one gamma quantum with an energy of 10.8 MeV These lower-energy gamma quanta, recorded by the gamma-ray detector simultaneously as one gamma-quantum, determine the third component of the background gamma-radiation. The estimated number of detected background gamma-quanta of all three of these components is determined experimentally during preliminary calibration of the explosive detection device without placing a controlled object in it before putting it into operation. However, when using the unit for its intended purpose, due to the placement of a controlled object in the chamber, the composition of the chemical elements of the contents of which is not known, the number of recorded background gamma-quanta of the above energy varies quite significantly. This is due both to the presence in the controlled object of nitrogen-containing materials emitting such gamma quanta, which are not explosive, and to the distortion of the materials contained in it that do not contain nitrogen, the thermal neutron flux penetrating into the volume of the controlled object, as well as the fast neutron flux, scintillator reaching gamma radiation detector. In addition, the change in the estimated number of registered background gamma-quanta is due to a distortion of the energy spectrum of lower-energy gamma-quanta recorded by the gamma-ray detector simultaneously, due to gamma-radiation emitted by the atomic nuclei of the materials contained in the controlled object. Therefore, the magnitude of the background gamma radiation when irradiated with thermal neutrons of a controlled object inevitably turns out to be very significantly different from the value obtained experimentally when calibrating the installation before putting it into operation.
В результате этого, если при обнаружении взрывчатого вещества в контролируемом предмете реальное фоновое гамма-излучение окажется выше предполагаемого значения фонового гамма-излучения, экспериментально определенного при калибровке, возрастет вероятность ложной тревоги. При противоположном соотношении реального и предполагаемого значений фонового гамма-излучения, наоборот, повысится вероятность пропуска взрывчатого вещества. Кроме того, в условиях, когда в контролируемом предмете содержатся материалы, состоящие, кроме азота, из целого ряда других химических элементов, ядра атомов этих химических элементов при взаимодействии с нейтронами также испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов достаточно широкого диапазона спектра, в том числе с энергиями, достаточно близкими по значению к 10,8 МэВ. В частности, ядра атомов хрома испускают гамма-кванты с энергией 9,7 МэВ, селена - с энергией 9,9 МэВ, а железа - с энергией 9,3 и 10,0 МэВ. При регистрации гамма-излучения в процессе выделения испущенных ядрами атомов азота гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, гамма-кванты, испущенные ядрами атомов хрома, селена и железа, могут быть выделены и ошибочно зарегистрированы в качестве гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, якобы испущенных ядрами атомов азота. Данное обстоятельство вызывает увеличение вероятности ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества.As a result of this, if, when an explosive is detected in a controlled object, the real background gamma radiation will be higher than the expected value of the background gamma radiation experimentally determined during calibration, the probability of false alarm will increase. With the opposite ratio of the real and estimated values of the background gamma radiation, on the contrary, the probability of an explosive missed will increase. In addition, under conditions when a controlled object contains materials consisting, in addition to nitrogen, of a number of other chemical elements, the nuclei of atoms of these chemical elements, when interacting with neutrons, also emit gamma radiation with gamma-ray energies of a fairly wide range of the spectrum, including energies close enough in value to 10.8 MeV. In particular, chromium nuclei emit gamma rays with an energy of 9.7 MeV, selenium with an energy of 9.9 MeV, and iron with an energy of 9.3 and 10.0 MeV. When registering gamma radiation in the process of selection emitted by the nuclei of nitrogen atoms of gamma rays with an energy that is in a predetermined interval between the lower and upper boundary energy values, including a value of 10.8 MeV, gamma rays emitted by the nuclei of chromium, selenium and iron atoms can be isolated and mistakenly recorded as gamma rays with an energy of 10.8 MeV, allegedly emitted by the nuclei of nitrogen atoms. This circumstance causes an increase in the probability of false alarm when explosives are detected.
И, наконец, ложную тревогу при обнаружении взрывчатого вещества могут вызвать находящиеся в контролируемом предмете изделия из натуральной кожи, а также сам контролируемый предмет, например, чемодан, сумка, портфель или кейс, выполненный из натуральной кожи, поскольку натуральная кожа содержит азот в количестве 10-15 массовых процентов.And finally, a false alarm when detecting an explosive can be caused by genuine leather products located in the controlled object, as well as the controlled object itself, for example, a suitcase, bag, briefcase or case made of genuine leather, since genuine leather contains 10 nitrogen -15 mass percent.
Поэтому недостатками всех перечисленных известных способов обнаружения взрывчатого вещества, основанных на нейтронно-радиационном анализе, являются высокие значения вероятностей ложной тревоги и пропуска взрывчатого вещества.Therefore, the disadvantages of all these known methods for detecting explosives based on neutron radiation analysis are the high probabilities of false alarm and missed explosives.
Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению следует считать способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете (RU 2206080, 2003), который включает размещение контролируемого предмета в камере, оснащенной радиационной защитой и, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения, облучение контролируемого предмета тепловыми нейтронами, регистрацию испускаемых гамма-квантов, выделение гамма-квантов, в том числе, с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, подсчет выделенных гамма-квантов и принятие решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении количеством выделенных гамма-квантов предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ. Как и при осуществлении всех описанных выше известных способов обнаружения взрывчатого вещества, основанных на использовании нейтронно- радиационного анализа, при осуществлении данного способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, являющегося ближайшим аналогом, решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете принимают в случае превышения количеством зарегистрированных гамма- квантов с энергией около 10,8 МэВ предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с такой же энергией. При этом предполагаемое количество зарегистрированных фоновых гамма-квантов определяют экспериментально при предварительной калибровке установки для обнаружения взрывчатого вещества без размещения в ней контролируемого предмета перед вводом ее в эксплуатацию. Как это было подробно рассмотрено выше, непосредственно при обнаружении взрывчатого вещества из-за размещения в камере контролируемого предмета, состав химических элементов содержимого которого не известен, количество регистрируемых фоновых гамма-квантов указанной выше энергии весьма существенно изменяется. Это связано как с наличием в контролируемом предмете испускающих такие гамма-кванты азотосодержащих материалов, не являющихся взрывчатым веществом, так и с искажением находящимися в нем материалами, не содержащими азот, потока тепловых нейтронов, проникающего в объем контролируемого предмета, а также потока быстрых нейтронов, достигающего сцинтиллятора детектора гамма-излучения. Кроме того, изменение предполагаемого количества регистрируемых фоновых гамма-квантов обусловлено искажением энергетического спектра гамма-квантов меньших энергий, регистрируемых детектором гамма-излучения одновременно, вследствие гамма-излучения, испускаемого ядрами атомов содержащихся в контролируемом предмете материалов. Поэтому фоновое гамма-излучение неизбежно оказывается весьма существенно отличающимся от значения, полученного экспериментально при калибровке установки перед вводом ее в эксплуатацию. Вследствие этого, как было отмечено выше, повышаются вероятности пропуска взрывчатого вещества и ложной тревоги при его обнаружении.The closest in technical essence to the present invention should be considered a method for detecting explosives in a controlled object (RU 2206080, 2003), which includes placing the controlled object in a chamber equipped with radiation protection and at least one gamma radiation detector, irradiating the controlled object thermal neutrons, registration of emitted gamma rays, emission of gamma rays, including those with energy in a given interval between the lower and upper boundary energies and including a value of 10.8 MeV, counting the selected gamma-quanta and deciding on the presence of explosive in the controlled object when the number of gamma-quanta extracted exceeds the estimated number of registered background gamma-quanta with energy in a given energy range, including the value 10.8 MeV. As with the implementation of all the known methods of detecting explosives described above, based on the use of neutron radiation analysis, when implementing this method of detecting explosives in a controlled object, which is the closest analogue, the decision on the presence of explosive in a controlled object is made if the number of registered gamma rays with an energy of about 10.8 MeV of the estimated number of registered background gamma rays with the same energy iey. Wherein the estimated number of registered background gamma-quanta is determined experimentally during preliminary calibration of the installation for detecting explosives without placing a controlled object in it before putting it into operation. As it was discussed in detail above, immediately upon detection of an explosive due to the placement of a controlled object in the chamber, the composition of the chemical elements of the contents of which is not known, the number of recorded background gamma-rays of the above energy varies quite significantly. This is due both to the presence in the controlled object of nitrogen-containing materials emitting such gamma quanta that are not explosive, and to the distortion of the materials contained in it that do not contain nitrogen, the thermal neutron flux penetrating into the volume of the controlled object, as well as the fast neutron flux, scintillator reaching gamma radiation detector. In addition, the change in the estimated number of registered background gamma-quanta is due to a distortion of the energy spectrum of lower-energy gamma-quanta recorded by the gamma-ray detector simultaneously, due to gamma-radiation emitted by the atomic nuclei of the materials contained in the controlled object. Therefore, the background gamma radiation inevitably turns out to be very significantly different from the value obtained experimentally when calibrating the installation before putting it into operation. As a result of this, as noted above, the likelihood of missing an explosive and false alarm when it is detected increases.
Кроме того, если окажется, что в контролируемом предмете содержатся материалы, состоящие из таких химических элементов, как, например, хром, селен и железо, ядра атомов которых при взаимодействии с тепловыми нейтронами также испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов, достаточно близкими по значению к 10,8 МэВ, при регистрации гамма-излучения в процессе выделения гамма-квантов, испущенных ядрами атомов азота, гамма- кванты, испущенные ядрами атомов указанных химических элементов, могут быть выделены и ошибочно зарегистрированы в качестве гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, якобы испущенных ядрами атомов азота. Данное обстоятельство вызывает увеличение вероятности ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества. В случае, если контролируемый предмет, например, чемодан, сумка, портфель или кейс, выполнен из натуральной кожи или содержит изделия из натуральной кожи, содержащийся в ней в достаточно значительном количестве азот также может вызвать ложную тревогу, что приводит к увеличению вероятности ложной тревоги.In addition, if it turns out that the controlled object contains materials consisting of such chemical elements as, for example, chromium, selenium and iron, the atomic nuclei of which, when interacting with thermal neutrons, also emit gamma radiation with gamma-ray energies quite close with a value of 10.8 MeV, when registering gamma radiation in the process of separating gamma rays emitted by the nuclei of nitrogen atoms, gamma rays emitted by the atomic nuclei of these chemical elements can be isolated and mistakenly recorded in honors gamma quanta with the energy of 10.8 MeV, allegedly emitted by nuclei of nitrogen atoms. This circumstance causes an increase in the probability of false alarm when explosives are detected. In case the controlled item, for example, a suitcase, bag, briefcase or case, is made of genuine leather or contains genuine leather products, contained in it in a significant enough amount nitrogen can also cause a false alarm, leading to an increased likelihood of a false alarm.
Поэтому недостатками способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, являющегося ближайшим аналогом, как и всех перечисленных выше известных способов обнаружения взрывчатого вещества, основанных на нейтронно-радиационном анализе, являются высокие значения вероятностей ложной тревоги и пропуска взрывчатого вещества. Данное обстоятельство связано с тем, что указанные способы не предусматривают на стадии принятия решения о наличии взрывчатого вещества учета изменения фонового гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ, которое возникает в результате размещения в камере контролируемого предмета.Therefore, the disadvantages of the method for detecting explosives in a controlled object, which is the closest analogue, as well as all of the above known methods for detecting explosives based on neutron radiation analysis, are the high probability values of false alarm and missed explosives. This circumstance is due to the fact that these methods do not include, at the stage of making a decision on the presence of an explosive, taking into account changes in background gamma radiation with a quantum energy of about 10.8 MeV, which occurs as a result of placing a controlled object in the chamber.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является снижение вероятностей пропуска взрывчатого вещества и ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества.An object of the present invention is to reduce the likelihood of missed explosives and false alarms when explosives are detected.
Поставленная задача решается, согласно изобретению, тем, что способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, включающий, в соответствии с ближайшим аналогом, размещение контролируемого предмета в камере, оснащенной радиационной защитой и, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения, облучение контролируемого предмета тепловыми нейтронами, регистрацию испускаемых гамма-квантов, выделение гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, подсчет выделенных гамма-квантов, принятие решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении количеством выделенных гамма- квантов предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма- квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, отличается от ближайшего аналога тем, что перед размещением контролируемого предмета облучают тепловыми нейтронами камеру, определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения камеры в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, при облучении контролируемого предмета тепловыми нейтронами определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма- излучения камеры с контролируемым предметом в диапазоне энергии гамма- квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, перед принятием решения на основании изменения энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с контролируемым предметом по отношению к энергетическому спектру зарегистрированного гамма-излучения камеры, по меньшей мере, в одном заданном поддиапазоне энергии гамма- квантов определяют, по меньшей мере, один поправочный коэффициент для полученного при облучении тепловыми нейтронами камеры значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, и определяют предполагаемое количество зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма- квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, посредством умножения на полученный поправочный коэффициент полученного при облучении тепловыми нейтронами камеры значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ. При этом поправочный коэффициент определяют в виде отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,23 МэВ, в виде отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,8 МэВ, и в виде квадрата отношения количеств гамма- квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону от 3,5 до 10,1 МэВ.The problem is solved, according to the invention, in that a method for detecting explosives in a controlled object, including, in accordance with the closest analogue, placing the controlled object in a chamber equipped with radiation protection and at least one gamma radiation detector, irradiating the controlled object thermal neutrons, registration of emitted gamma-rays, emission of gamma-rays with energy in a predetermined interval between the lower and upper boundary energy values, including the value of 10.8 MeV, the calculation of the selected gamma-quanta, the decision on the presence of explosive in the controlled object in excess of the number of allocated gamma-quanta the estimated number of registered background gamma-quanta with energy in a given range of energy values, including a value of 10.8 MeV, differs from the closest analogue in that before placing the controlled object, the camera is irradiated with thermal neutrons, the energy spectrum of the detected gamma radiation of the camera is determined In the gamma-ray energy range with an upper limit of at least 11 MeV, when a controlled object is irradiated with thermal neutrons, the energy spectrum of the detected gamma radiation of a camera with a controlled object in the gamma-ray energy range with an upper limit of at least 11 is determined MeV, before making a decision on the basis of a change in the energy spectrum of the registered gamma radiation of a camera with a controlled object according to in relation to the energy spectrum of the detected gamma radiation of the camera, in at least one predetermined subband of gamma-ray energy, at least one correction coefficient is determined for the value of the number of detected background gamma-quanta with energy located in thermal neutrons irradiating the camera a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV, and determine the estimated number of chambers detected by thermal neutron irradiation with controlled the subject of background gamma-quanta with energy in a given energy range, including a value of 10.8 MeV, by multiplying by the correction factor obtained by irradiating the camera with thermal neutrons, the number of registered background gamma-quanta with energy in a given energy range including the value of 10.8 MeV. In this case, the correction coefficient is determined as the ratio of the numbers of gamma rays detected during irradiation of the camera with a controlled object and during the exposure of the camera and having energy values belonging to a given subrange including 2.23 MeV, as the ratio of the amounts of gamma rays irradiating the camera with a controlled object and when irradiating the camera and having energy values belonging to a given subband including a value of 2.8 MeV, and in the form of a square of the ratio of the quantities ha mmah quanta recorded upon irradiation of a camera with a controlled object and upon irradiation of a camera and having energy values belonging to a given subband of 3.5 to 10.1 MeV.
Кроме того, при облучении камеры с контролируемым предметом в случае превышения отношением количества зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,2 до 10,2 МэВ к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 3,4 до 7,7 МэВ порогового значения увеличивают нижнее граничное значение энергии заданного интервала энергии, включающего значение 10,8 МэВ, причем после увеличения нижнего граничного значения энергии заданного интервала энергии, включающего значение 10,8 МэВ, в случае превышения количеством выделенных гамма-квантов предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, определяют отношение количества выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,6 до 10,2 МэВ и принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете на основании сравнения этого отношения с двумя его пороговыми значениями, то есть принимают решение о наличии взрывчатого вещества при превышении отношением количества выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,6 до 10,2 МэВ верхнего порогового значения или при превышении нижним пороговым значением отношения количества выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,6 до 10,2 МэВ.In addition, when a camera with a controlled object is irradiated, if the ratio exceeds the number of registered gamma rays with energies from 9.2 to 10.2 MeV to the number of registered gamma rays with energies from 3.4 to 7.7 MeV, the lower value increases the boundary energy value of a given energy interval, including a value of 10.8 MeV, and after increasing the lower boundary energy value of a predetermined energy interval, including a value of 10.8 MeV, if the number of selected gamma quanta exceeds the estimated number of registered background gamma rays with energy in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV, determine the ratio of the number of selected gamma rays to the number of registered gamma rays with energies from 9.6 to 10.2 MeV and take the decision on the presence of explosive in the controlled object based on a comparison of this relationship with its two threshold values, that is, they decide on the presence of explosive when the ratio of the number of gamma rays emitted to the number of registered gamma rays with energies from 9.6 to 10 is exceeded, 2 MeV of the upper threshold value or when the lower threshold value is exceeded, the ratio of the number of selected gamma rays to the number of registered gamma rays with energies from 9.6 to 10.2 MeV is exceeded.
