способ обнаружения взрывчатых веществ, устройство для его осуществления (варианты), камера для устройства обнаружения взрывчатых веществ

Формула изобретения

1. Способ обнаружения взрывчатых веществ внутри багажа с помощью источника быстрых нейтронов, заключающийся в регистрации гамма-излучения от захвата тепловых нейтронов элементами, входящими в состав взрывчатого вещества, в основном азотом и водородом, и контроле концентрации этих элементов внутри багажа, отличающийся тем, что от источника быстрых нейтронов формируют импульсы промежуточных нейтронов длительностью не более времени замедления нейтронов в взрывчатом веществе, выделяют нейтроны с нижней граничной энергией не менее энергии связи водорода в молекуле, которыми облучают содержимое багажа, при этом используют реакцию упругого рассеяния промежуточных нейтронов на ядрах водорода взрывчатого вещества для образования в последнем потока тепловых нейтронов, а после контроля концентрации указанных элементов внутри багажа наличие взрывчатого вещества дополнительно контролируют по времени замедления нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов в зонах повышенного содержания азота и (или) водорода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что от источника быстрых нейтронов формируют импульсы длительностью не более времени замедления t_зам нейтронов в взрывчатом веществе с периодом следования Т_г не менее

Т_г L / V_т + (2 5) t_а,

где L максимальный размер багажа, см;

V_т средняя скорость тепловых нейтронов, v_т 2200 м/с;

t_а время жизни тепловых нейтронов в взрывчатом веществе, с.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что время замедления нейтронов и время жизни тепловых нейтронов рассчитывают, исходя из временного распределения выходящих из выделенных зон потока гамма-излучения захвата тепловых нейтронов элементами взрывчатого вещества и/или потока тепловых нейтронов в промежутках времени между импульсами промежуточных нейтронов.

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что концентрацию водорода внутри багажа дополнительно рассчитывают по пространственному распределению потока тепловых нейтронов, выходящих из багажа по окончании каждого нейтронного импульса.

5. Устройство для обнаружения взрывчатых веществ в багаже, содержащее управляемый импульсный генератор быстрых нейтронов, камеру для обнаружения взрывчатого вещества, систему из N детекторов гамма-излучения азота из реакции захвата тепловых нейтронов, N аналого-цифровых преобразователей, блок сигнала тревоги, подключенный к электронной вычислительной машине (ЭВМ), содержащей блок контроля концентрации химических элементов взрывчатого вещества, отличающееся тем, что в него введены между генератором ЭВМ последовательно соединенные между собой таймер, делящий интервал времени между нейтронными импульсами генератора на М промежутков времени, N буферных запоминающих устройств и согласующее устройство, N аналоговых процессоров и система из Р детекторов тепловых нейтронов, каждый из которых соединен с входом соответствующего временного анализатора, управляющие входы которых соединены с выходом таймера, а выходы с входами второго согласующего устройства, подключенного к второму входу ЭВМ, причем каждый аналоговый процессор включен между соответствующими детекторами гамма-излучения и аналого-цифровым преобразователем, выход которого подключен к соответствующему второму входу буферного запоминающего устройства, при этом управляющий выход электронной вычислительной машины подключен к управляющим входам нейтронного генератора и таймера.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что генератор формирует нейтронные импульсы с длительностью не более времени замедления t_зам нейтронов в взрывчатом веществе и с периодом не менее значения, вычисляемого по формуле

Т_г L / V_т + (2 5) t_а,

где L максимальный размер полости (в камере), в которой размещается багаж, см;

V_т средняя скорость тепловых нейтронов, V_t 2200 м/с;

t_а время жизни тепловых нейтронов в взрывчатом веществе, с.

7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что электронная вычислительная машина имеет блок измерения концентрации водорода, подключенный к второму согласующему устройству, два блока измерения времени замедления нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов, входы которых подключены к соответствующим выходам блоков измерения концентрации водорода и химических элементов взрывчатого вещества, при этом их выходы подключены к входам блока сравнения.