Облучение тепловыми нейтронами камеры перед размещением в ней контролируемого предмета совместно с регистрацией испускаемых ею гамма- квантов позволяет определить энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры без контролируемого предмета в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, и, в том числе, фоновое гамма-излучение пустой камеры с энергиями квантов около 10,8 МэВ. Определение при облучении контролируемого предмета тепловыми нейтронами энергетического спектра зарегистрированного гамма- излучения камеры с контролируемым предметом в диапазоне энергии гамма- квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, позволяет затем на основании сравнительного анализа, по меньшей мере, в одном заданном поддиапазоне энергии гамма-квантов полученных энергетических спектров зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры и камеры с размещенным в ней контролируемым предметом перед принятием решения определить, по меньшей мере, один поправочный коэффициент для полученного при облучении тепловыми нейтронами камеры значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, и поэтому оценить изменение фонового гамма-излучения с энергиями квантов около 10,8 МэВ, обусловленное наличием в камере контролируемого предмета. Затем это позволяет до принятия решения частично учесть изменение фонового гамма-излучения с энергиями квантов около 10,8 МэВ, обусловленное наличием в камере контролируемого предмета, и более точно определить предполагаемое количество зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, посредством умножения на полученный поправочный коэффициент полученного при облучении тепловыми нейтронами камеры значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ. Такой учет изменения фонового гамма-излучения и поэтому более точное определение предполагаемого количества зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, обеспечивает в результате принятия решения уменьшение вероятностей ложной тревоги и пропуска взрывчатого вещества. Данное утверждение подтверждается следующими соображениями.The thermal neutron irradiation of the camera before placing a controlled object in it together with the registration of gamma-quanta emitted by it allows you to determine the energy spectrum of the registered gamma radiation of an empty camera without a controlled object in the gamma-ray energy range with an upper limit of at least 11 MeV, and, including the background gamma radiation of an empty chamber with quantum energies of about 10.8 MeV. The determination of the energy spectrum of the detected gamma radiation of a camera with a controlled object in the energy range of gamma quanta with an upper limit of at least 11 MeV when irradiating a controlled object with thermal neutrons then allows, based on a comparative analysis, in at least one given energy subband gamma rays of the obtained energy spectra of the registered gamma radiation of an empty camera and a camera with a controlled object placed in it before deciding It is possible to determine at least one correction factor for the value of the number of detected background gamma quanta with energy in a given energy range including 10.8 MeV obtained by thermal neutron irradiation of the camera, and therefore evaluate the change in background gamma radiation with quantum energies of about 10.8 MeV, due to the presence in the chamber of a controlled object. Then this allows, before making a decision, to partially take into account the change in background gamma radiation with quantum energies of about 10.8 MeV due to the presence of a controlled object in the chamber, and more accurately determine the estimated number of background gamma quanta with energy controlled by neutron irradiation with a controlled object. , which is in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV, by multiplying by the correction factor obtained by irradiation with thermal ronami chamber value for the number of background gamma rays with an energy which is in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV. Such accounting for changes in the background gamma radiation and, therefore, a more accurate determination of the estimated number of background gamma-quanta recorded with thermal neutrons irradiating a controlled object, with energies in a given energy range including a value of 10.8 MeV, reduces the decision probabilities of false alarm and missed explosives. This statement is confirmed by the following considerations.
Как отмечалось выше, одна из наиболее существенных составляющих фонового гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ обусловлена взаимодействием тепловых нейтронов с ядрами атомов азота воздуха, наполняющего камеру и окружающего ее. Размещение в камере контролируемого предмета вызывает искажение находящимися в нем материалами, не содержащими азот, потока тепловых нейтронов. Экспериментальные исследования показали, что наличие в составе материалов контролируемого предмета, например, 500 г хлора, достаточно часто встречающегося в составе материалов, содержащихся, например, в багаже и ручной клади авиапассажиров, снижает поток тепловых нейтронов приблизительно в 1 ,5 раза и поэтому вызывает соответствующее уменьшение указанной составляющей фонового гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ по сравнению с этой составляющей для пустой камеры. В такой ситуации использование при принятии решения о наличии или отсутствии взрывчатого вещества значения фонового гамма-излучения с энергией около 10,8 МэВ, полученного в результате калибровки установки без размещения в камере контролируемого предмета, приводит к необоснованному завышению предполагаемого количества зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, и может привести к пропуску взрывчатого вещества. Это связано также и с тем, что уменьшение потока тепловых нейтронов содержимым контролируемого предмета приведет к соответствующему уменьшению количества гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, испускаемых ядрами атомов азота находящегося в контролируемом предмете взрывчатого вещества.As noted above, one of the most significant components of background gamma radiation with a quantum energy of about 10.8 MeV is due to the interaction of thermal neutrons with the nuclei of nitrogen atoms in the air that fills the chamber and surrounds it. Placing the controlled object in the chamber causes distortion of the thermal neutron flux in the materials that do not contain nitrogen in it. Experimental studies have shown that the presence in the materials of a controlled object, for example, 500 g of chlorine, which is often found in materials contained, for example, in baggage and hand luggage of air passengers, reduces the thermal neutron flux by about 1.5 times and therefore causes the corresponding a decrease in the specified component of the background gamma radiation with a quantum energy of about 10.8 MeV compared with this component for an empty chamber. In such a situation, when deciding whether or not an explosive is used, the value of background gamma radiation with an energy of about 10.8 MeV, obtained as a result of calibrating the device without placing a controlled object in the chamber, leads to unreasonably overestimating the estimated number of cameras detected during irradiation with thermal neutrons with a controlled subject of background gamma-quanta with energy in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV, and can lead to skip explosive. This is also due to the fact that a decrease in the thermal neutron flux by the contents of a controlled object will lead to a corresponding decrease in the number of 10.8 MeV gamma rays emitted by the nuclei of nitrogen atoms of an explosive in a controlled object.
В качестве материала радиационной защиты камеры в значительном количестве используется борированный полиэтилен, поскольку он эффективно поглощает нейтроны. При этом в состав полиэтилена входит водород, ядра атомов которого в результате взаимодействия с нейтронами интенсивно испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов около 2,23 МэВ, что приводит к возникновению в энергетическом спектре гамма-излучения, как пустой камеры, так и камеры с контролируемым предметом ярко выраженного максимума в интервале энергии гамма-квантов, включающем значение 2,23 МэВ, вблизи указанного значения энергии гамма-квантов. Интенсивность гамма- излучения с энергиями квантов указанного значения также существенно зависит от величины потока тепловых нейтронов.A significant amount of boron polyethylene is used as a material for the radiation protection of the chamber, since it effectively absorbs neutrons. At the same time, the composition of polyethylene includes hydrogen, whose nuclei of atoms as a result of interaction with neutrons are intensely emit gamma radiation with gamma-ray energies of about 2.23 MeV, which leads to the appearance in the energy spectrum of gamma radiation, both an empty camera and a camera with a controlled object, a pronounced maximum in the gamma-ray energy interval, including the value 2, 23 MeV, near the specified value of the energy of gamma rays. The intensity of gamma radiation with quantum energies of the indicated value also substantially depends on the magnitude of the thermal neutron flux.
Поэтому авторами настоящего изобретения было предложено оценивать изменение потока тепловых нейтронов под влиянием содержимого контролируемого предмета и учитывать влияние этого изменения на одну из составляющих фонового гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ, обусловленную взаимодействием тепловых нейтронов с ядрами атомов азота наполняющего камеру и окружающего ее воздуха, на основании анализа изменения энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с контролируемым предметом по отношению к энергетическому спектру зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры в заданном поддиапазоне энергии гамма-квантов, включающем значение 2,23 МэВ. Для этого, согласно настоящему изобретению, определяют поправочный коэффициент в виде отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении пустой камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,23 МэВ. Затем определяют обусловленное данной составляющей фонового гамма-излучения предполагаемое количество зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значенийTherefore, the authors of the present invention proposed to evaluate the change in the flux of thermal neutrons under the influence of the contents of the controlled object and take into account the effect of this change on one of the components of the background gamma radiation with a quantum energy of about 10.8 MeV, due to the interaction of thermal neutrons with the nuclei of nitrogen atoms filling the chamber and the surrounding its air, based on the analysis of changes in the energy spectrum of the registered gamma radiation of a camera with a controlled object in relation to energy the spectrum of the detected gamma radiation of an empty chamber in a given subband of gamma-ray energy, including a value of 2.23 MeV. To this end, according to the present invention, a correction coefficient is determined in the form of the ratio of the gamma-quanta detected by irradiating a camera with a controlled object and irradiating an empty chamber and having energy values belonging to a given subband including a value of 2.23 MeV. Then, the estimated number of cameras with a controlled object of background gamma-quanta with energy located in a given range of values, determined by a given component of background gamma radiation, is determined
, энергии, включающем значение 10,8 МэВ, посредством умножения на полученный поправочный коэффициент полученного при облучении тепловыми нейтронами пустой камеры обусловленного данной составляющей значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ., energy, including the value of 10.8 MeV, by multiplying by the obtained correction coefficient obtained by irradiation with thermal neutrons of the empty chamber due to this component, the value of the number of registered background gamma-quanta with energy in a given range of energy values, including the value of 10.8 MeV.
Как уже отмечалось выше, вторая из наиболее существенных составляющих фонового гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ обусловлена взаимодействием быстрых нейтронов, не претерпевших замедления до тепловых значений энергии, с ядрами атомов йода, входящего в состав йодистого натрия сцинтиллятора детектора гамма-излучения. Размещение в камере контролируемого предмета вызывает искажение находящимися в нем материалами потока быстрых нейтронов за счет их замедления или захвата. Экспериментальные исследования показали, что наличие в составе материалов контролируемого предмета, например, 1 кг воды, углерода или полиэтилена снижает поток быстрых нейтронов на 30-50% и поэтому вызывает соответствующее уменьшение указанной составляющей фонового гамма- излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ по сравнению с этой составляющей для пустой камеры. В этом случае использование при принятии решения о наличии или отсутствии взрывчатого вещества значения фонового гамма- излучения с энергией около 10,8 МэВ, полученного в результате калибровки установки без размещения в камере контролируемого предмета, приводит к необоснованному завышению предполагаемого количества зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, и может привести к пропуску взрывчатого вещества. Вместе с тем, авторами настоящего изобретения было экспериментально установлено, что подавляющее большинство химических элементов, входящих в состав находящихся в контролируемом предмете материалов, в области значений энергии гамма-квантов, близких к 2,8 МэВ, практически не искажают энергетического спектра испускаемого гамма-излучения непосредственно за счет захвата нейтронов. Большинство химических элементов вызывают в той или иной степени лишь замедление быстрых нейтронов, что в конечном итоге приводит к уменьшению второй из названных составляющих фонового гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ, которая обусловлена взаимодействием быстрых нейтронов с ядрами атомов йода, входящего в состав йодистого натрия сцинтиллятора детектора гамма-излучения.As noted above, the second most important component of background gamma radiation with a quantum energy of about 10.8 MeV is due to the interaction of fast neutrons, which have not undergone slowdown to thermal energy values, with the nuclei of iodine atoms, which are part of the sodium iodide scintillator of the gamma radiation detector . Placing the controlled object in the chamber causes a distortion of the fast neutron flux in the materials due to their deceleration or capture. Experimental studies have shown that the presence in the materials of a controlled object, for example, 1 kg of water, carbon or polyethylene, reduces the fast neutron flux by 30-50% and therefore causes a corresponding decrease in the indicated component of background gamma radiation with a quantum energy of about 10.8 MeV compared with this component for an empty camera. In this case, when using the decision on the presence or absence of an explosive, the use of background gamma radiation with an energy of about 10.8 MeV, obtained as a result of calibrating the installation without placing a controlled object in the chamber, leads to unreasonably overestimating the number of cameras detected during irradiation with thermal neutrons with a controlled subject of background gamma-quanta with energy located in a given range of energy values, including a value of 10.8 MeV, and can lead to Omitting explosive. At the same time, it was experimentally established by the authors of the present invention that the vast majority of chemical elements that make up the materials contained in the controlled object, in the range of gamma-ray energies close to 2.8 MeV, practically do not distort the energy spectrum of emitted gamma radiation directly due to neutron capture. To a greater or lesser extent, most chemical elements only cause slowing down of fast neutrons, which ultimately leads to a decrease in the second of these components of background gamma radiation with a quantum energy of about 10.8 MeV, which is due to the interaction of fast neutrons with the nuclei of iodine atoms included in composition of sodium iodide scintillator gamma radiation detector.
Поэтому авторами было предложено оценивать изменение потока быстрых нейтронов под влиянием содержимого контролируемого предмета и учитывать влияние этого изменения на вторую составляющую фонового гамма- излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ, обусловленную взаимодействием быстрых нейтронов с ядрами атомов йода сцинтиллятора детектора гамма- излучения, на основании анализа изменения энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с контролируемым предметом по отношению к энергетическому спектру зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры в заданном поддиапазоне энергии гамма-квантов, включающем значение 2,8 МэВ. Для этого, согласно настоящему изобретению, определяют поправочный коэффициент в виде отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,8 МэВ. Затем определяют обусловленное данной составляющей фонового гамма-излучения предполагаемое количество зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, посредством умножения на полученный поправочный коэффициент полученного при облучении тепловыми нейтронами камеры обусловленного данной составляющей значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ.Therefore, the authors proposed to evaluate the change in the fast neutron flux under the influence of the contents of the controlled object and take into account the effect of this change on the second component of background gamma radiation with a quantum energy of about 10.8 MeV, due to the interaction of fast neutrons with the nuclei of the iodine atoms of the scintillator of the gamma radiation detector, on based on the analysis of changes in the energy spectrum of the registered gamma radiation of a camera with a controlled object in relation to the energy spectrum vannogo gamma empty chamber in a predetermined subband energy gamma-rays, comprising a value of 2.8 MeV. To this end, according to the present invention, a correction coefficient is determined in the form of the ratio of the amounts of gamma rays detected by irradiating a camera with a controlled object and irradiating the chamber and having energy values belonging to a given subband including a value of 2.8 MeV. Then, the estimated number of background gamma-quanta cameras with a controlled subject of background gamma-quanta with energy located in a predetermined energy range including 10.8 MeV, determined by this component of the background gamma radiation, is determined by multiplying by the obtained correction coefficient obtained by irradiation thermal neutrons of the chamber due to this component, the value of the number of registered background gamma rays with energy, finding scheysya in a predetermined range of energy values comprising the value of 10.8 MeV.
Как было рассмотрено выше, третья из наиболее значительных составляющих фонового гамма-излучения с энергией около 10,8 МэВ обусловлена регистрируемыми одновременно двумя или более гамма-квантами, которые имеют энергии, существенно меньшие 10,8 МэВ, но суммарная энергия которых близка к этому значению. При одновременности их регистрации детектор гамма-излучения воспринимает такие гамма-кванты в качестве одного гамма- кванта с энергией около 10,8 МэВ. Размещение в камере контролируемого предмета вызывает искажение энергетического спектра таких гамма-кваНтов вследствие гамма-излучения, испускаемого ядрами атомов содержащихся в контролируемом предмете материалов. Эксперименты показали, что наличие в контролируемом предмете материалов, содержащих железо, титан, хром или хлор в количестве 500 г, вызывает увеличение этой составляющей фонового гамма-излучения с энергией около 10,8 МэВ соответственно в 4,4, 17, 2,2 и 6,5 раз.As discussed above, the third of the most significant components of the background gamma radiation with an energy of about 10.8 MeV is due to two or more gamma rays detected simultaneously, which have energies significantly lower than 10.8 MeV, but whose total energy is close to this value . While recording them simultaneously, the gamma-ray detector perceives such gamma-rays as one gamma-ray with an energy of about 10.8 MeV. Placing a controlled object in the chamber causes a distortion of the energy spectrum of such gamma rays due to gamma radiation emitted by the nuclei of atoms contained in the controlled object materials. The experiments showed that the presence in the controlled object of materials containing iron, titanium, chromium or chlorine in an amount of 500 g causes an increase in this component of the background gamma radiation with an energy of about 10.8 MeV, respectively, 4.4, 17, 2.2 and 6.5 times.
Для учета искажения материалами контролируемого предмета указанной составляющей фонового гамма-излучения с энергией около 10,8 МэВ авторами настоящего изобретения было предложено выполнять анализ изменения энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с контролируемым предметом по отношению к энергетическому спектру пустой камеры в поддиапазоне энергий гамма-квантов от 3,5 до 10,1 МэВ, то есть в том поддиапазоне,. на который приходятся энергии гамма-квантов, дающих в случае их одновременной регистрации выходной сигнал детектора гамма-излучения, соответствующий одному гамма-кванту с энергией около 10,8 МэВ. Поскольку было установлено, что количество совпадений по времени регистрации гамма-квантов изменяется прямо пропорционально квадрату количества исходных гамма-квантов, поправочный коэффициент для этой составляющей фонового гамма-излучения было предложено определять в виде квадрата отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении пустой камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону от 3,5 до 10,1 МэВ. А далее определяют обусловленное данной составляющей фонового гамма-излучения предполагаемое количество зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма- квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, посредством умножения на полученный поправочный коэффициент полученного при облучении тепловыми нейтронами пустой камеры обусловленного данной составляющей значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ.To take into account the distortion by materials of a controlled object of the indicated component of the background gamma radiation with an energy of about 10.8 MeV, the authors of the present invention proposed to analyze the change in the energy spectrum of the registered gamma radiation of a camera with a controlled object with respect to the energy spectrum of an empty camera in the gamma-ray energy subband from 3.5 to 10.1 MeV, that is, in that subband. which accounts for the energies of gamma rays, which, if detected simultaneously, give the output signal of a gamma radiation detector corresponding to one gamma quantum with an energy of about 10.8 MeV. Since it was found that the number of coincidences in the time of registration of gamma rays varies in direct proportion to the square of the number of source gamma rays, the correction factor for this of the background gamma radiation component, it was proposed to determine in the form of a square the ratios of the amounts of gamma quanta detected during irradiation of a camera with a controlled object and during irradiation of an empty camera and having energy values belonging to a given subband of 3.5 to 10.1 MeV. And then determine the estimated number of background gamma quanta with an energy in the specified range of energy values including 10.8 MeV due to this component of the background gamma radiation detected by thermal neutron irradiation by multiplying by the correction coefficient obtained at thermal neutron irradiation of an empty chamber due to this component, the value of the number of registered background gamma rays with energy it, which is in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV.
В результате предполагаемое количество зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, определяют в виде, например, суммы трех указанных составляющих фонового гамма-излучения, полученных после умножения на соответствующий поправочный коэффициент.As a result, the estimated number of registered background gamma-quanta with energy in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV, is determined in the form, for example, of the sum of the three indicated components of the background gamma radiation obtained after multiplication by the corresponding correction factor.
Кроме того, увеличение нижнего граничного значения энергии заданного интервала энергии, включающего значение 10,8 МэВ, в случае превышения порогового значения отношением количества зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом гамма-квантов с энергиями от 9,2 до 10,2 МэВ к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 3,4 до 7,7 МэВ дополнительно обеспечивает снижение вероятности ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества. Это подтверждается следующими обстоятельствами.In addition, an increase in the lower boundary energy value of a given energy interval, including a value of 10.8 MeV, if the threshold value is exceeded by the ratio of the number of gamma quanta recorded with radiation from a camera with a controlled object with energies from 9.2 to 10.2 MeV to the number of registered gamma rays with energies from 3.4 to 7.7 MeV additionally reduces the likelihood of false alarms when explosives are detected. This is confirmed by the following circumstances.
Как отмечалось выше, поскольку в контролируемом предмете содержатся материалы, состоящие, кроме азота, из целого ряда других химических элементов, ядра атомов этих химических элементов при взаимодействии с нейтронами также испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов достаточно широкого диапазона спектра, в том числе с энергиями, достаточно близкими по значению к 10,8 МэВ. При регистрации гамма-излучения в процессе выделения испущенных ядрами атомов азота гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, гамма-кванты, испущенные ядрами атомов хрома, селена и железа, могут быть выделены и ошибочно зарегистрированы в качестве гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, якобы испущенных ядрами атомов азота. В частности, экспериментально установлено, что при выбранном авторами изобретения для выделения гамма-квантов интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, равными соответственно 9,9 и 11 ,0 МэВ, такое же количество приходящихся на указанный интервал выделенных гамма-квантов, как количество выделенных гамма-квантов от 100 г азота взрывчатого вещества, дают, например, 75 г хрома, испускающего гамма-кванты с энергией около 9,7 МэВ, 30 г селена, испускающего гамма-кванты с энергией около 9,9 МэВ, или 4 кг железа, испускающего гамма-кванты с энергиями около 9,3 и 10,0 МэВ. Поэтому наличие в контролируемом предмете материалов, содержащих подобные химические элементы, вызывает существенное увеличение вероятности ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества.As noted above, since the controlled object contains materials consisting, in addition to nitrogen, of a number of other chemical elements, the nuclei of atoms of these chemical elements when interacting with neutrons also emit gamma radiation with gamma-ray energies of a fairly wide range of the spectrum, including with energies quite close in value to 10.8 MeV. When registering gamma radiation during the emission of gamma quanta emitted by the nuclei of nitrogen atoms with energies in the specified interval between the lower and upper boundary energy values, including 10.8 MeV, gamma quanta emitted by the nuclei of chromium, selenium and iron atoms, can be isolated and mistakenly recorded as gamma rays with an energy of 10.8 MeV, supposedly emitted by the nuclei of nitrogen atoms. In particular, it was experimentally established that when the interval between the lower and upper boundary energy values equal to 9.9 and 11.0 MeV, respectively, is selected for the selection of gamma rays by the inventors, the same number of selected gamma rays falling into the indicated interval is the same as extracted gamma rays from 100 g of explosive nitrogen give, for example, 75 g of chromium emitting gamma rays with an energy of about 9.7 MeV, 30 g of selenium emitting gamma rays with an energy of about 9.9 MeV, or 4 kg iron emitting gamma qua you with energies of about 9.3 and 10.0 MeV. Therefore, the presence in a controlled object of materials containing similar chemical elements causes a significant increase in the likelihood of false alarm when explosives are detected.
Вместе с тем, авторами изобретения было экспериментально установлено, что при отсутствии в контролируемом предмете в значительном количестве, приводящем к ошибочному принятию решения об обнаружении взрывчатого вещества, материалов, содержащих хром, селен или железо, отношение количества зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом гамма-квантов с энергиями от 9,2 до 10,2 МэВ к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 3,4 до 7,7 МэВ лежит в пределах 0,0002-0,0006. При наличии же в контролируемом предмете материалов, содержащих указанные химические элементы, это отношение повышается. Так, например, при содержании в материалах контролируемого предмета 75 г хрома это отношение составляет уже 0,001.At the same time, it was experimentally established by the inventors that, in the absence of a significant amount in the controlled object, leading to an erroneous decision to detect explosives, materials containing chromium, selenium or iron, the ratio of the number of gamma- quanta with energies from 9.2 to 10.2 MeV to the number of registered gamma rays with energies from 3.4 to 7.7 MeV lies in the range 0.0002-0.0006. If there are materials in the controlled object containing the indicated chemical elements, this ratio increases. So, for example, when the content of the controlled object contains 75 g of chromium, this ratio is already 0.001.
Поэтому было предложено на стадии обнаружения взрывчатого вещества для установления факта наличия в контролируемом предмете материалов, содержащих в значительном количестве хром, селен или железо, определять указанное отношение количества зарегистрированных гамма-квантов и в случае превышения им порогового значения увеличивать нижнее граничное значение энергии заданного интервала энергии, включающего значение 10,8 МэВ, что препятствует выделению испускаемых указанными химическими элементами гамма-квантов и поэтому снижает вероятность ложной тревоги.Therefore, it was proposed at the stage of detection of explosives to establish the presence of materials in a controlled object containing a significant amount of chromium, selenium or iron, to determine the specified ratio of the number of registered gamma rays and, if they exceed a threshold value, increase the lower boundary energy value of a given energy range including a value of 10.8 MeV, which prevents the emission of gamma rays emitted by the indicated chemical elements and therefore reduces the probability st false alarm.
Дополнительное определение после увеличения нижнего граничного значения энергии заданного интервала энергии, включающего значение 10,8 МэВ, в случае превышения количеством выделенных гамма-квантов предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, отн о ше н и я кол ич ества в ыделен н ых га м м а-кв а нто в к кол ич еству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,6 до 10,2 МэВ и принятие решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете на основании сравнения этого отношения с двумя его пороговыми значениями, то есть принятие решения о наличии взрывчатого вещества при превышении отношением количества выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,6 до 10,2 МэВ верхнего порогового значения или при превышении нижним пороговым значением отношения количества выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,6 до 10,2 МэВ, также обеспечивает снижение вероятности ложной тревоги, которую могут вызвать выполненный из натуральной кожи контролируемый предмет, например, чемодан, сумка, портфель или кейс, или находящиеся в нем изделия из натуральной кожи, благодаря содержащемуся в натуральной коже азоту. Это подтверждается следующими обстоятельствами. Как отмечалось выше, натуральная кожа содержит достаточно значительное количество азота, составляющее 10-15 массовых процентов. При взаимодействии с тепловыми нейтронами ядра атомов азота, содержащегося в натуральной коже, испускают гамма-кванты с энергией около 10,8 МэВ, в результате регистрации которых может быть принято ошибочное решение о наличии взрывчатого вещества, то есть допущена ошибка ложной тревоги.An additional determination after increasing the lower boundary energy value of a given energy range, including a value of 10.8 MeV, if the number of extracted gamma-quanta exceeds the expected number of registered background gamma-quanta with energy in a predetermined energy range, including a value of 10.8 MeV , related to the number of allocated gamma m a registered gamma-quanta with energies from 9.6 to 10.2 MeV and making a decision on the presence of explosive in a controlled object based on a comparison of this relationship with its two threshold values, that is, making a decision on the presence of explosive when the ratio exceeds the amount of gamma quanta to the number of registered gamma quanta with energies from 9.6 to 10.2 MeV of the upper threshold value or when the lower threshold value exceeds the ratio of the number of selected gamma quanta to the number of registered gamma rays with energies from 9.6 to 10.2 MeV also reduces the likelihood of false alarm that a controlled object made of genuine leather can cause, for example, a suitcase, bag, briefcase or case, or products made from natural skin thanks to the nitrogen contained in natural skin. This is confirmed by the following circumstances. As noted above, genuine leather contains a fairly significant amount of nitrogen, amounting to 10-15 mass percent. When interacting with thermal neutrons, the nuclei of nitrogen atoms contained in natural skin emit gamma rays with an energy of about 10.8 MeV, as a result of registration of which an erroneous decision can be made about the presence of explosives, that is, a false alarm error is made.
Вместе с тем, изделия из натуральной кожи содержат около 3-5 массовых процентов хрома, поскольку при выделке кожи используются вещества, содержащие хром. Авторами настоящего изобретения было экспериментально установлено, что при облучении тепловыми нейтронами различных изделий из натуральной кожи отношение количества регистрируемых гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ, испускаемых ядрами атомов азота, к количеству регистрируемых гамма-квантов с энергией около 9,7 МэВ, испускаемых ядрами атомов хрома, остается практически одинаковым и лежит в пределах 0,6-0,9.At the same time, genuine leather products contain about 3-5 mass percent of chromium, since chromium-containing substances are used for leather dressing. The authors of the present invention experimentally established that when irradiated with thermal neutrons of various products made of genuine leather, the ratio of the number of detected gamma rays with an energy of about 10.8 MeV emitted by the nuclei of nitrogen atoms, to the number of registered gamma rays with an energy of about 9.7 MeV, emitted by the nuclei of chromium atoms, remains almost the same and lies in the range of 0.6-0.9.
Поэтому авторами было предложено на стадии принятия решения в случае превышения количеством выделенных гамма-квантов предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, в котором должно бы быть принято решение о наличии взрывчатого вещества, осуществлять дополнительную проверку, не связано ли значительное количество зарегистрированных гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ с наличием в контролируемом предмете не взрывчатого вещества, а изделий из натуральной кожи. Осуществление такой проверки становится возможным только после увеличения нижнего граничного значения энергии заданного интервала энергии для выделения гамма-квантов, включающего значение 10,8 МэВ, до значения, превышающего энергию около 9,7 МэВ испускаемых ядрами атомов хрома гамма- квантов и равного, например, 10,2 МэВ. Для этого определяют отношение количества выделенных гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями в диапазоне от 9,6 до 10,2 МэВ, в котором лежит энергия гамма- квантов, испускаемых ядрами атомов хрома, и принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете на основании сравнения этого отношения с двумя его пороговыми значениями. В случае, когда в контролируемом предмете отсутствует взрывчатое вещество, но содержатся изделия из натуральной кожи, указанное отношение лежит в пределах 0,6-0,9 и в результате его сравнения с двумя пороговыми значениями принимают решение об отсутствии взрывчатого вещества. В случае, когда указанное отношение превышает верхнее пороговое значение, равное, например, 0,9, принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете, поскольку такая ситуация возникает при наличии в контролируемом предмете, кроме взрывчатого вещества, изделий из натуральной кожи или других материалов с незначительным содержанием хрома. В случае, когда указанное отношение оказывается меньше нижнего порогового значения, равного, например, 0,6, также принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете, поскольку такая ситуация возникает при наличии в контролируемом предмете, кроме взрывчатого вещества, материалов со значительным содержанием хрома. Это обеспечивает дополнительное снижение вероятности ложной тревоги, которую могут вызвать изделия из натуральной кожи.Therefore, the authors proposed at the decision-making stage if the number of gamma-rays emitted exceeds the expected number of registered background gamma-quanta with energies in a given energy range, including 10.8 MeV, in which a decision should be made on the presence of explosive substances, carry out an additional check if a significant number of registered gamma-quanta with an energy of about 10.8 MeV are connected with the presence of a non-explosive substance in a controlled object substances, and products made of genuine leather. Such a check becomes possible only after increasing the lower boundary energy value of a given energy range for gamma-ray emission, including a value of 10.8 MeV, to a value exceeding the energy of about 9.7 MeV of gamma-ray chromium atoms emitted by nuclei and equal to, for example, 10.2 MeV. To do this, determine the ratio of the number of selected gamma rays with an energy of about 10.8 MeV to the number of registered gamma rays with energies in the range from 9.6 to 10.2 MeV, which contains the energy of gamma rays emitted by the nuclei of chromium atoms, and decide on the presence of an explosive in a controlled subject based on a comparison of this relationship with its two threshold values. In the case when there is no explosive in the controlled object, but genuine leather products are contained, this ratio is in the range of 0.6-0.9 and, as a result of its comparison with two threshold values, they decide on the absence of explosive. In the case when the specified ratio exceeds the upper threshold value equal to, for example, 0.9, a decision is made on the presence of an explosive in a controlled object, since such a situation arises when there are other than explosive, genuine leather products or other materials in the controlled object low in chromium. In the case when the indicated ratio is less than the lower threshold value equal to, for example, 0.6, they also decide on the presence of an explosive in a controlled object, since this situation occurs when there are materials with a significant chromium content in the controlled object, in addition to the explosive . This provides an additional reduction in the likelihood of false alarm that genuine leather products can cause.
Указанные обстоятельства подтверждают достижение декларированного в задаче настоящего изобретения технического результата благодаря наличию у заявляемого способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете перечисленных отличительных признаков.These circumstances confirm the achievement of the technical result declared in the task of the present invention due to the presence of the listed distinctive features in the inventive method for detecting explosives in a controlled subject.