8. Устройство по одному из пп. 5 7, отличающееся тем, что система детекторов тепловых нейтронов расположена между багажом и системой детекторов гамма-излучения.

9. Устройство по одному из пп.5 8, отличающееся тем, что количество детекторов Р тепловых нейтронов должно быть не менее числа N детекторов гамма-излучения, т.е. PN.

10. Устройство для обнаружения взрывчатого вещества внутри багажа, содержащее Р детекторов тепловых нейтронов, камеру для обнаружения взрывчатых веществ и источник быстрых нейтронов, отличающееся тем, что Р детекторов тепловых нейтронов образуют замкнутое кольцо вокруг исследуемого багажа, а в качестве источника быстрых нейтронов используют импульсный нейтронный генератор, длительность импульсов которого не превышает времени замедления нейтронов во взрывчатом веществе, а период следования удовлетворяет условию

Т_г L / V_т + (2 5) t_а,

где L максимальный размер полости в камере, выбираемый из размеров багажа, см;

V_т средняя скорость тепловых нейтронов, V_т 2200 м/с;

t_а время жизни тепловых нейтронов в взрывчатом веществе, с,

при этом введены таймер, делящий интервал времени между нейтронными импульсами генератора на М промежутков времени, согласующее устройство, подключенное через электронную вычислительную машину к блоку сигнала тревоги, и Р временных анализаторов, выходы которых подключены к входам согласующего устройства, а управляющие входы соединены с выходом таймера, один вход которого соединен с выходом синхронизирующего импульса генератора, а второй - с электронной вычислительной машиной, причем каждый детектор тепловых нейтронов соединен с входом соответствующего временного анализатора.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что ЭВМ содержит последовательно соединенные блок компенсации задержки сигнала с детекторов тепловых нейтронов, блок измерения концентрации водорода и блок измерения времени замедления нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов, при этом вход блока компенсации задержки сигнала подключен к выходу согласующего устройства, а значение задержки сигнала относительно нейтронного импульса определяется по формуле

t_зад L_дет / V_т + L_б / V_м,

где L_дет расстояние детектора тепловых нейтронов до взрывчатого вещества внутри багажа;

L_б положение (расстояние) взрывчатого вещества от излучающей поверхности камеры;

V_т, V_м средние скорости тепловых и промежуточных нейтронов соответственно.

12. Устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что ЭВМ дополнительно содержит блок измерения положения водородсодержащего вещества, вход которого соединен с входом блока компенсации задержки, а выход с вторым выходом блока измерения концентрации водорода.

13. Устройство для обнаружения взрывчатых веществ внутри багажа, содержащее управляемый импульсный генератор быстрых нейтронов, камеру для обнаружения взрывчатого вещества, систему из N детекторов гамма-излучения азота из реакции захвата тепловых нейтронов, N аналого-цифровых преобразователей и блок сигнала тревоги, подключенный к электронной вычислительной машине, содержащей блок контроля концентрации химических элементов взрывчатого вещества, отличающееся тем, что в него введены N аналоговых процессоров и N буферных запоминающих устройств, согласующее устройство и таймер, делящий интервал времени между нейтронными импульсами генератора на М промежутков времени, вход которого подключен к выходу синхронизирующего импульса генераторов, а выход к управляющим входам каждого буферного запоминающего устройства, входы которых через соответствующие последовательно включенные аналого-цифровые преобразователи и аналоговые процессоры подключены к детекторам гамма-излучения, а выход каждого буферного запоминающего устройства подключен к соответствующему входу согласующего устройства, выход которого подключен к электронной вычислительной машине, управляющие выходы которой подключены к управляющим входам генератора и таймера.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что генератор формирует нейтронные импульсы с длительностью не более времени замедления t_зам нейтронов во взрывчатом веществе с периодом не менее значения, вычисляемого по формуле

Т_г L / V_т + (2 5) t_а,

где L максимальный размер полости в камере, выбираемый из размеров багажа, см;

V_т средняя скорость тепловых нейтронов, V_т 2200 м/с;

t_а время жизни тепловых нейтронов во взрывчатом веществе, с.