В соответствии с настоящим изобретением, сущность заявляемого способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете заключается в следующем:In accordance with the present invention, the essence of the proposed method for detecting explosives in a controlled subject is as follows:
- перед размещением контролируемого предмета облучают тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ камеру, оснащенную радиационной защитой и, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения; регистрируют гамма-излучение путем преобразования гамма-квантов, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения в электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов, и сравнения амплитуд электрических импульсов с пороговыми значениями; определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма- излучения пустой камеры в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ. На практике предпочтительным является определение энергетического спектра в диапазоне значений энергии от 1 до 13- before placing the controlled object is irradiated with thermal neutrons with an energy of about 0.025 eV, a camera equipped with radiation protection and at least one gamma radiation detector; register gamma radiation by converting gamma rays, at least one detector of gamma radiation into electrical pulses with amplitudes proportional to the energies of gamma quanta, and comparing the amplitudes of the electrical pulses with threshold values; determine the energy spectrum of the registered gamma radiation of an empty chamber in the energy range of gamma rays with an upper boundary of at least 11 MeV. In practice, it is preferable to determine the energy spectrum in the range of energy values from 1 to 13
МэВ; на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры подсчитывают количество зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ. На практике количество таких зарегистрированных фоновых гамма-квантов подсчитывают в двух интервалах значений энергии от 9,9 до 11,0 МэВ и от 10,2 до 11 ,0 МэВ и определяют для каждого интервала энергии количества NФ1, Nф2, Nфз зарегистрированных фоновых гамма-квантов, соответствующих трем указанным выше составляющим фонового гамма-излучения, обусловленных соответственно испусканием гамма-квантов азотом воздуха, взаимодействием быстрых нейтронов с ядрами атомов йода и одновременностью регистрации двух или более гамма-квантов меньших энергий; на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры подсчитывают количество Nкi зарегистрированных гамма-квантов с энергией, имеющей значения, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,23 МэВ. На практике предпочтительно осуществлять выбор данного поддиапазона от 2,0 до 2,4 МэВ; на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры подсчитывают количество Nкг зарегистрированных гамма-квантов с энергией, имеющей значения, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,8 МэВ. На практике предпочтительно осуществлять выбор данного поддиапазона от 2,7 до 2,9 МэВ; на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры подсчитывают количество NKз зарегистрированных гамма-квантов с энергией, имеющей значения, принадлежащие заданному поддиапазону от 3,5 до 10,1 МэВ; затем размещают в камере, оснащенной радиационной защитой и, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения, контролируемый предмет;MeV; on the basis of the obtained energy spectrum of the registered gamma radiation of an empty camera, the number of registered background gamma-quanta with energy lying in a predetermined interval between the lower and upper boundary energy values including the value of 10.8 MeV is counted. In practice, the number of such registered background gamma-quanta is calculated in two intervals of energy values from 9.9 to 11.0 MeV and from 10.2 to 11, 0 MeV and for each energy interval the quantities N Ф1 , N ф2 , N фз registered background gamma rays corresponding to the three abovementioned components of the background gamma radiation, due respectively to the emission of gamma rays by nitrogen in the air, the interaction of fast neutrons with nuclei of iodine atoms and the simultaneous detection of two or more gamma rays of lower energy ; on the basis of the obtained energy spectrum of the registered gamma radiation of an empty chamber, the number Nki of registered gamma quanta with energy having values belonging to a given subband including a value of 2.23 MeV is calculated. In practice, it is preferable to select a given sub-range from 2.0 to 2.4 MeV; on the basis of the obtained energy spectrum of the registered gamma radiation of an empty camera, the number Nkg of registered gamma-quanta with energy having values belonging to a given subband including a value of 2.8 MeV is calculated. In practice, it is preferable to select a given sub-range from 2.7 to 2.9 MeV; on the basis of the obtained energy spectrum of the registered gamma radiation of an empty camera, the number N K s of registered gamma-quanta with energy having values belonging to a given subband of 3.5 to 10.1 MeV is counted; then placed in a chamber equipped with radiation protection and, by at least one gamma-ray detector, controlled object;
- облучают тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ находящийся в камере контролируемый предмет;- irradiated with thermal neutrons with an energy of about 0.025 eV, a controlled object located in the chamber;
- регистрируют гамма-излучение путем преобразования гамма-квантов, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения в электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов, и сравнения амплитуд электрических импульсов с пороговыми значениями; определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма- излучения камеры с находящимся в ней контролируемым предметом в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ. На практике предпочтительным является определение энергетического спектра в диапазоне значений энергии от 1 до 13 МэВ;- register gamma radiation by converting gamma rays by at least one gamma radiation detector into electrical pulses with amplitudes proportional to the energies of gamma rays and comparing the amplitudes of the electrical pulses with threshold values; determine the energy spectrum of the registered gamma radiation of a camera with a controlled object in it in the gamma-ray energy range with an upper limit of at least 11 MeV. In practice, it is preferable to determine the energy spectrum in the range of energy values from 1 to 13 MeV;
- на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней контролируемым предметом подсчитывают количество Nm зарегистрированных гамма-квантов с энергией, имеющей значения, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,23 МэВ. На практике предпочтительно осуществлять выбор данного поддиапазона от 2,0 до 2,4 МэВ. Определяют первый поправочный коэффициент как отношение количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении пустой камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,23 МэВ, в виде k-i = Nm/Nκi;- based on the obtained energy spectrum of the registered gamma radiation of a camera with a controlled object in it, the number N m of registered gamma-quanta with energy having values belonging to a given subband including a value of 2.23 MeV is counted. In practice, it is preferable to select this sub-range from 2.0 to 2.4 MeV. The first correction factor is determined as the ratio of the numbers of gamma rays detected when the camera with the controlled object was irradiated and when the empty camera was irradiated and having energy values belonging to a given subband including 2.23 MeV, in the form ki = N m / Nκi;
- на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней контролируемым предметом подсчитывают количество NП2 зарегистрированных гамма-квантов с энергией, имеющей значения, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,8 МэВ. На практике предпочтительно осуществлять выбор данного поддиапазона от 2,7 до 2,9 МэВ. Определяют второй поправочный коэффициент как отношение количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении пустой камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,8 МэВ, в виде k2 = Nпг/Nкг;- based on the obtained energy spectrum of the registered gamma radiation of a camera with a controlled object located in it, the number N P2 of registered gamma-quanta with energy having values belonging to a given subband including a value of 2.8 MeV is counted. In practice, it is preferable to select this sub-range from 2.7 to 2.9 MeV. The second correction factor is determined as the ratio of the number of gamma quanta recorded when the camera with the controlled object was irradiated and when the empty camera was irradiated and having energy values belonging to a given subband including a value of 2.8 MeV, in the form k 2 = Nпг / Nкг;
- на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней контролируемым предметом подсчитывают количество Nпз зарегистрированных гамма-квантов с энергией, имеющей значения, принадлежащие заданному поддиапазону от 3,5 до 10,1 МэВ. Определяют третий поправочный коэффициент как квадрат отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении пустой камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону от 3,5 до 10,1 МэВ, в виде k3 = (NПз /- on the basis of the obtained energy spectrum of the registered gamma radiation of a camera with a controlled object in it, the number N pz of registered gamma quanta with energy having values belonging to a given subband of 3.5 to 10.1 MeV is counted. The third correction factor is determined as the squared ratio of quantities gamma rays detected by irradiating a camera with a controlled object and by irradiating an empty chamber and having energy values belonging to a given subrange of 3.5 to 10.1 MeV, in the form k 3 = (N P s /
Nκз)2; - на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней контролируемым предметом подсчитывают количество зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,2 до 10,2 МэВ и количество зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 3,4 до 7,7 МэВ, определяют их отношение и сравнивают полученное отношение с пороговым значением, равным, например, 0,0007. В случае превышения полученным отношением указанного порогового значения увеличивают, например, на 3% нижнее граничное значение энергии заданного интервала энергии, включающего значение 10,8 МэВ, например, с 9,9 до 10,2 МэВ, тем самым, сужая заданный интервал от значений 9,9-1 1 ,0 МэВ до значений 10,2-11 ,0 МэВ;Nκ) 2 ; - based on the obtained energy spectrum of the registered gamma radiation of a camera with a controlled object in it, the number of registered gamma rays with energies from 9.2 to 10.2 MeV and the number of registered gamma rays with energies from 3.4 to 7.7 are calculated MeV, determine their ratio and compare the resulting ratio with a threshold value equal to, for example, 0.0007. If the obtained ratio exceeds the specified threshold value, for example, the lower boundary energy value of the specified energy range, including 10.8 MeV, for example, from 9.9 to 10.2 MeV, is increased, for example, by 3%, thereby narrowing the specified interval from the values 9.9-1 1.0 MeV to 10.2-11.0 MeV;
- определяют предполагаемое количество зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, в соответствии с выражением
Figure imgf000022_0001
где NФ1, Nф2)3 - полученные на стадии анализа энергетического спектра пустой камеры соответствующие трем указанным выше фоновым составляющим количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией в интервале от 9,9 до 11 ,0 МэВ или от 10,2 до 1 1 ,0 МэВ, выбранном в зависимости от результата выполненного на предыдущем шаге сравнения; NФK - полученное на этапе калибровки системы для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете перед вводом ее в эксплуатацию количество обусловленных космической составляющей фоновых гамма-квантов с энергией в интервале 9,9-11 ,0 МэВ или 10,2-11 ,0 МэВ, выбранном в зависимости от результата выполненного на предыдущем шаге сравнения; - выделяют гамма-кванты с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, и подсчитывают их количество N. При этом выделяют гамма-кванты с энергией в интервале 9,9-11 ,0 МэВ или 10,2-11 ,0 МэВ, выбранном в зависимости от результата выполненного перед предыдущим шагом сравнения; - для сравнения количества N выделенных гамма-квантов с полученным предполагаемым количеством Nф зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, определяют логарифм отношения правдоподобия, например, следующего вида L = (N In(1 +No/Nф)-No), где N - количество выделенных гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ; N0 - полученное экспериментально при предварительной калибровке количество регистрируемых в случае наличия в контролируемом предмете азотосодержащего взрывчатого вещества минимальной обнаруживаемой массы гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ; Nф - предполагаемое количество зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ; сравнивают полученный логарифм L отношения правдоподобия с нижним и верхним пороговыми значениями, равными соответственно L1=In(O - Pпo)/(1-Pлт)) и L2=ln(Pпo/Pлт)> где PПo - требуемая вероятность правильного обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете; PЛт - требуемая вероятность ложной тревоги.. Если в результате сравнения логарифм L отношения правдоподобия окажется меньше нижнего порогового значения L1 (L<l_i), принимают решение об отсутствии взрывчатого вещества и контролируемый предмет извлекают из камеры и снимают с контроля. Если величина логарифма L отношения правдоподобия лежит между нижним и верхним пороговыми значениями L1 и L2 (L1<L<L2), решение о наличии или отсутствии взрывчатого вещества с требуемыми вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги принято быть не может. В этом случае продолжают контроль путем проведения повторного нейтронно-радиационного анализа контролируемого предмета с повторным облучением тепловыми нейтронами, регистрацией гамма-излучения и повторным принятием решения, как это предусматривает предлагаемый способ; при превышении логарифмом L отношения правдоподобия установленного для него верхнего порогового значения L2 (L>L2) в случае, если выделение гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, осуществлялось в более широком интервале энергии от 9,9 до 11 ,0 МэВ, принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете; при превышении логарифмом L отношения правдоподобия установленного для него верхнего порогового значения L2 (L>L2) в случае, если выделение гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, осуществлялось в более узком интервале энергии от 10,2 до 1 1 ,0 МэВ, определяют отношение количества N выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями в диапазоне от 9,6 до 10,2 МэВ и принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете на основании сравнения этого отношения с двумя его пороговыми значениями. Когда указанное отношение превышает верхнее пороговое значение, равное, например, 0,9, или когда указанное отношение оказывается меньше нижнего порогового значения, равного, например, 0,6, принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете.
- determine the estimated number of recorded gamma-ray photons detected by thermal neutron irradiation of a camera with a controlled object with energy in a predetermined energy range including a value of 10.8 MeV, in accordance with the expression
Figure imgf000022_0001
where N Ф1 , N ф2 )3 - obtained at the stage of analysis of the energy spectrum of an empty chamber, corresponding to the three above-mentioned background components of the number of registered background gamma-quanta with energies in the range from 9.9 to 11.0 MeV or from 10.2 to 1 1,0 MeV, selected depending on the result of the comparison performed in the previous step; N ФК - obtained at the stage of calibration of the system for detecting explosives in a controlled object before putting it into operation, the number of background gamma-quanta due to the cosmic component with energies in the range of 9.9-11, 0 MeV or 10.2-11, 0 MeV, selected depending on the result of the comparison performed in the previous step; - select gamma quanta with energy that is in a predetermined interval between the lower and upper boundary energy values, including the value of 10.8 MeV, and count their number N. In this case, gamma quanta with energy in the range of 9.9-11, 0 MeV or 10.2-11, 0 MeV, selected depending on the result performed before the previous comparison step; - to compare the number N of selected gamma rays with the obtained estimated number N f of registered background gamma rays with energy in a given range of energy values, including a value of 10.8 MeV, determine the logarithm of the likelihood ratio, for example, of the following form L = (N In (1 + N o / Nф) -N o ), where N is the number of selected gamma-quanta with energy in a given interval between lower and upper boundary energy values, including a value of 10.8 MeV; N 0 - obtained experimentally during preliminary calibration, the number of gamma-quanta detected with a minimum detectable mass of gamma-quanta with energy in a given interval between the lower and upper boundary energy values, including a value of 10.8 MeV, recorded in the case of a nitrogen-containing explosive in a controlled object; N f - the estimated number of registered background gamma rays with energy in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV; comparing the obtained logarithm L of the likelihood ratio with the lower and upper threshold values equal respectively to L 1 = In (O - Ppo) / (1-Plt)) and L 2 = ln (Ppo / Plt) > where P P o is the required probability of correct explosive detection in a controlled subject; P L t is the required probability of false alarm .. If, as a result of comparing the logarithm L, the likelihood ratios are less than the lower threshold value L 1 (L <l_i), a decision is made on the absence of explosive and the controlled object is removed from the camera and removed from the control. If the value of the logarithm of the likelihood ratio lies between the lower and upper threshold values L 1 and L 2 (L 1 <L <L 2 ), a decision on the presence or absence of explosives with the required probabilities of correct detection and false alarm cannot be made. In this case, control is continued by conducting repeated neutron-radiation analysis of the controlled object with repeated irradiation with thermal neutrons, registration of gamma radiation and re-decision, as provided by the proposed method; when the logarithm of L exceeds the likelihood ratio of the upper threshold value L 2 set for it (L> L 2 ) if gamma-quanta with energy located in a specified interval between the lower and upper boundary energy values including the value of 10.8 MeV are selected, was carried out in a wider energy range from 9.9 to 11.0 MeV, they decide on the presence of explosives in the controlled object; when the logarithm of L exceeds the likelihood ratio of the upper threshold value L 2 set for it (L> L 2 ) if gamma quanta with energies in a given interval between the lower and upper boundary energy values, including a value of 10.8 MeV, were extracted in a narrower energy range from 10.2 to 11.0 MeV, the ratio of the number N of gamma quanta to the number of registered gamma quanta with energies in the range from 9.6 to 10.2 MeV and decide on the presence of an explosive in a controlled object based on a comparison of this ratio with its two threshold values. When the specified ratio exceeds the upper threshold value equal to, for example, 0.9, or when the specified ratio is less than the lower threshold value equal to, for example, 0.6, a decision is made on the presence of explosives in the controlled object.
Затем контролируемый предмет извлекают из камеры и в случае принятия решения о наличии в нем взрывчатого вещества его направляют на вскрытие и визуальный досмотр. Краткое описание чертежейThen the controlled object is removed from the chamber and in the case of a decision on the presence of explosive in it, it is sent for autopsy and visual inspection. Brief Description of the Drawings
Осуществление заявляемого способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете поясняется следующими графическими материалами.The implementation of the proposed method for detecting explosives in a controlled object is illustrated by the following graphic materials.
На фиг. 1 показана реализующая заявляемый способ система для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, где 1 - контролируемый предмет, 2 - установка для нейтронно-радиационного анализа, 3In FIG. 1 shows a system for detecting explosives in a controlled object that implements the inventive method, where 1 is a controlled object, 2 is a facility for neutron radiation analysis, 3
- горизонтальная шахта, 4 - транспортер, 5 - компьютер и 6 - сигнализатор тревоги.- horizontal shaft, 4 - conveyor, 5 - computer and 6 - alarm.
На фиг. 2 показан продольный разрез по A-A установки 2 для нейтронно- радиационного анализа (фиг. 1), где 7 - корпус, 8 - радиационная защита, 9 - камера, 10 - излучатель тепловых нейтронов, 11 - детектор гамма-излучения, 12 - боковой отражатель нейтронов и 13 - нижний отражатель нейтронов.In FIG. 2 shows a longitudinal section along AA of the installation 2 for neutron radiation analysis (Fig. 1), where 7 is the casing, 8 is radiation protection, 9 is the camera, 10 is the thermal neutron emitter, 11 is the gamma radiation detector, 12 is the side reflector neutrons and 13 is the lower neutron reflector.
На фиг. 3 показан продольный разрез детектора 11 гамма-излучения, где 14 - корпус детектора, 15 - стакан нейтронного фильтра, 16 - сцинтиллятор и 17 - фотоэлектронный умножитель.In FIG. 3 shows a longitudinal section of a gamma-ray detector 11, where 14 is a detector housing, 15 is a neutron filter cup, 16 is a scintillator and 17 is a photomultiplier.
На фиг. 4 показана структурная схема входящей в установку 2 для нейтронно-радиационного анализа электронной аппаратуры, где 18 - усилитель и 19 - аналого-цифровой преобразователь.In FIG. 4 is a structural diagram of the electronic equipment included in the installation 2 for neutron-radiation analysis, where 18 is an amplifier and 19 is an analog-to-digital converter.
На фиг. 5 показан полученный экспериментально в диапазоне энергии гамма-квантов от 1 до 13 МэВ энергетический спектр гамма-излучения, испущенного камерой с радиационной защитой и детекторами гамма-излучения, но без контролируемого предмета и зарегистрированного за 1 000 с, где количество зарегистрированных гамма-квантов приведено по оси ординат в логарифмическом масштабе.In FIG. 5 shows the experimentally obtained in the energy range of gamma rays from 1 to 13 MeV the energy spectrum of gamma radiation emitted by a camera with radiation protection and gamma radiation detectors, but without a controlled object and recorded for 1,000 s, where the number of registered gamma rays is given along the ordinate axis in a logarithmic scale.
На фиг. 6 показан полученный экспериментально в диапазоне энергии гамма-квантов от 1 до 13 МэВ энергетический спектр гамма-излучения, испущенного контролируемым предметом без взрывчатого вещества и камерой с радиационной защитой и детекторами гамма-излучения и зарегистрированного за 1000 с, где количество зарегистрированных гамма-квантов приведено по оси ординат в логарифмическом масштабе.In FIG. 6 shows the experimentally obtained in the energy range of gamma rays from 1 to 13 MeV the energy spectrum of gamma radiation emitted by a controlled object without explosive and a camera with radiation protection and gamma radiation detectors and recorded for 1000 s, where the number of registered gamma quanta is given along the ordinate axis on a logarithmic scale.