15. Устройство по п.13 или 14, отличающееся тем, что электронная вычислительная машина дополнительно имеет блок компенсации задержки сигнала с детекторов гамма-излучения и блок измерения времени замедления нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов, при этом вход блока компенсации задержки сигнала подключен к выходу согласующего устройства, а блок контроля концентрации химических элементов включен между введенными блоками, причем значение задержки сигнала относительно нейтронного импульса определяется по формуле

t_вв L_б / V_м,

где L_б положение (расстояние) взрывчатого вещества от излучающей поверхности камеры, м;

V_м скорость промежуточных нейтронов, м/с.

16. Камера для устройства обнаружения взрывчатых веществ, содержащая управляемый импульсный источник быстрых нейтронов, отражатель нейтронов, водородсодержащий замедлитель нейтронов, полость для размещения багажа на ленте конвейера, систему детекторов ионизирующих излучений, выходящих из взрывчатого вещества, расположенную рядом с полостью, и внешний экран из водородсодержащего материала с добавкой бора или лития, отличающаяся тем, что в ней введены три нейтронных фильтра: первый между отражателем и замедлителем, второй на выходе нейтронного излучения из замедлителя в полость камеры, образующий одну из поверхностей полости камеры, и третий, образующий все остальные поверхности полости.

17. Камера по п.16, отличающееся тем, что отражатель выполнен из вещества со средним атомным весом, а внешний экран дополнен защитой из карбида бора.

18. Камера по п.16 или 17, отличающаяся тем, что отражатель выполнен из железа или углеродсодержащего материала, слабо поглощающих промежуточные нейтроны.

19. Камера по одному из пп. 16 18, отличающаяся тем, что в отражатель введена добавка, подавляющая поток тепловых нейтронов и не влияющая на спектр промежуточных нейтронов (1 / Е), например добавка бора в количестве 3 5 мас.

20. Камера по п.16, отличающаяся тем, что замедлитель выполнен из водородсодержащего материала с "отравителем", обеспечивающим поглощение нейтронов, соответствующих маковелловскому распределению по энергии.

21. Камера по п.20, отличающаяся тем, что основа замедлителя выполнена из полиэтилена или парафина.

22. Камера по п.20 или 21, отличающаяся тем, что "отравитель" выполнен из боросодержащего соединения, обеспечивающего содержание бора 3 5 мас.

23. Камера по п.16, отличающаяся тем, что первый и третий фильтры выполнены из карбида бора.

24. Камера по п.16, отличающаяся тем, что второй фильтр выполнен из кадмия.

25. Камера по п.16, отличающаяся тем, что лента транспортера выполнена из материалов, не содержащих водород, например, на основе фторопласта либо из материалов с добавками бора или лития.

26. Камера по п.16, отличающаяся тем, что источник формирует нейтронные импульсы с длительностью не более времени замедления нейтронов в взрывчатом веществе с периодом не менее значения, вычисляемого по формуле

Т_г L / V_т + (2 5) t_а,

где L максимальный размер полости в камере, выбираемый из размеров багажа, см;

V_т средняя скорость тепловых нейтронов, V_т 2200 м/с;

t_а время жизни тепловых нейтронов во взрывчатом веществе, с.

27. Камера по п.16, отличающаяся тем, что в качестве детекторов ионизирующего излучения используются детекторы гамма-излучения и/или детекторы тепловых нейтронов.

28. Камера по п.27, отличающаяся тем, что детекторы тепловых нейтронов расположены перед детекторами гамма-излучения.

29. Камера по п.27 или 28, отличающаяся тем, что детекторы тепловых нейтронов расположены перед вторым и третьим нейтронными фильтрами.

30. Камера по п.27, отличающаяся тем, что детекторы тепловых нейтронов выполнены на основе газа гелий-3 или йодистого лития.