На фиг. 7 показан полученный экспериментально в диапазоне энергии гамма-квантов от 1 до 13 МэВ энергетический спектр гамма-излучения, испущенного контролируемым предметом, содержащим около 200 г азотосодержащего взрывчатого вещества, и камерой с радиационной защитой и детекторами гамма-излучения и зарегистрированного за 1000 с, где количество зарегистрированных гамма-квантов приведено по оси ординат в логарифмическом масштабе.In FIG. 7 shows the experimentally obtained in the energy range of gamma rays from 1 to 13 MeV the energy spectrum of gamma radiation emitted by a controlled object containing about 200 g of nitrogen-containing explosive and a camera with radiation protection and gamma radiation detectors and recorded for 1000 s, where the number of registered gamma rays is given along the ordinate axis in a logarithmic scale.
На фиг. 8 показан полученный экспериментально в диапазоне энергии гамма-квантов от 1 до 13 МэВ энергетический спектр гамма-излучения, испущенного контролируемым предметом без взрывчатого вещества, но содержащим 75 г хрома, и камерой с радиационной защитой и детекторами гамма-излучения и зарегистрированного за 1000 с, где количество зарегистрированных гамма-квантов приведено по оси ординат в логарифмическом масштабе.In FIG. 8 shows the experimentally obtained in the energy range of gamma rays from 1 to 13 MeV the energy spectrum of gamma radiation emitted by a controlled object without explosive, but containing 75 g of chromium, and a camera with radiation protection and gamma radiation detectors and recorded for 1000 s, where the number of registered gamma rays is given along the ordinate axis on a logarithmic scale.
Лучший вариант осуществления изобретенияThe best embodiment of the invention
Реализующая заявляемый способ система для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете содержит (фиг. 1) установку 2 для нейтронно-радиационного анализа, проходящий через горизонтальную шахту 3 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа транспортер 4, компьютер 5 с сигнализатором 6 тревоги и электронную аппаратуру, структурная схема которой приведена на фиг. 4. Транспортер 4 предназначен для перемещения контролируемого предмета 1 через горизонтальную шахту 3 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа и выполнен с возможностью останова с малым выбегом. В качестве компьютера 5 может быть использована персональная ЭВМ.Implementing the inventive method, a system for detecting explosives in a controlled object contains (Fig. 1) installation 2 for neutron radiation analysis passing through the horizontal shaft 3 of installation 2 for neutron radiation analysis, conveyor 4, computer 5 with alarm 6, and electronic equipment, the structural diagram of which is shown in FIG. 4. The conveyor 4 is designed to move the controlled object 1 through the horizontal shaft 3 of the installation 2 for neutron radiation analysis and is configured to stop with a small coast. As a computer 5 can be used a personal computer.
Установка 2 для нейтронно-радиационного анализа содержит (фиг. 2) корпус 7, внутри которого размещена радиационная защита 8, выполненная из борированного полиэтилена для снижения уровня нейтронного излучения и свинца для снижения уровня гамма-излучения до допустимых значений. Сквозь корпус 7 и радиационную защиту 8 проходит горизонтальная шахта 3 с расположенной вдоль нее в нижней ее части лентой транспортера 4. В центральной части горизонтальной шахты 3 находится камера 9, образованная двумя боковыми отражателями 12 нейтронов и нижним отражателем 13 нейтронов и предназначенная для размещения контролируемого предмета 1 при его облучении тепловыми нейтронами. Боковые отражатели 12 нейтронов и нижний отражатель 13 нейтронов выполнены из полиэтилена в виде пластин с размерами, не менее соответствующих габаритных размеров камеры 9, и установлены вдоль нее соответственно вертикально и горизонтально заподлицо с ее соответствующими стенками. Боковые отражатели 12 нейтронов и нижний отражатель 13 нейтронов предназначены для увеличения доли тепловых нейтронов за счет замедления в материале отражателей быстрых нейтронов, попавших из излучателя 10 тепловых нейтронов, и обеспечения равномерности распределения тепловых нейтронов по объему контролируемого предмета 1. Над камерой 9 в выполненной в радиационной защите 8 полости установлен излучатель 10 тепловых нейтронов, который выполнен в виде радионуклидного источника быстрых нейтронов • на основе кaлифopния-252 с возможностью их последующего замедления полиэтиленом до тепловых значений энергии около 0,025 эВ и подобен по конструкции излучателю тепловых нейтронов, используемому при осуществлении одного из известных способов (RU 2065156, 1996). В выполненной в радиационной защите 8 полости под камерой 9 за нижним отражателем 13 нейтронов установлены детекторы 11 гамма-излучения. Для обеспечения возможности останова ленты транспортера 4, когда контролируемый предмет 1 по горизонтальной шахте 3 попадает в камеру 9, установка 2 для нейтронно-радиационного анализа снабжена датчиком останова, который размещен в камере 9, может быть выполнен в виде концевых контактов или на основе источника и приемника оптического излучения и на фигурах не показан.Installation 2 for neutron radiation analysis contains (Fig. 2) a housing 7, inside of which there is radiation protection 8 made of borated polyethylene to reduce the level of neutron radiation and lead to reduce the level of gamma radiation to acceptable values. A horizontal shaft 3 s passes through housing 7 and radiation protection 8 a conveyor belt 4 located along it in its lower part 4. In the central part of the horizontal shaft 3 there is a chamber 9 formed by two side neutron reflectors 12 and a lower neutron reflector 13 and designed to accommodate the controlled object 1 when it is irradiated with thermal neutrons. The side neutron reflectors 12 and the lower neutron reflector 13 are made of polyethylene in the form of plates with dimensions not less than the corresponding overall dimensions of the chamber 9, and mounted along it vertically and horizontally flush with its respective walls. The side reflectors 12 neutrons and the lower reflector 13 neutrons are designed to increase the fraction of thermal neutrons by slowing down the fast neutron reflectors from the emitter 10 thermal neutrons in the material and to ensure uniform distribution of thermal neutrons throughout the volume of the controlled object 1. Above the camera 9 in a radiation the protection of the 8th cavity is equipped with a thermal neutron emitter 10, which is made in the form of a radionuclide source of fast neutrons • based on caliphoria-252 with the possibility of leduyuschego polyethylene slowing down to thermal energies of about 0.025 eV and is similar in design thermal neutron radiator used in implementing one of the known methods (RU 2065156, 1996). In the cavity 8 made in the radiation protection under the chamber 9, gamma radiation detectors 11 are installed behind the lower neutron reflector 13. To ensure the possibility of stopping the conveyor belt 4, when the controlled object 1 along the horizontal shaft 3 enters the chamber 9, the neutron radiation analysis unit 2 is equipped with a stop sensor, which is located in the chamber 9, can be made in the form of end contacts or based on the source and optical radiation receiver and not shown in the figures.
Детектор 11 гамма-излучения (фиг. 3) содержит выполненный из алюминия корпус 14 детектора с размещенным внутри его фотоэлектронным умножителем 17, находящимся в оптическом контакте с помещенным в стакан 15 нейтронного фильтра сцинтиллятором 16. В качестве сцинтиллятора 16 наиболее предпочтительно применение неорганического сцинтиллятора на основе йодистого натрия, активированного таллием. Для уменьшения воздействия на сцинтиллятор 16 тепловых нейтронов, проникающих из камеры 9, он размещен в стакане 15 нейтронного фильтра, который выполнен герметичным с двойными стенками и двойным дном, полость между которыми заполнена материалом, снижающим поток тепловых нейтронов, например, карбонатом лития, фторидом лития или фосфатом лития. Входящая в состав установки 2 для нейтронно-радиационного анализа электронная аппаратура содержит несколько идентичных по структуре каналов, количество которых равно числу используемых детекторов 11 гамма-излучения. Каждый канал содержит (фиг. 4) последовательно соединенные фотоэлектронный умножитель 17 детектора 11 гамма-излучения, усилитель 18 и аналого-цифровой преобразователь 19, выход которого подключен к входу компьютера 5. Кроме того, выходы компьютера 5 соединены с входом сигнализатора 6 тревоги, предназначенного для формирования сигналов наличия или отсутствия взрывчатого вещества в контролируемом предмете 1, а также с приводом транспортера 4 для подачи сигналов пуска и останова транспортера 4, который на фигурах не показан.The gamma-ray detector 11 (Fig. 3) comprises an aluminum detector body 14 made with an aluminum photomultiplier 17 located in its optical contact with a scintillator 16. The inorganic scintillator based on it is most preferably used as a scintillator 16. thallium activated sodium iodide. To reduce the effect on the scintillator 16 of thermal neutrons penetrating from the chamber 9, it is placed in a glass 15 of a neutron filter, which is sealed with double walls and a double bottom, the cavity between which is filled with material that reduces the flow of thermal neutrons, for example, lithium carbonate, lithium fluoride or lithium phosphate. The electronic equipment included in the apparatus 2 for neutron radiation analysis contains several channels that are identical in structure, the number of which is equal to the number of gamma radiation detectors 11 used. Each channel contains (Fig. 4) a series-connected photoelectronic multiplier 17 of the gamma radiation detector 11, an amplifier 18 and an analog-to-digital converter 19, the output of which is connected to the input of the computer 5. In addition, the outputs of the computer 5 are connected to the input of the alarm signaling device 6, intended for generating signals of the presence or absence of explosive in the controlled object 1, as well as with the drive of the conveyor 4 for supplying start and stop signals of the conveyor 4, which is not shown in the figures.
Система, реализующая заявляемый способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, работает следующим образом.A system that implements the inventive method for detecting explosives in a controlled object, works as follows.
Первоначально облучают тепловыми нейтронами пустую камеру 9 без размещения в ней контролируемого предмета 1 для получения энергетического спектра ее гамма-излучения. Для этого открывают не показанную на фигурах заслонку излучателя 10 тепловых нейтронов, который испускает тепловые нейтроны с энергией около 0,025 эВ во внутреннюю полость камеры 9. При облучении тепловыми нейтронами камеры 9, радиационной защиты 8, детекторов 11 гамма-излучения и других узлов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа происходит радиационный захват тепловых нейтронов ядрами атомов химических элементов, входящих в состав использованных в них материалов, а также азота воздуха, в результате чего эти ядра атомов переходят в возбужденное состояние. Переход ядер атомов из возбужденного состояния в основное сопровождается испусканием гамма-квантов с различными значениями энергии.Initially, an empty chamber 9 is irradiated with thermal neutrons without placing a controlled object 1 in it to obtain the energy spectrum of its gamma radiation. To do this, open the flap of the thermal neutron emitter 10 (not shown in the figures), which emits thermal neutrons with an energy of about 0.025 eV into the internal cavity of the chamber 9. When irradiated with thermal neutrons of the chamber 9, radiation protection 8, gamma radiation detectors 11 and other units of installation 2 for of neutron-radiation analysis, radiative capture of thermal neutrons by atomic nuclei of chemical elements that make up the materials used in them, as well as air nitrogen, occurs, as a result of which these atomic nuclei pass excited state. The transition of atomic nuclei from an excited state to the ground state is accompanied by the emission of gamma rays with different energy values.
Некоторая часть указанных гамма-квантов попадает в сцинтилляторы 16 детекторов 11 гамма-излучения (фиг. 3) и вызывает в них световые вспышки, яркость которых пропорциональна энергиям попавших гамма-квантов. Фотоэлектронный умножитель 17 детектора 11 гамма-излучения преобразует испускаемое сцинтиллятором 16 оптическое излучение световой вспышки от каждого гамма-кванта в электрический импульс с амплитудой, пропорциональной энергии попавшего в сцинтиллятор 16 гамма-кванта. После усиления усилителем 18 (фиг. 4) электрические импульсы от гамма-квантов поступают на аналого- цифровой преобразователь 19, который преобразует амплитудное значение каждого электрического импульса от гамма-кванта в цифровой код, который вводится в компьютер 5. Компьютер 5 посредством сравнения с пороговыми значениями поступивших цифровых кодов, соответствующих амплитудным значениям электрических импульсов от гамма-квантов и следовательно энергиям зарегистрированных гамма-квантов, определяет, к какому из поддиапазонов энергии шириной, например, ΔЕ = 12-13 кэВ в диапазоне энергии от 1 до 13 МэВ по значению своей энергии принадлежит каждый зарегистрированный гамма- квант, и подсчитывает и запоминает число зарегистрированных за время 5-10 минут гамма-квантов, имеющих значение энергии в пределах каждого поддиапазона. В результате этого получают энергетический спектр гамма- излучения, испускаемого в отсутствии контролируемого предмета 1 материалами камеры 9, радиационной защиты 8, детекторов 11 гамма-излучения и других элементов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа, который заносится в запоминающее устройство компьютера 5.Some of these gamma quanta fall into the scintillators 16 of the gamma radiation detectors 11 (Fig. 3) and cause light flashes in them, the brightness of which is proportional to the energies of the gamma rays incident. The photoelectronic multiplier 17 of the gamma radiation detector 11 converts the optical radiation of the light flash from each gamma ray emitted by the scintillator 16 into an electric pulse with an amplitude proportional to the energy of the gamma ray incident on the scintillator 16. After amplification by the amplifier 18 (Fig. 4), electrical pulses from gamma rays are fed to an analog-to-digital converter 19, which converts the amplitude value of each electric pulse from gamma rays to a digital code that is input into computer 5. Computer 5, by comparing with the threshold values of the received digital codes corresponding to the amplitude values of the electrical pulses from gamma quanta and therefore the energies of the registered gamma quanta, determines to which of the energy subbands with a width, for example, ΔЕ = 12-13 keV in the energy range from 1 up to 13 MeV, according to the value of its energy, each registered gamma-quantum belongs to, and counts and remembers the number of gamma-quanta recorded over a period of 5-10 minutes that have an energy value within each th subband. As a result of this, the energy spectrum of gamma radiation emitted in the absence of a controlled object 1 by the materials of the camera 9, radiation protection 8, detectors 11 of gamma radiation and other elements of the neutron radiation analysis apparatus 2, which is stored in the storage device of computer 5, is obtained.
Пример такого энергетического спектра гамма-излучения, экспериментально полученного авторами изобретения на созданном ими опытном образце системы для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете за время 1000 с, показан на фиг. 5, где количество зарегистрированных гамма-квантов по оси ординат приведено в логарифмическом масштабе. На приведенном энергетическом спектре гамма-излучения отчетливо виден максимум в области энергии гамма-квантов около 2,23 МэВ, который обусловлен гамма-квантами, испускаемыми ядрами атомов водорода, входящего в состав материала радиационной защиты 8.An example of such an energy spectrum of gamma radiation experimentally obtained by the inventors on their prototype system for detecting explosives in a controlled object for a time of 1000 s is shown in FIG. 5, where the number of registered gamma rays along the ordinate axis is given on a logarithmic scale. The maximum energy spectrum of gamma rays of about 2.23 MeV is clearly visible in the energy spectrum of gamma radiation, which is due to gamma rays emitted by the nuclei of hydrogen atoms that make up the radiation protection material 8.
На основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры 9 компьютер 5 определяет количество зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ. На практике количество таких зарегистрированных фоновых гамма-квантов компьютер 5 определяет в двух интервалах от 9,9 до 11 ,0 МэВ и от 10,2 до 11 ,0 МэВ. При этом компьютер 5 определяет и запоминает для каждого из этих двух интервалов энергии количества N01, N02, N03 зарегистрированных фоновых гамма-квантов, соответствующих трем указанным выше составляющим фонового гамма- излучения, обусловленных соответственно испусканием гамма-квантов азотом воздуха, взаимодействием быстрых нейтронов с ядрами атомов йода и одновременностью регистрации двух или более гамма-квантов. При этом компьютер 5 определяет указанные количества фоновых гамма-квантов, зарегистрированных за такой же интервал времени, что и интервал времени регистрации гамма-квантов при облучении нейтронами контролируемого предмета 1 , то есть, как отмечено ниже, за 5-10 секунд.Based on the obtained energy spectrum of the detected gamma radiation of an empty camera 9, computer 5 determines the number of registered background gamma quanta with energy in a predetermined interval between the lower and upper boundary energy values, including a value of 10.8 MeV. In practice, the number of such registered background gamma rays is determined by computer 5 in two intervals from 9.9 to 11.0 MeV and from 10.2 to 11.0 MeV. In this case, computer 5 determines and stores for each of these two energy intervals the amounts of N 01 , N 02 , N 03 registered gamma rays corresponding to the three abovementioned components of the background gamma radiation, due respectively to the emission of gamma rays by nitrogen by the air, the interaction of fast neutrons with nuclei of iodine atoms and the simultaneous registration of two or more gamma rays. In this case, the computer 5 determines the indicated number of background gamma-quanta recorded over the same time interval as the time interval registration of gamma rays upon irradiation by neutrons of a controlled object 1, that is, as noted below, in 5-10 seconds.