31. Камера по п.27 или 28, отличающаяся тем, что детекторы тепловых нейтронов выполнены на основе счетчиков с гелием 3 наполнением.

32. Камера по п.27, отличающаяся тем, что детекторы гамма-излучения установлены за третьим нейтронным фильтром.

33. Камера по п.27 или 32, отличающаяся тем, что перед детекторами гамма-излучения установлен дополнительный нейтронный фильтр, выполненный из материала основы детектора гамма-излучения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области контроля взрывчатых веществ с помощью ядерных излучений, а именно с использованием нейтронного излучения, и может быть использовано в системах безопасности, например, при контроле багажа в аэропортах с целью обнаружения азотно-водородсодержащих веществ, таких как взрывчатое вещество.

Многочисленные случаи террористических актов от взрывчатых веществ, скрытых в багаже, привели к созданию техники для их обнаружения. Подобная техника должна обладать высокой производительностью, высокой вероятностью обнаружения взрывчатых веществ при низкой вероятности ложного обнаружения (т. е. выдачи сигнала тревоги при отсутствии взрывчатого вещества в исследуемом объекте), а также быть безопасной для здоровья пассажира и содержимого его багажа.

Используемые в настоящее время методы и устройство для обнаружения взрывчатых веществ на основе металлоискателя и (или) рентгеновского метода (типа рентгеновского интероскопа) оказываются мало эффективными в случае пластиковых взрывчатых веществ [1]

Для повышения вероятности обнаружения взрывчатых веществ используется нейтрон-нейтронный метод, описанный в отчете [Разработка установки на основе нейтронного генератора для обнаружения взрывчатых веществ в багаже авиапассажиров "Барьер-1", ВНИИА, г. Москва, утвержденный 16.04.92, с. 93 - 105] Данный метод основан на поочередном формировании конвертором от импульсного нейтронного генератора импульсных потоков тепловых и надкадмиевых нейтронов (с энергией более 0,5 эВ), облучении этими потоками багажа, измерении с помощью плоской матрицы детекторов тепловых нейтронов временного распределения потока тепловых нейтронов, выходящих из конвертора и багажа после каждого нейтронного импульса, расчете с помощью электронной вычислительной машины массовой толщины багажа, зависящей от длины замедления и длины диффузии тепловых нейтронов в веществе, и сравнении полученных данных с областью допустимых значений для взрывчатого вещества.

Однако данный метод требует использования высокоинтенсивного источника быстрых нейтронов, на результаты измерений влияют характеристики конвертора, а наличие тепловых нейтронов повышает наведенную радиоактивность багажа. Кроме того, параметры замедления и диффузии тепловых нейтронов близки к характеристикам водородсодержащих веществ типа воды или пластмасс, что приводит к увеличению ложных тревог, а на результаты оказывает влияние локальная (неоднородная) плотность содержимого багажа.

Наиболее эффективным способом обнаружения пластиковых взрывчатых веществ внутри багажа является способ, описанный в патенте [2]

Известный способ обнаружения взрывчатых веществ внутри багажа от источника быстрых нейтронов основан на формировании потока тепловых нейтронов, воздействии этого потока на багаж, регистрации с помощью детекторов гамма-излучения на основе неорганических веществ гамма-излучения, возникающего при захвате тепловых нейтронов нуклидами из состава взрывчатого вещества, в основном азотом и водородом, построении трехмерного изображения содержания азота внутри багажа и контроля наличия взрывчатого вещества по факту повышенной концентрации азота внутри багажа.

Известное устройство для обнаружения взрывчатых веществ, реализующее данный способ [3] содержит устройство (камеру) для формирования от изотопных или управляемых источников быстрых нейтронов потока тепловых нейтронов, направляемого на багаж, расположенный на ленте конвейера, и ряд детекторов гамма-излучения на основе неорганических материалов с высоким энергетическим разрешением, образующих два С-образных кольца, открытые концы которых обращены к источнику тепловых нейтронов, создавая в сумме замкнутое кольцо вокруг багажа. Сигналы с детекторов с помощью аналого-цифрового преобразователя переводятся в цифровой код и обрабатываются с помощью ЭВМ, выделяющей область (зону) повышенной концентрации азота по гамма-излучению с энергией 10,8 МэВ азота от захвата тепловых нейтронов, которой может соответствовать взрывчатое вещество.