Для более точного определения этих трех составляющих фонового гамма-излучения указанную операцию предпочтительно осуществлять на этапе калибровки системы для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете перед вводом ее в эксплуатацию. Авторами настоящего изобретения была разработана методика определения на этапе калибровки этих трех составляющих фонового гамма-излучения, а также количества NФK фоновых гамма-квантов, обусловленных космической составляющей, которая реализована в опытном образце системы для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете.For a more accurate determination of these three components of the background gamma radiation, this operation is preferably carried out at the stage of calibration of the system for detecting explosives in a controlled object before putting it into operation. The authors of the present invention have developed a method for determining at the calibration stage these three components of the background gamma radiation, as well as the number N FK of background gamma rays due to the cosmic component, which is implemented in a prototype system for detecting explosives in a controlled object.
В соответствии с этой методикой первоначально определяют количество Nøк фоновых гамма-квантов, обусловленных космической составляющей, посредством регистрации детекторами 11 гамма-излучения и подсчета компьютером 5 гамма-квантов с энергиями от 9,9 до 11 ,0 МэВ и от 10,2 до 11 ,0 МэВ в условиях, когда на установку 2 для нейтронно-радиационного анализа не установлен излучатель 10 тепловых нейтронов.In accordance with this technique, initially the number Nk of background gamma-quanta determined by the cosmic component is determined by detecting gamma radiation by detectors 11 and counting 5 gamma-quanta with energies from 9.9 to 11.0 MeV and from 10.2 to 11 by a computer , 0 MeV in conditions when a thermal neutron emitter 10 is not installed on the installation 2 for neutron radiation analysis.
Затем определяют количество Nф1 фоновых гамма-квантов с энергиями от 9,9 до 11 ,0 МэВ и от 10,2 до 11 ,0 МэВ, обусловленных азотом воздуха, находящегося в камере 9. Для этого последовательно размещают в различных точках камеры 9 по всему ее объему эталонный материал с заданным известным значением массы содержащегося в нем азота, облучают его тепловыми нейтронами от излучателя 10 тепловых нейтронов на основе кaлифopния-252, регистрируют гамма-кванты с указанными значениями энергии детекторами 11 гамма-излучения и подсчитывают их количество компьютером 5. Затем для каждого элементарного объема камеры 9, имеющего заданные размеры и расположенного в каждой точке размещения данного эталонного материала, с учетом известной массы азота, который содержится в воздухе этого элементарного объема, компьютер 5 на основании количества подсчитанных гамма-квантов в соответствии с прямой пропорциональной зависимостью вычисляет количество фоновых гамма-квантов указанных выше энергий, обусловленных содержащимся в каждом элементарном объеме камеры 9 азотом воздуха. В результате суммирования компьютером 5 всех количеств фоновых гамма-квантов, полученных для каждого элементарного объема камеры 9, вычисляют количество Nф-i фоновых гамма-квантов с энергиями от 9,9 до 11 ,0 МэВ и от 10,2 до 11 ,0 МэВ, обусловленных азотом находящегося в камере 9 воздуха. Для определения количества Nфз фоновых гамма-квантов, обусловленных одновременностью регистрации двух или более гамма-квантов меньших энергий, с установки 2 для нейтронно-радиационного анализа снимают радионуклидный излучатель 10 тепловых нейтронов и устанавливают в качестве излучателя 10 тепловых нейтронов нейтронный генератор, принцип действия которого основан на дейтериево-дейтериевой реакции. Такой нейтронный генератор испускает поток монохроматических быстрых нейтронов с энергией около 2,5 МэВ, которые затем замедляются до тепловых значений энергии и после замедления используются для облучения камеры 9. Указанного значения энергии быстрых нейтронов в этом случае недостаточно для того, чтобы при их взаимодействии с ядрами атомов йода сцинтиллятора 16 детектора 11 гамма-излучения указанные ядра испускали гамма-кванты с энергией около 10,8 МэВ. Поэтому при облучении камеры 9 нейтронами с использованием нейтронного генератора составляющая фонового гамма-излучения, обусловленная взаимодействием быстрых нейтронов с ядрами атомов йода, отсутствует. После регистрации фоновых гамма-квантов с энергиями от 9,9 до 11 ,0 МэВ и от 10,2 до 11 ,0 МэВ и подсчета их количества компьютер 5, в соответствии с указанной методикой, вычитает из подсчитанного количества фоновых гамма-квантов значения ранее полученных количества NФк фоновых гамма-квантов, обусловленных космической составляющей, и количества Nф1 фоновых гамма-квантов, обусловленных азотом воздуха, получая в результате количество Nфз фоновых гамма-квантов, обусловленных одновременностью регистрации двух или более гамма-квантов меньших энергий.Then determine the number N ph1 of background gamma rays with energies from 9.9 to 11, 0 MeV and from 10.2 to 11, 0 MeV, due to the nitrogen of the air in the chamber 9. To do this, sequentially placed at different points in the chamber 9 by over its entire volume, reference material with a given known mass value of the nitrogen contained in it, irradiate it with thermal neutrons from a calitronium-252 thermal neutron emitter 10, register gamma quanta with the indicated energy values by gamma radiation detectors 11 and calculate their number by computer 5 Then, for each elementary volume of the chamber 9 having given dimensions and located at each placement point of this reference material, taking into account the known mass of nitrogen contained in the air of this elementary volume, computer 5 based on the number of calculated gamma-quanta in accordance with a direct proportional dependence calculates the number of background gamma rays of the above energies due to air nitrogen contained in each elementary volume of chamber 9. As a result of the summation by computer 5 of all the amounts of background gamma-quanta obtained for each elementary volume of chamber 9, the number N ph -i of background gamma-quanta with energies from 9.9 to 11.0 MeV and from 10.2 to 11.0 is calculated MeV, caused by nitrogen in the air chamber 9. To determine the number of N phz of background gamma-quanta due to the simultaneous detection of two or more gamma-quanta of lower energies, a radionuclide emitter 10 of thermal neutrons is removed from installation 2 for neutron radiation analysis and a neutron generator is installed as a radiator of 10 thermal neutrons, the principle of which based on deuterium-deuterium reaction. Such a neutron generator emits a stream of monochromatic fast neutrons with an energy of about 2.5 MeV, which are then decelerated to thermal energy values and, after deceleration, are used to irradiate the chamber 9. The indicated value of fast neutron energy in this case is not enough to ensure that when they interact with nuclei scintillator iodine atoms 16 of the gamma radiation detector 11, these nuclei emitted gamma rays with an energy of about 10.8 MeV. Therefore, when the chamber is irradiated with 9 neutrons using a neutron generator, the component of the background gamma radiation due to the interaction of fast neutrons with the nuclei of iodine atoms is absent. After registering background gamma-rays with energies from 9.9 to 11, 0 MeV and from 10.2 to 11, 0 MeV and calculating their number, computer 5, in accordance with the specified method, subtracts values from the calculated number of background gamma-quanta earlier the obtained amount of N f k of background gamma-rays due to the cosmic component and the number of N f1 of background gamma-rays due to air nitrogen, resulting in the number N fz of background gamma-rays due to the simultaneous registration of two or more gamma-quanta of lower energy th.
Для определения количества Nф2 фоновых гамма-квантов, обусловленных взаимодействием быстрых нейтронов с ядрами атомов йода, на установку 2 для нейтронно-радиационного анализа вновь устанавливают радионуклидный излучатель 10 тепловых нейтронов, облучают тепловыми нейтронами камеру 9, регистрируют фоновые гамма-кванты с энергиями от 9,9 до 11 ,0 МэВ и от 10,2 до 11 ,0 МэВ и подсчитывают их количества компьютером 5. Далее компьютер 5 из полученного количества зарегистрированных в данном случае фоновых rамма- квантов вычитает значения ранее полученных количества NФK фоновых гамма- квантов, обусловленных космической составляющей, количества NФ1 фоновых гамма-квантов, обусловленных азотом воздуха, количества Nфз фоновых гамма- квантов, обусловленных одновременностью регистрации двух или более гамма- квантов меньших энергий, получая в результате количество Nф2 фоновых гамма- квантов, обусловленных взаимодействием быстрых нейтронов с ядрами атомов йода.To determine the amount of Nph 2 of background gamma-rays due to the interaction of fast neutrons with the nuclei of iodine atoms, a radionuclide emitter 10 of thermal neutrons is reinstalled at installation 2 for neutron radiation analysis, camera 9 is irradiated with thermal neutrons, and background gamma-quanta with energies from 9 are recorded , 9 to 11, 0 MeV and from 10.2 to 11, 0 MeV and calculate their number by computer 5. Next, computer 5 from the obtained number of registered background r-quanta recorded in this case subtracts the values previously obtained x the number N ФК of background gamma-rays due to the cosmic component, the number N Ф1 of background gamma-rays due to air nitrogen, the number N fz of background gamma-rays due to the simultaneous detection of two or more gamma-rays of lower energies, resulting in the number N f2 of background gamma rays due to the interaction of fast neutrons with the nuclei of iodine atoms.
Для созданного опытного образца системы обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете авторами изобретения в соответствии с указанной методикой были экспериментально получены для каждого из этих двух интервалов энергии количества NФ1, Nф2, Nф3 зарегистрированных фоновых гамма- квантов, соответствующих трем указанным выше составляющим фонового гамма- излучения, обусловленных соответственно испусканием гамма-квантов азотом воздуха, взаимодействием быстрых нейтронов с ядрами атомов йода и одновременностью регистрации двух или более гамма-квантов меньших энергий. Так, например, для интервала энергии гамма-квантов от 9,9 до 11 ,0 МэВ за время регистрации, равное 100 с, они составили соответственно 40, 59 и 51 гамма- квантов. Для этого опытного образца системы обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете авторами изобретения в соответствии с указанной выше методикой было экспериментально получено, что в интервале энергии гамма-квантов 9,9-11,0 МэВ количество фоновых гамма-квантов, обусловленных космической составляющей, за время регистрации 100 с составляет 10.For created prototype explosive detection system substances in a controlled subject by the inventors, in accordance with the indicated procedure, were experimentally obtained for each of these two energy intervals the amounts of N Ф1 , N ф2 , N ф3 registered background gamma-quanta, corresponding to the three above-mentioned components of the background gamma radiation, caused respectively by emission of gamma quanta by air nitrogen, the interaction of fast neutrons with the nuclei of iodine atoms, and the simultaneous registration of two or more gamma quanta of lower energies. So, for example, for the gamma-ray energy interval from 9.9 to 11.0 MeV during the registration time equal to 100 s, they amounted to 40, 59, and 51 gamma-quanta, respectively. For this prototype of an explosive detection system in a controlled object, the inventors experimentally obtained in accordance with the above methodology that in the range of gamma-ray energies of 9.9-11.0 MeV the number of background gamma-quanta due to the cosmic component over time registration 100 s is 10.
Затем на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры компьютер 5 определяет и запоминает количество NKi зарегистрированных гамма-квантов с энергией от 2,0 до 2,4 МэВ, количество N«2 зарегистрированных гамма-квантов с энергией от 2,7 до 2,9 МэВ и NKз зарегистрированных гамма-квантов с энергией от 3,5 до 10,1 МэВ. При этом компьютер 5 определяет указанные количества гамма-квантов, зарегистрированных за такой же интервал времени, что и интервал времени регистрации гамма-квантов при облучении нейтронами контролируемого предмета 1 , то есть, как отмечено ниже, за 5-10 секунд. В результате этого система готова к выполнению нейтронно- радиационного анализа контролируемого предмета 1.Then, on the basis of the obtained energy spectrum of the registered gamma radiation of an empty camera, computer 5 determines and stores the number N K i of registered gamma rays with energies from 2.0 to 2.4 MeV, the number N « 2 registered gamma rays with energies from 2, 7 to 2.9 MeV and N K s of registered gamma rays with energies from 3.5 to 10.1 MeV. In this case, the computer 5 determines the indicated number of gamma rays recorded over the same time interval as the time interval for registering gamma rays when neutrons are irradiated by the controlled object 1, that is, as noted below, in 5-10 seconds. As a result of this, the system is ready to perform neutron radiation analysis of the controlled object 1.
Контролируемый предмет 1 устанавливают на ленту транспортера 4 и с клавиатуры компьютера 5 запускают транспортер 4. Когда контролируемый предмет 1 будет доставлен транспортером 4 в камеру 9 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа, сигналом с датчика останова, не показанного на фигурах, будет остановлена лента транспортера 4 с контролируемым предметом 1.The controlled object 1 is installed on the conveyor belt 4 and the conveyor 4 is launched from the computer keyboard 5. When the controlled object 1 is delivered by the conveyor 4 to the chamber 9 of the neutron radiation analysis unit 2, the conveyor belt will be stopped by a signal from a stop sensor not shown in the figures 4 with a controlled item 1.
Тепловые нейтроны с энергией около 0,025 эВ испускаются излучателем 10 тепловых нейтронов во внутреннюю полость камеры 9 и облучают, в том числе, контролируемый предмет 1. При облучении тепловыми нейтронами контролируемого предмета 1 , камеры 9, радиационной защиты 8, детекторов 11 гамма-излучения и других элементов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа происходит радиационный захват тепловых нейтронов ядрами атомов химических элементов, входящих в состав содержащихся в них материалов, в результате чего эти ядра атомов переходят в возбужденное состояние. Переход ядер атомов из возбужденного состояния в основное сопровождается испусканием гамма-квантов с различными значениями энергии.Thermal neutrons with an energy of about 0.025 eV are emitted by a thermal neutron emitter 10 into the internal cavity of chamber 9 and irradiate, including a controlled object 1. When irradiated with thermal neutrons of a controlled object 1, chamber 9, radiation protection 8, gamma radiation detectors 11 and others elements of installation 2 for neutron radiation The analysis involves the radiative capture of thermal neutrons by the atomic nuclei of the chemical elements that make up the materials contained in them, as a result of which these atomic nuclei become excited. The transition of atomic nuclei from an excited state to the ground state is accompanied by the emission of gamma rays with different energy values.
В частности, при облучении тепловыми нейтронами, в том числе, азотосодержащих материалов, находящихся в контролируемом предмете 1 , будет происходить радиационный захват тепловых нейтронов ядрами атомов aзoтa-14, в результате чего образуются ядра атомов aзoтa-15 в возбужденном состоянии. Переход ядер атомов aзoтa-15 из возбужденного состояния в основное будет происходить с испусканием гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ с вероятностью перехода около 0,14.In particular, when thermal neutrons are irradiated, including nitrogen-containing materials located in the controlled object 1, radiation capture of thermal neutrons by the nuclei of nitrogen-14 atoms will occur, as a result of which nuclei of nitrogen-15 atoms are formed in an excited state. The transition of the nuclei of nitrogen-15 atoms from the excited state to the ground state will occur with the emission of gamma rays with an energy of about 10.8 MeV with a transition probability of about 0.14.
Некоторая часть указанных гамма-квантов попадает в сцинтилляторы 16 детекторов 11 гамма-излучения (фиг. 3) и аналогично описанному выше преобразуется в поступающие в компьютер 5 цифровые коды, пропорциональные энергиям этих гамма-квантов.Some of these gamma quanta fall into the scintillators 16 of the gamma radiation detectors 11 (Fig. 3) and, similarly to those described above, are converted into digital codes received in computer 5 proportional to the energies of these gamma quanta.
Компьютер 5 посредством сравнения с пороговыми значениями поступивших цифровых кодов, соответствующих энергиям зарегистрированных гамма-квантов, определяет, к какому из поддиапазонов энергии шириной, например, ΔЕ = 12-13 кэВ в диапазоне энергии от 1 до 13 МэВ по значению своей энергии принадлежит каждый зарегистрированный гамма-квант, и подсчитывает и запоминает число зарегистрированных за время 5-10 секунд гамма-квантов, имеющих значение энергии в пределах каждого поддиапазона. В результате этого получают энергетический спектр гамма-излучения, испускаемого контролируемым предметом 1 , а также материалами камеры 9, радиационной защиты 8, детекторов 11 гамма-излучения и других элементов установки 2 для нейтронно- радиационного анализа, который заносится в запоминающее устройство компьютера 5.Computer 5, by comparing with the threshold values of the received digital codes corresponding to the energies of the registered gamma quanta, determines to which of the energy subbands with a width, for example, ΔЕ = 12-13 keV in the energy range from 1 to 13 MeV, each registered energy value belongs to gamma-quantum, and counts and remembers the number of gamma-quanta recorded over a period of 5-10 seconds that have an energy value within each subband. As a result of this, the energy spectrum of gamma radiation emitted by the controlled object 1 is obtained, as well as the materials of the camera 9, radiation protection 8, gamma radiation detectors 11 and other elements of the neutron radiation analysis apparatus 2, which is stored in the storage device of computer 5.