Известное устройство камеры для обнаружения взрывчатых веществ [4] предназначено для формирования потока тепловых нейтронов, облучающего багаж, и имеет канал (полость) из водородсодержащих стенок с лентой конвейера. Источник быстрых нейтронов расположен рядом с полостью и окружен трехслойным замедлителем из углеводорода (полиэтилена), тяжелой воды и углеродистого материала (графита), причем последний окружает также стенки полости, выполненные из водородсодержащего вещества, выполняя функции отражателя и дополнительного замедлителя нейтронов. Комбинация перечисленных замедлителей и отражателей формирует спектр нейтронов с максимумом при тепловой энергии (25 МэВ). Для исключения утечки нейтронов за пределы камеры ее внешняя стенка выполнена из водородсодержащего материала с добавкой бора или лития.

Кроме того, известно устройство для обнаружения взрывчатых веществ [5] в котором предложено обнаруживать взрывчатое вещество по соотношению прямого и рассеянного потоков нейтронов, облучающих багаж. Это устройство содержит изотопный источник нейтронов на основе калифорния-252, установленный на одной из стенок парафиновой облучательной камеры с полостью, около которой установлен ряд детекторов тепловых нейтронов и один детектор быстрых нейтронов, установленный напротив источника нейтронов для измерения прохождения быстрых нейтронов через багаж. Далее сигналы с детекторов нейтронов подавались на измеритель отношения этих сигналов (потоков быстрых (прошедших) и тепловых (рассеянных) нейтронов), которое сравнивалось со значениями контрольных границ, в которых находится область допустимых значений отношения для взрывчатого вещества.

Выбор спектра нейтронов в известных способах и устройствах [2 4] определялся условием получения максимального потока гамма-квантов захвата, что привело к получению спектра нейтронов с максимумом в области энергии тепловых нейтронов. Однако при контроле взрывчатого вещества внутри багажа подобный спектр нейтронов приводит также к максимальной наведенной радиоактивности содержимого багажа тепловыми нейтронами (сечение активации увеличивается обратно пропорционально корню из энергии нейтронов), что создает определение неудобства для пассажиров. Снижение же потока тепловых нейтронов в известных устройствах приводит к высокой вероятности ложного срабатывания от азотсодержащих предметов низкой плотности. Кроме того, выполнение замедлителя из тяжелой воды приводит к значительному увеличению стоимости камеры. Указанные недостатки сдерживают широкое применение известного способа и устройств в практике контроля багажа на наличие в нем взрывчатого вещества. В устройстве [5] спектр нейтронов смещен в более жесткую область энергий, что не позволяет использовать два типа детекторов ионизирующего излучения в одной камере и поэтому ведет к увеличению габаритов установки при попытке одновременной реализации двух методов [2 и 5] обнаружения взрывчатого вещества. Таким образом, недостатками известных решений являются высокая вероятность ложных тревог от предметов низкой плотности, содержащих азот, что эквивалентно увеличению порога обнаруживаемой массы взрывчатого вещества, а также высокая наведенная радиоактивность содержимого багажа.

Технической задачей предлагаемого изобретения является уменьшение вероятности ложных тревог, что эквивалентно уменьшению обнаруживаемой массы взрывчатого вещества (или повышению чувствительности), а также уменьшение наведенной радиоактивности багажа.

Поставленная задача достигается тем, что в способе обнаружения взрывчатых веществ внутри багажа с помощью источника быстрых нейтронов, заключающемся в регистрации гамма-излучения от захвата тепловых нейтронов элементами, входящими в состав взрывчатого вещества, в основном азотом и водородом, с помощью детекторов на основе неорганических материалов и контроле концентрации этих элементов внутри багажа, от источника быстрых нейтронов формируют импульсы промежуточных нейтронов длительностью не более времени замедления нейтронов во взрывчатом веществе (до энергии тепловых нейтронов), выделяют нейтроны с нижней граничной энергией не менее энергии связи водорода в молекуле, которыми облучают содержимое багажа, при этом используют реакцию упругого рассеяния промежуточных нейтронов на ядрах водорода взрывчатого вещества для образования в последнем потоке тепловых нейтронов, а после контроля концентрации указанных элементов внутри багажа наличие взрывчатого вещества контролируют дополнительно по времени замедления нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов в зоне повышенной концентрации азота и (или) водорода путем расчета параметров нарастания и затухания во временном распределении гамма-излучений азота (и водорода) от захвата тепловых нейтронов, образовавшихся во взрывчатом веществе, и во временном распределении вышедших из взрывчатого вещества тепловых нейтронов, причем источник нейтронов формирует импульсы нейтронов длительностью не более времени замедления нейтронов во взрывчатом веществе и с периодом следования не менее T_г= L/v_т+(2-5)t_a, где L максимальный линейный размер исследуемого объекта, м; v_т средняя скорость тепловых нейтронов, v_т=2200 м/с; t_a время жизни тепловых нейтронов во взрывчатом веществе, с. Короткий импульс промежуточных нейтронов, сформированный от импульсного источника быстрых нейтронов, взаимодействует с ядрами водорода, входящего в состав взрывчатого вещества, и через характерное для взрывчатого вещества время t_зам нейтроны локально (в пределах взрывчатого вещества) термализуются (т.е. замедляются до средней энергии 25 мэВ), а затем в течение другого характерного времени t_a тепловые нейтроны поглощаются ядрами азота и водорода, входящими в состав взрывчатого вещества, в результате чего образуются жесткие гамма-кванты с энергией 10,8 МэВ (от азота) и 2,23 МэВ (от водорода), которые могут быть зарегистрированы внешними детекторами гамма-излучения. При этом часть образовавшихся тепловых нейтронов выходит за пределы взрывчатого вещества и багажа, что может быть зарегистрировано детекторами тепловых нейтронов. Измеряя времена нарастания и спада выходящих из взрывчатого вещества потоков гамма-квантов и (или) тепловых нейтронов, которые соответствуют указанным выше параметрам взрывчатого вещества, можно снизить вероятность ложных тревог.

Поставленная задача достигается также тем, что в устройство для обнаружения взрывчатых веществ в багаже, содержащее управляемый импульсный нейтронный генератор, камеру для обнаружения взрывчатых веществ с конвейерной лентой, систему из N детекторов гамма-излучения захвата тепловых нейтронов азотом взрывчатого вещества, N аналого-цифровых преобразователей, блок сигнала тревоги, подключенный к электронной вычислительной машине, содержащей блок контроля концентрации химических элементов взрывчатого вещества, введены между нейтронным генератором и ЭВМ последовательно соединенные между собой таймер, делящий интервал времени между нейтронными импульсами нейтронного генератора на M промежутков времени, N буферных запоминающих устройств и согласующее устройство, N аналоговых процессоров и система из P детекторов тепловых нейтронов, каждый из которых соединен с входом соответствующего временного анализатора, управляющие входы которых соединены с выходом таймера, а выходы с входами второго согласующего устройства, подключенного к второму входу ЭВМ, причем каждый аналоговый процессор включен между соответствующими детектором гамма-излучения и аналого-цифровым преобразователем, выход которого подключен к соответствующему второму входу буферного запоминающего устройства, при этом управляющий выход электронной вычислительной машины подключен к управляющим входам нейтронного генератора и таймера.