Пример такого энергетического спектра гамма-излучения, экспериментально полученного авторами с использованием созданного опытного образца системы обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете за время 1000 с, когда контролируемый предмет 1 не содержит азотосодержащего взрывчатого вещества, показан на фиг. 6, где количество зарегистрированных гамма-квантов по оси ординат приведено в логарифмическом масштабе. Пример энергетического спектра гамма-излучения, экспериментально полученного авторами за время 1000 с, когда контролируемый предмет 1 содержит азотосодержащее взрывчатое вещество массой 200 г, показан на фиг. 7, где количество зарегистрированных гамма-квантов по оси ординат приведено в логарифмическом масштабе. Приведенные здесь энергетические спектры получены за 1000 с, то есть за достаточно продолжительный интервал времени, что связано с необходимостью большей наглядности их графического представления на данных фигурах и удобства восприятия. На практике непосредственно при обнаружении взрывчатого вещества в контролируемом предмете 1 подобный энергетический спектр снимают за существенно меньшее время, равное 5-10 с. На обоих приведенных энергетических спектрах гамма-излучения в случаях как отсутствия, так и наличия взрывчатого вещества в контролируемом предмете 1 отчетливо видны максимумы в области энергии гамма-квантов около 2,23 МэВ, которые обусловлены гамма-квантами, испускаемыми ядрами атомов водорода, входящего в состав материала радиационной защиты 8. При этом на энергетическом спектре, приведенном на фиг. 7, по сравнению с энергетическим спектром, показанном на фиг. 6, наблюдается сравнительно высокое количество зарегистрированных гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ, что связано с наличием в контролируемом предмете 1 азотосодержащего взрывчатого вещества.An example of such an energy spectrum of gamma radiation experimentally obtained by the authors using the created prototype of an explosive detection system in a controlled object during 1000 s, when the controlled object 1 does not contain nitrogen-containing explosive, is shown in FIG. 6, where the number of registered gamma rays along the ordinate axis is given on a logarithmic scale. An example of the energy spectrum of gamma radiation experimentally obtained by the authors during 1000 s, when the controlled object 1 contains a nitrogen-containing explosive weighing 200 g, shown in FIG. 7, where the number of registered gamma rays along the ordinate axis is given on a logarithmic scale. The energy spectra presented here were obtained for 1000 s, that is, for a sufficiently long time interval, which is associated with the need for greater visibility of their graphical representation in these figures and for ease of perception. In practice, immediately upon detection of an explosive in a controlled object 1, a similar energy spectrum is removed in a significantly shorter time, equal to 5-10 s. In both energy spectra of gamma radiation in the cases of both the absence and the presence of explosive in the controlled object 1, one can clearly see the maxima in the energy region of gamma rays of about 2.23 MeV, which are due to gamma rays emitted by the nuclei of hydrogen atoms entering the composition of the radiation protection material 8. Moreover, on the energy spectrum shown in FIG. 7, compared with the energy spectrum shown in FIG. 6, a relatively high number of registered gamma rays with an energy of about 10.8 MeV is observed, which is associated with the presence of 1 nitrogen-containing explosive in the controlled object.
Затем компьютер 5 на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры 9 с находящимся в ней контролируемым предметом 1 определяет и запоминает количество Nm зарегистрированных гамма-квантов с энергией от 2,0 до 2,4 МэВ, количество NП2 зарегистрированных гамма-квантов с энергией от 2,7 до 2,9 МэВ и количество NПз зарегистрированных гамма-квантов с энергией от 3,5 до 10,1 МэВ. В дальнейшем компьютер 5 определяет и запоминает первый, второй и третий поправочные коэффициенты в соответствии с выражениями ki = NПi/NKi, k2 = Nпг/Nкг и k3 =Then, the computer 5, based on the obtained energy spectrum of the registered gamma radiation of the camera 9 with the controlled object 1 located in it, determines and stores the number N m of registered gamma-rays with energies from 2.0 to 2.4 MeV, the number N P2 of registered gamma-quanta with energies from 2.7 to 2.9 MeV and the number N P of registered gamma rays with energies from 3.5 to 10.1 MeV. In the future, the computer 5 determines and stores the first, second and third correction factors in accordance with the expressions ki = N P i / N K i, k 2 = Nпг / Nkg and k 3 =
(Nпз/Nκз)2.(Nпз / Nκз) 2 .
Далее компьютер 5 на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры 9 с находящимся в ней контролируемым предметом 1 определяет количество зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,2 до 10,2 МэВ и количество зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 3,4 до 7,7 МэВ, вычисляет их отношение и сравнивает полученное отношение с пороговым значением, равным, например, 0,0007. Как можно заметить, сравнивая энергетические спектры, приведенные на фиг. 6 и 8, наличие 75 г хрома в контролируемом предмете 1 (см. фиг. 8) приводит к существенному увеличению количества зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,2 до 10,2 МэВ по сравнению с количеством зарегистрированных в том же диапазоне энергии гамма-квантов при облучении тепловыми нейтронами того же контролируемого предмета 1 (см. фиг. 6). При этом в области значений энергии от 3,4 до 7,7 МэВ количество зарегистрированных гамма-квантов практически не изменилось (см. фиг. 6 и 8). Аналогичные результаты были экспериментально получены авторами изобретения для случая наличия в контролируемом предмете 1 материалов, содержащих селен и железо. В связи с этим, величина полученного отношения количеств зарегистрированных гамма- квантов в этих диапазонах энергетического спектра позволяет судить о наличии или отсутствии в контролируемом предмете 1 материалов, содержащих указанные элементы, способные вызвать ложную тревогу.Next, the computer 5, based on the obtained energy spectrum of the registered gamma radiation of the camera 9 with the controlled object 1 located therein, determines the number of registered gamma rays with energies from 9.2 to 10.2 MeV and the number of registered gamma rays with energies from 3.4 up to 7.7 MeV, calculates their ratio and compares the resulting ratio with a threshold value equal to, for example, 0.0007. As can be seen, comparing the energy spectra shown in FIG. 6 and 8, the presence of 75 g of chromium in the controlled object 1 (see Fig. 8) leads to a significant increase in the number of registered gamma rays with energies from 9.2 to 10.2 MeV compared to the number of gamma rays recorded in the same energy range when irradiated with thermal neutrons of the same controlled object 1 (see Fig. 6). At the same time, in the range of energy values from 3.4 to 7.7 MeV, the number of registered gamma rays has not changed (see Figs. 6 and 8). Similar results were experimentally obtained by the inventors for the case in the controlled subject 1 materials containing selenium and iron. In this regard, the value of the obtained ratio of the quantities of registered gamma-quanta in these energy spectrum ranges allows us to judge the presence or absence in the controlled subject 1 of materials containing these elements that can cause a false alarm.
Поэтому, если полученное отношение не превышает указанного значения, то это означает, что в контролируемом предмете 1 отсутствуют не содержащие азот материалы, которые при облучении тепловыми нейтронами интенсивно испускают гамма-кванты с энергиями, близкими к 10,8 МэВ, и поэтому могут вызвать ложную тревогу. Как отмечалось выше, такими материалами могут быть материалы, содержащие хром, селен или железо. В этом случае целесообразно, не опасаясь ложных тревог, выделять гамма-кванты с энергиями, близкими к 10,8 МэВ, в более широком интервале энергии, включающем значение 10,8 МэВ, например, от 9,9 до 11 ,0 МэВ.Therefore, if the obtained ratio does not exceed the specified value, this means that in the controlled object 1 there are no nitrogen-free materials that, when irradiated with thermal neutrons, intensively emit gamma rays with energies close to 10.8 MeV, and therefore can cause false alarming. As noted above, such materials may be materials containing chromium, selenium or iron. In this case, it is advisable, without fear of false alarms, to select gamma rays with energies close to 10.8 MeV in a wider energy range, including a value of 10.8 MeV, for example, from 9.9 to 11.0 MeV.
Превышение полученным отношением указанного порогового значения, равного 0,0007, свидетельствует о наличии в контролируемом предмете 1 не содержащих азот материалов, которые при облучении тепловыми нейтронами интенсивно испускают гамма-кванты с энергиями, близкими к 10,8 МэВ, например, хрома, селена или железа. В этом случае для снижения вероятности ложной тревоги целесообразно выделять гамма-кванты с энергиями, близкими к 10,8 МэВ, в более узком интервале энергии, включающем значение 10,8 МэВ, например, от 10,2 до 11 ,0 МэВ, то есть при большем, например, на 3 % нижнем граничном значении энергии. Компьютер 5 определяет предполагаемое количество зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры 9 с контролируемым предметом 1 фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, в соответствии с выражением Nф=kiNфi+k22+kзNфз+Nфк, где NФi, NФ2, Nфз - полученные на стадии анализа энергетического спектра пустой камеры соответствующие трем указанным выше фоновым составляющим количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией в интервале от 9,9 до 1 1 ,0 МэВ или от 10,2 до 11 ,0 МэВ, выбранном компьютером 5 в зависимости от результата выполненного на предыдущем шаге сравнения; NФK- полученное на этапе калибровки системы обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете перед вводом ее в эксплуатацию и хранящееся в запоминающем устройстве компьютера 5 количество обусловленных космической составляющей фоновых гамма-квантов с энергией в интервале 9,9-11 ,0 МэВ или 10,2-11,0 МэВ, выбранном компьютером 5 в зависимости от результата выполненного на предыдущем шаге сравнения.Exceeding the indicated threshold value equal to 0.0007 by the obtained ratio indicates the presence in the controlled object 1 of nitrogen-free materials that, when irradiated with thermal neutrons, intensively emit gamma rays with energies close to 10.8 MeV, for example, chromium, selenium, or gland. In this case, to reduce the likelihood of a false alarm, it is advisable to select gamma rays with energies close to 10.8 MeV in a narrower energy range including a value of 10.8 MeV, for example, from 10.2 to 11.0 MeV, i.e. with a larger, for example, 3% lower boundary energy value. Computer 5 determines the estimated number of background gamma rays with an energy in the specified energy range, including the value of 10.8 MeV, recorded in the chamber 9 with the subject 1 controlled by thermal neutrons, in accordance with the expression Nph = kiNphi + k 2 Nph 2 + kzNfz + Nfk, where N Ф i, N Ф2 , N фз - obtained at the stage of analysis of the energy spectrum of an empty chamber corresponding to the three background components indicated above of the number of registered background gamma-quanta with energies in the range from 9.9 to 1 1, 0 MeV or from 10.2 to 11, 0 MeV, selected by computer 5 depending on the result of the comparison performed in the previous step; N ФК - obtained at the stage of calibration of the explosive detection system in a controlled object before putting it into operation and stored in computer memory 5, the number of background gamma-quanta due to the cosmic component with energies in the range of 9.9-11, 0 MeV or 10.2 -11.0 MeV, selected by computer 5 depending on the result of the previous comparison step.
Далее на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры 9 с находящимся в ней контролируемым предметом 1 компьютер 5 выделяет гамма-кванты с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, и подсчитывает их количество N. При этом компьютер 5 подсчитывает гамма-кванты с энергией в интервале 9,9-11 ,0 МэВ или 10,2-11 ,0 МэВ, выбранном в зависимости от результата выполненного сравнения с пороговым значением, равным 0,0007, отношения количества зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,2 до 10,2 МэВ к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 3,4 до 7,7 МэВ. Для сравнения количества N выделенных гамма-квантов с предполагаемым количеством Nф зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, компьютер 5 вычисляет логарифм отношения правдоподобия, например, следующего вида L=(NIn(I +No/Nф)-No), где N - количество выделенных гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ; N0 - полученное экспериментально при предварительной калибровке количество регистрируемых в случае наличия в контролируемом предмете 1 азотосодержащего взрывчатого вещества минимальной обнаруживаемой массы гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ; Nф - предполагаемое количество зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ. Затем компьютер 5 выполняет сравнение полученного логарифма L отношения правдоподобия с нижним и верхним пороговыми значениями, равными соответственно L1 = ln((1 -PПoV(1 -Pлт)) и L2 = ln(PПo/Pлт), где Pпo - требуемая вероятность правильного обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете; PЛт - требуемая вероятность ложной тревоги. Если в результате сравнения логарифм L отношения правдоподобия окажется меньше нижнего порогового значения L1 (ЬсЦ), компьютер 5 выдает сигнал об отсутствии в контролируемом предмете 1 взрывчатого вещества на сигнализатор 6 тревоги, индицирующий его оператору системы, и подает сигнал на привод транспортера 4, запускающий транспортер 4, а контролируемый предмет 1 снимается с контроля, отправляясь по транспортеру 4 из зоны контроля.Then, on the basis of the obtained energy spectrum of the registered gamma radiation of the camera 9 with a controlled object 1 located in it, computer 5 selects gamma quanta with energy located in a predetermined interval between the lower and upper boundary energy values, including a value of 10.8 MeV, and counts them number N. In this case, computer 5 calculates gamma rays with energies in the range of 9.9-11, 0 MeV or 10.2-11, 0 MeV, selected depending on the result of the comparison with a threshold value equal to 0.0007, the ratio to t he detected gamma rays with energies from 9.2 to 10.2 MeV to the amount of detected gamma-rays with energies from 3.4 to 7.7 MeV. To compare the number N of selected gamma quanta with the estimated number N f of registered background gamma quanta with energy in a given range of energy values including 10.8 MeV, computer 5 calculates the logarithm of the likelihood ratio, for example, of the following form L = (NIn (I + N o / Nф) -No), where N is the number of gamma-rays emitted with energy in a given interval between the lower and upper boundary energy values, including a value of 10.8 MeV; N 0 - obtained experimentally during preliminary calibration, the number of detected gamma-quanta with a minimum detectable mass of gamma-quanta with energy in a given interval between the lower and upper boundary energy values, including a value of 10.8 MeV, recorded in the case of a controlled object 1 nitrogen-containing explosive; N f - the estimated number of registered background gamma rays with energy in a predetermined range of energy values, including a value of 10.8 MeV. Then, the computer 5 compares the obtained logarithm L of the likelihood ratio with the lower and upper threshold values equal to L 1 = ln ((1-P P oV (1-Plt)) and L 2 = ln (P P o / Plt), respectively, where P po - required the probability of correct detection of explosives in a controlled subject; P L t - the required probability of false alarm. If, as a result of comparing the logarithm of the likelihood ratio, it turns out to be less than the lower threshold value L 1 (bc), computer 5 gives a signal that there is no explosive in the controlled object 1 to the alarm signaling device 6, indicating it to the system operator, and sends a signal to the conveyor drive 4, starting conveyor 4, and the controlled item 1 is removed from the control, leaving the conveyor 4 from the control zone.
Если величина логарифма L отношения правдоподобия лежит между нижним и верхним пороговыми значениями Ц и L2 (L-ι<L<L2), продолжают контроль путем проведения повторного нейтронно-радиационного анализа контролируемого предмета с повторным облучением тепловыми нейтронами, регистрацией гамма-квантов и повторным принятием решения, как это предусматривают заявляемый способ и реализующая его система. Если после такого повторного контроля вновь оказывается, что решение о наличии или отсутствии взрывчатого вещества в контролируемом предмете 1 с требуемыми вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги принято быть не может, компьютер 5 выдает сигнал об этом на сигнализатор 6 тревоги, индицирующий его оператору системы, и подает сигнал на привод транспортера 4, запускающий транспортер 4. Транспортер 4 перемещает контролируемый предмет 1 из горизонтальной шахты 3 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа и после выхода контролируемого предмета 1 из горизонтальной шахты 3 его снимают с ленты транспортера 4 и отправляют на вскрытие и досмотр.If the logarithm of the likelihood ratio lies between the lower and upper threshold values C and L 2 (L-ι <L <L 2 ), continue monitoring by repeated neutron-radiation analysis of the controlled object with repeated irradiation with thermal neutrons, registration of gamma rays and re-decision, as provided by the claimed method and the system that implements it. If after such a second check it again turns out that a decision on the presence or absence of explosive in the controlled object 1 with the required probabilities of correct detection and false alarm cannot be made, computer 5 gives a signal about this to the alarm signaling device 6, indicating it to the system operator, and sends a signal to the drive of the conveyor 4, starting the conveyor 4. The conveyor 4 moves the controlled object 1 from the horizontal shaft 3 of the installation 2 for neutron radiation analysis and after the exit counter liruemogo object 1 from its horizontal shaft 3 is removed from the conveyor belt 4 and sent to the dissection and examination.
Если выделение гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, осуществлялось в более широком интервале энергии от 9,9 до 11,0 МэВ и в результате сравнения логарифм L отношения правдоподобия окажется больше установленного для него верхнего порогового значения L2 (L>L2), компьютер 5 выдает сигнал о наличии в контролируемом предмете 1 взрывчатого вещества на сигнализатор б тревоги, индицирующий его оператору системы, и подает сигнал на привод транспортера 4, запускающий транспортер 4. Транспортер 4 перемещает контролируемый предмет 1 из горизонтальной шахты 3 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа и после выхода контролируемого предмета 1 из горизонтальной шахты 3 его снимают с ленты транспортера 4 и отправляют на вскрытие и визуальный досмотр.If gamma-quanta with energies in a given interval between the lower and upper energy limits including 10.8 MeV were extracted in a wider energy range from 9.9 to 11.0 MeV and, as a result of comparison, the logarithm L of the likelihood ratio will be greater than the upper threshold value L 2 set for it (L> L 2 ), computer 5 issues a signal about the presence of explosive in the controlled object 1 to the alarm signaling device b, indicating it to the system operator, and sends a signal to the transport drive RA 4, starting the conveyor 4. Conveyor 4 moves the controlled object 1 from the horizontal shaft 3 of the installation 2 for neutron radiation analysis and after the controlled object 1 leaves the horizontal shaft 3, it is removed from the conveyor belt 4 and sent for autopsy and visual inspection.