Дополнительно при этом нейтронный генератор имеет нейтронные импульсы длительностью не более времени замедления нейтронов во взрывчатом веществе и с периодом следования не менее T_г=L/v_т+(2-5)t_a, где L максимальный линейный размер исследуемого объекта, м; v_т средняя скорость тепловых нейтронов, v_т= 2200 м/с; t_a время жизни тепловых нейтронов во взрывчатом веществе, с, а ЭВМ дополнительно имеет два блока компенсации задержки сигналов, входы которых подключены к соответствующим согласующим устройствам, а выходы к блокам измерения концентрации водорода и химических элементов взрывчатого вещества, выходы которых через введенные блоки измерения времени замедления нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов подключены к входам блока сравнения. Кроме того, система детекторов тепловых нейтронов расположена между багажом и (перед) системой детекторов гамма-излучения, а число P детекторов тепловых нейтронов не менее числа N детекторов гамма-излучения в системе детекторов гамма-излучения.

Поставленная задача достигается также тем, что в устройство для обнаружения взрывчатых веществ в багаже, содержащее управляемый импульсный нейтронный генератор, камеру для обнаружения взрывчатых веществ с конвейерной лентой, систему из N детекторов гамма-излучения захвата тепловых нейтронов азотом взрывчатого вещества, N аналого-цифровых преобразователей и блок сигнала тревоги, подключенный к электронной вычислительной машине, содержащей блок контроля концентрации химических элементов взрывчатого вещества, введены N аналоговых процессоров и N буферных запоминающих устройств, согласующее устройство и таймер, делящий интервал времени между нейтронными импульсами нейтронного генератора на M промежутков времени и вход которого подключен к выходу синхронизирующего импульса нейтронного генератора, а выход к управляющим входам каждого буферного запоминающего устройства, входы которых через соответствующие последовательно включенные аналого-цифровые преобразователи и аналоговые процессоры подключены к детекторам гамма-излучения, а выход каждого буферного запоминающего устройства подключен к соответствующему входу согласующего устройства, выход которого подключен к электронной вычислительной машине, управляющие выходы которой подключены к управляющим входам нейтронного генератора и таймера. Кроме того, электронная вычислительная машина дополнительно имеет блок компенсации задержки сигнала с детекторов гамма-излучения и блок измерения времени замедления нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов, при этом вход блока компенсации задержки сигнала подключен к выходу согласующего устройства, а блок контроля концентрации химических элементов включен между введенными блоками, причем значение задержки сигнала относительно нейтронного импульса определяется по формуле

t_вв=L/v_м,

где L положение (расстояние) взрывчатого вещества относительно излучающей поверхности камеры, м;

v_м скорость промежуточных нейтронов, м/с.

Дополнительно указанная задача достигается тем, что в устройство для обнаружения взрывчатых веществ, содержащее источник быстрых нейтронов, камеру для обнаружения взрывчатых веществ и P детекторов тепловых нейтронов, P детекторов тепловых нейтронов образуют замкнутое кольцо около исследуемого багажа, а в качестве источника быстрых нейтронов используют импульсный нейтронный генератор, длительность импульсов которого не превышает времени замедления нейтронов во взрывчатом веществе, а период следования удовлетворяет условию

T_г L / v_т + (2-5) t_a,

где L максимальный размер полости в камере, выбираемый из размеров багажа, см;

v_т средняя скорость тепловых нейтронов, v_т=2200 м/с;

t_a время жизни тепловых нейтронов во взрывчатом веществе, c, при этом введены таймер, делящий интервал времени между нейтронными импульсами нейтронного генератора на M промежутков времени, согласующее устройство, подключенное через электронную вычислительную машину к устройству сигнала тревоги, и P временных анализаторов, выходы которых подключены к входам согласующего устройства, а управляющие входы соединены с выходами таймера, один вход которого соединен с выходом синхронизирующего импульса нейтронного генератора, а другой с электронной вычислительной машиной, причем каждый детектор тепловых нейтронов соединен с входом соответствующего временного анализатора. Кроме того, ЭВМ содержит последовательно соединенные блок компенсации задержки сигнала с детекторов тепловых нейтронов, блок измерения концентрации водорода и блок измерения времени замедления нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов, при этом вход блока компенсации задержки сигнала подключен к выходу согласующего устройства, а значение задержки сигнала относительно нейтронного импульса определяется по формуле

t_зад=L_дет/v_т+L/v_М,

где L_дет расстояние детектора тепловых нейтронов до взрывчатого вещества внутри багажа;

L положение (расстояние) взрывчатого вещества относительно излучающей поверхности камеры;

v_т и v_м средние скорости тепловых и промежуточных нейтронов соответственно.

Дополнительно к перечисленному ЭВМ содержит блок измерения положения водородсодержащего вещества, вход которого подключен к входу блока компенсации задержки, а выход к второму входу блока измерения концентрации водорода.

Кроме того, поставленная задача достигается тем, что в камеру для обнаружения взрывчатых веществ, содержащую управляемый (импульсный) источник быстрых нейтронов, отражатель нейтронов, водородсодержащий замедлитель нейтронов, полость для размещения багажа на ленте конвейера, систему детекторов ионизирующего излучения, выходящего из взрывчатого вещества, расположенную рядом с полостью, и внешний экран из водородсодержащего материала с добавкой бора или лития, введены три нейтронных фильтра: первый между отражателем и замедлителем, второй на выходе нейтронного излучения из замедлителя в полость камеры, что обеспечивает образование короткого импульса промежуточных нейтронов, облучающих багаж в канале, со спектром, близким к закону 1/E (E энергия нейтронов), и с нижней границей не менее энергии связи атома водорода в молекуле ( 0,5 эВ), а третий фильтр нейтронов образует остальные стенки полости и выполнен, например, из карбида бора или других веществ, содержащих элементы лития или бора, причем система детекторов выполнена на основе детекторов гамма-излучения и(или) детекторов тепловых нейтронов, при этом система детекторов тепловых нейтронов установлена перед третьим фильтром. Кроме того, лента транспортера выполнена из неводородсодержащего материала, например из фторопласта или карбида бора, а отражатель выполнен из веществ со средним атомным весом, слабо поглощающих промежуточные нейтроны, например из железа или графита. Кроме того, в замедлитель и отражатель введены соединения бора, обеспечивающие его содержание в количестве 3 5% по весу. Дополнительно к этому импульсный источник нейтронов формирует нейтронные импульсы длительностью не более времени замедления нейтронов во взрывчатом веществе и с периодом следования не менее T_г=L/v_т+(2 5)t_a, где L максимальный линейный размер полости, м; v_т средняя скорость тепловых нейтронов, v_т=2200 м/с; t_a время жизни тепловых нейтронов во взрывчатом веществе, с.

Анализ известных решений не выявил признаков, сходных с отличительными признаками заявленных способа и устройств. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемых способа и устройств критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показаны временные диаграммы, иллюстрирующие способ и работу предлагаемой камеры для обнаружения взрывчатого вещества.

На фиг. 2 показана структурная схема устройства для обнаружения взрывчатого вещества.

На фиг. 3 показано поперечное сечение камеры для обнаружения взрывчатых веществ внутри багажа, проходящее через центр мишени генератора нейтронов (импульсный источник быстрых нейтронов).

На фиг. 4 показано продольное сечение камеры для обнаружения взрывчатых веществ внутри багажа, проходящее через центр полости вдоль конвейерной линии (через ось симметрии канала).

На фиг. 5 показаны энергетические спектры нейтронов в различных элементах камеры.

На фиг. 6 показана структурная схема одного из каналов регистрации гамма-излучения (устройства для обнаружения взрывчатых веществ).

На фиг. 7 показаны временные диаграммы, иллюстрирующие работу системы детекторов гамма-излучения.

На фиг. 8 показаны энергетические спектры гамма-квантов (амплитудные спектры с детекторов гамма-излучения) в различные моменты времени после излучения нейтронного импульса.

На