Если выделение гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, осуществлялось в более узком интервале энергии от 10,2 до 11 ,0 МэВ и в результате сравнения логарифм L отношения правдоподобия окажется больше установленного для него верхнего порогового значения L2 (L>L2), компьютер 5 определяет отношение количества N выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями в диапазоне от 9,6 до 10,2 МэВ. Затем компьютер 5 сравнивает это полученное отношение с его верхним и нижним пороговыми значениями, равными, например, соответственно 0,9 и 0,6. Если данное отношение лежит между его верхним и нижним пороговыми значениями, равными, например, соответственно 0,9 и 0,6, компьютер 5 выдает сигнал об отсутствии в контролируемом предмете 1 взрывчатого вещества на сигнализатор 6 тревоги, индицирующий его оператору системы, и подает сигнал на привод транспортера 4, запускающий транспортер 4, а контролируемый предмет 1 снимается с контроля, отправляясь по транспортеру 4 из зоны контроля.If the allocation of gamma rays with energy in a given the interval between the lower and upper boundary energy values, including the value of 10.8 MeV, was carried out in a narrower energy interval from 10.2 to 11, 0 MeV and, as a result of comparing the logarithm L, the likelihood ratio would be greater than the upper threshold value L 2 set for it ( L> L 2 ), computer 5 determines the ratio of the number N of selected gamma rays to the number of registered gamma rays with energies in the range from 9.6 to 10.2 MeV. Then, the computer 5 compares this obtained ratio with its upper and lower threshold values equal, for example, to 0.9 and 0.6, respectively. If this ratio lies between its upper and lower threshold values equal, for example, to 0.9 and 0.6, respectively, computer 5 issues a signal that there is no explosive in the controlled object 1 to the alarm signaling device 6, indicating it to the system operator, and gives a signal to the drive of the conveyor 4, starting the conveyor 4, and the controlled object 1 is removed from the control, leaving the conveyor 4 from the control zone.
Когда указанное отношение превышает верхнее пороговое значение, равное, например, 0,9, или когда указанное отношение оказывается меньше нижнего порогового значения, равного, например, 0,6, компьютер 5 выдает сигнал о наличии в контролируемом предмете 1 взрывчатого вещества на сигнализатор 6 тревоги, индицирующий его оператору системы, и подает сигнал на привод транспортера 4, запускающий транспортер 4. Транспортер 4 перемещает контролируемый предмет 1 из горизонтальной шахты 3 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа и после выхода контролируемого предмета 1 из горизонтальной шахты 3 его снимают с ленты транспортера 4 и отправляют навскрытие и визуальный досмотр.When the specified ratio exceeds the upper threshold value, equal to, for example, 0.9, or when the specified ratio is less than the lower threshold value, equal to, for example, 0.6, the computer 5 gives a signal about the presence in the controlled object 1 of an explosive to the alarm 6 , indicating it to the system operator, and sends a signal to the drive of the conveyor 4, starting the conveyor 4. The conveyor 4 moves the controlled object 1 from the horizontal shaft 3 of the installation 2 for neutron radiation analysis and after the exit of cont the rolled object 1 from the horizontal shaft 3, it is removed from the conveyor belt 4 and an autopsy and a visual inspection are sent.
Приведенные материалы подтверждают возможность осуществления настоящего изобретения и решения поставленной задачи, заключающейся в снижении вероятностей пропуска взрывчатого вещества и ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества. Промышленная применимостьThese materials confirm the possibility of implementing the present invention and solving the problem, which consists in reducing the likelihood of missed explosives and false alarms when detecting explosives. Industrial applicability
Испытания опытного образца системы обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, созданной в соответствии с настоящим изобретением, проводились на экспериментальной базе заявителя, а в начале 2004 года в аэропорту Пулково Санкт-Петербурга. Проведенные испытания показали принципиальную возможность обнаруживать с ее помощью современные азотосодержащие взрывчатые вещества с минимальной массой 100-200 г в типовом багаже авиапассажиров с обычной для багажа плотностью азота азотосодержащих материалов, не являющихся взрывчатыми веществами, от 2,3 до 2,4 г/дм3. Оцененная экспериментально по результатам испытаний вероятность правильного обнаружения взрывчатого вещества минимальной массы 100 г составила 0,95-0,97 при вероятности ложных тревог, не превышающей 0,02-0,04.Tests of a prototype explosive detection system in a controlled object created in accordance with the present invention were carried out on the experimental basis of the applicant, and in early 2004 at the Pulkovo airport in St. Petersburg. The tests showed that it was possible in principle to detect modern nitrogen-containing explosives with a minimum mass of 100-200 g in the typical baggage of air passengers with the usual baggage density nitrogen nitrogen-containing materials that are not explosives, from 2.3 to 2.4 g / DM 3 . The experimentally estimated probability of the correct detection of an explosive of a minimum mass of 100 g was 0.95-0.97, with a false alarm probability not exceeding 0.02-0.04.
Система обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете показала достаточно высокую производительность процесса контроля багажа, обеспечивая проведение проверки 170-190 единиц багажа в час. Такая производительность системы обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете может считаться приемлемой даже при контроле багажа такого большого числа авиапассажиров, которое принимают на борт широкофюзеляжные авиалайнеры. The system for detecting explosives in a controlled object showed a sufficiently high productivity of the baggage control process, providing verification of 170-190 pieces of baggage per hour. Such a performance of an explosive detection system in a controlled object can be considered acceptable even when controlling the baggage of such a large number of air passengers that wide-body airliners take on board.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, включающий размещение контролируемого предмета в камере, оснащенной радиационной защитой и, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения, облучение контролируемого предмета тепловыми нейтронами, регистрацию испускаемых гамма-квантов, выделение гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, подсчет выделенных гамма-квантов, принятие решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении количеством выделенных гамма- квантов предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма- квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, отличающийся тем, что перед размещением контролируемого предмета облучают тепловыми нейтронами камеру, определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения камеры в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, при облучении контролируемого предмета тепловыми нейтронами определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения камеры с контролируемым предметом в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, перед принятием решения на основании изменения энергетического спектра зарегистрированного гамма- излучения камеры с контролируемым предметом по отношению к энергетическому спектру зарегистрированного гамма-излучения камеры, по меньшей мере, в одном заданном поддиапазоне энергии гамма-квантов определяют, по меньшей мере, один поправочный коэффициент для полученного при облучении тепловыми нейтронами камеры значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, и определяют предполагаемое количество зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом фоновых гамма- квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, посредством умножения на полученный поправочный коэффициент полученного при облучении тепловыми нейтронами камеры значения количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ.1. A method for detecting explosive in a controlled object, including placing a controlled object in a chamber equipped with radiation protection and at least one gamma radiation detector, irradiating the controlled object with thermal neutrons, detecting emitted gamma rays, emitting gamma rays with energy located in a predetermined interval between the lower and upper boundary energy values, including a value of 10.8 MeV, counting the selected gamma rays, deciding on the presence of explosive material in a controlled object, when the number of gamma-quanta extracted exceeds the expected number of registered background gamma-quanta with energy in a predetermined energy range, including a value of 10.8 MeV, characterized in that before placing the controlled object, the camera is irradiated with thermal neutrons, the energy the spectrum of the detected gamma radiation of the camera in the gamma-ray energy range with an upper limit of at least 11 MeV, when irradiated, we control thermal neutrons determine the energy spectrum of the registered gamma radiation of a camera with a controlled object in the gamma-ray energy range with an upper limit of at least 11 MeV before deciding on the basis of a change in the energy spectrum of the registered gamma radiation of a camera with a controlled object with respect to the energy spectrum of the detected gamma radiation of the camera in at least one predetermined subband of energy of gamma rays is determined by At least one correction coefficient for the value of the number of detected background gamma-quanta with energy in a given energy range including 10.8 MeV obtained by thermal neutron irradiation of the camera, and the estimated number of cameras with a controlled object detected during thermal neutron irradiation is determined background gamma-quanta with energy in a given range of energy values, including a value of 10.8 MeV, by multiplying by the correction ny coefficient obtained upon irradiation by thermal neutrons camera values of registered background gamma rays with an energy which is in a predetermined range of energy values comprising the value of 10.8 MeV.
2. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что поправочный коэффициент определяют в виде отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,23 МэВ. 2. The method according to p. 1, characterized in that the correction factor determined in the form of the ratio of the amounts of gamma quanta detected during irradiation of the camera with a controlled object and during irradiation of the camera and having energy values belonging to a given subband including a value of 2.23 MeV.
3. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что поправочный коэффициент определяют в виде отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону, включающему значение 2,8 МэВ. 3. The method according to p. 1, characterized in that the correction factor is determined as the ratio of the numbers of gamma rays detected when the camera is irradiated with a controlled object and when the camera is irradiated and has energy values belonging to a given subband, including a value of 2.8 MeV.
4. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что поправочный коэффициент определяют в виде квадрата отношения количеств гамма-квантов, зарегистрированных при облучении камеры с контролируемым предметом и при облучении камеры и имеющих значения энергии, принадлежащие заданному поддиапазону от 3,5 до 10,1 МэВ. 4. The method according to p. 1, characterized in that the correction factor is determined as a square of the ratio of the number of gamma quanta detected by irradiating the camera with a controlled object and by irradiating the camera and having energy values belonging to a given subrange from 3.5 to 10, 1 MeV.
5. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что при облучении камеры с контролируемым предметом в случае превышения отношением количества зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,2 до 10,2 МэВ к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 3,4 до 7,7 МэВ его порогового значения увеличивают нижнее граничное значение энергии заданного интервала энергии, включающего значение 10,8 МэВ.5. The method according to p. 1, characterized in that when irradiating a camera with a controlled object in case of exceeding the ratio of the number of registered gamma rays with energies from 9.2 to 10.2 MeV to the number of registered gamma rays with energies from 3.4 up to 7.7 MeV of its threshold value, the lower boundary energy value of a given energy range, including a value of 10.8 MeV, is increased.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что после увеличения нижнего граничного значения энергии заданного интервала энергии, включающего значение 10,8 МэВ, в случае превышения количеством выделенных гамма- квантов предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма- квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, определяют отношение количества выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,6 до 10,2 МэВ и принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете на основании сравнения этого отношения с двумя его пороговыми значениями.6. The method according to p. 5, characterized in that after increasing the lower boundary value of the energy of a given energy range, including a value of 10.8 MeV, if the number of selected gamma quanta exceeds the expected number of registered background gamma quanta with energy located in a given the range of energy values, including the value of 10.8 MeV, determine the ratio of the number of gamma rays emitted to the number of registered gamma rays with energies from 9.6 to 10.2 MeV and decide whether explosive substances in a controlled object based on a comparison of the relationship with his two thresholds.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении отношением количества выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,6 до 10,2 МэВ верхнего порогового значения.7. The method according to p. 6, characterized in that they decide on the presence of an explosive in a controlled object when the ratio of the number of gamma rays emitted to the number of registered gamma rays with energies from 9.6 to 10.2 MeV exceeds a threshold value.
8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении нижним пороговым значением отношения количества выделенных гамма-квантов к количеству зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,6 до 10,2 МэВ. 8. The method according to p. 6, characterized in that they decide on the presence of explosives in the controlled subject in excess the lower threshold value of the ratio of the number of selected gamma rays to the number of registered gamma rays with energies from 9.6 to 10.2 MeV.
PCT/RU2005/000353 2004-07-30 2005-06-16 Method for detecting an explosive in an inspectable object WO2006016835A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004124111 2004-07-30
RU2004124111/28A RU2276352C2 (en) 2004-07-30 2004-07-30 Method of detecting explosive in analyzed object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006016835A1 true WO2006016835A1 (en) 2006-02-16

Family

ID=35464142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2005/000353 WO2006016835A1 (en) 2004-07-30 2005-06-16 Method for detecting an explosive in an inspectable object

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2276352C2 (en)
WO (1) WO2006016835A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7573044B2 (en) 2006-07-18 2009-08-11 Bossdev, Inc. Remote detection of explosive substances
US8080808B2 (en) 2006-07-18 2011-12-20 BOSS Physical Sciences, LLC Remote detection of explosive substances
US8410451B2 (en) 2009-04-09 2013-04-02 Boss Physical Sciences Llc Neutron fluorescence with synchronized gamma detector
US8785864B2 (en) 2009-09-22 2014-07-22 Boss Physical Sciences Llc Organic-scintillator compton gamma ray telescope

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2559309C1 (en) * 2014-05-30 2015-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Method of detecting and identifying concealed substances
RU2593766C1 (en) * 2015-06-10 2016-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "РатэкЛаб" Method of detecting explosive in controlled object
WO2021175427A1 (en) * 2020-03-05 2021-09-10 Target Systemelektronik Gmbh & Co. Kg Method for determining the neutron flux by using a portable radionuclide identification device (rid) comprising scintillation material with iodine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5410156A (en) * 1992-10-21 1995-04-25 Miller; Thomas G. High energy x-y neutron detector and radiographic/tomographic device
US20030147484A1 (en) * 2001-11-08 2003-08-07 Olshansky Yury Iosiphovich Method for detecting an explosive in an object under investigation
US20030152186A1 (en) * 2002-01-28 2003-08-14 Jurczyk Brian E. Gas-target neutron generation and applications

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5410156A (en) * 1992-10-21 1995-04-25 Miller; Thomas G. High energy x-y neutron detector and radiographic/tomographic device
US20030147484A1 (en) * 2001-11-08 2003-08-07 Olshansky Yury Iosiphovich Method for detecting an explosive in an object under investigation
US20030152186A1 (en) * 2002-01-28 2003-08-14 Jurczyk Brian E. Gas-target neutron generation and applications

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7573044B2 (en) 2006-07-18 2009-08-11 Bossdev, Inc. Remote detection of explosive substances
US8080808B2 (en) 2006-07-18 2011-12-20 BOSS Physical Sciences, LLC Remote detection of explosive substances
US8288734B2 (en) 2006-07-18 2012-10-16 Boss Physical Sciences Llc Remote detection of explosive substances
US8410451B2 (en) 2009-04-09 2013-04-02 Boss Physical Sciences Llc Neutron fluorescence with synchronized gamma detector
US8785864B2 (en) 2009-09-22 2014-07-22 Boss Physical Sciences Llc Organic-scintillator compton gamma ray telescope

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004124111A (en) 2006-01-27
RU2276352C2 (en) 2006-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2206080C1 (en) Method for detecting explosive substance availability in an article under examination
US4251726A (en) Deuterium tagged articles such as explosives and method for detection thereof
EP0470226B1 (en) Apparatus and method for detecting contraband using fast neutron activation
WO2006016835A1 (en) Method for detecting an explosive in an inspectable object
US9311277B2 (en) Method of identifying materials from multi-energy X-rays
US8642971B2 (en) Neutron dosimeter
JP2010048799A (en) Apparatus and method for detection of fissile material using active interrogation
KR101975787B1 (en) A method for detecting a radionuclide, a process for detecting a radionuclide using the same, and a radiation detecting devece for the same
KR101962370B1 (en) A method for detecting a radionuclide, a process for detecting a radionuclide using the same, and a radiation detecting devece for the same
RU2593766C1 (en) Method of detecting explosive in controlled object
Reinikainen et al. Accuracy of 210Pb dating in two annually laminated lake sediments with high Cs background
RU2262097C1 (en) Meethod for detection of explosive in inspected subject
JPH07209493A (en) Selecting device of radioactive waste and selecting method thereof
RU2343460C1 (en) Method of controlled object analysis for explosives
CN108344757A (en) The device of talcum powder content in a kind of detection flour
Yang et al. Identification of high-Z materials with photoneutrons driven by a low-energy electron linear accelerator
KR101962360B1 (en) A method for detecting a radionuclide, a process for detecting a radionuclide using the same, and a radiation detecting devece for the same
CA3102623A1 (en) System and method for moisture measurement
RU2068571C1 (en) Method of distant detection of nuclear charges
RU2079835C1 (en) Method of detection of explosives, device to implement it (variants), chamber for device to detect explosives
WO1990013900A1 (en) Photoneutron method of detection of explosives in luggage
Mangala Multi-elemental energy dispersive x-ray fluorescence analysis of Kerio valley fluorite ores and Mrima hill soil sediments
Yusuf Gamma-ray spectrometry for linear attenuation coefficients and selfattenuation correction factors of the skimmed milk powder
Macias et al. Simultaneous oxygen, carbon, nitrogen, sulfur and silicon determination in coal by proton induced gamma-ray analysis
Megahid et al. Low cost combined systems for detection of contraband hidden in cargo containers

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KM KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NG NI NO NZ OM PG PH PL PT RO SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase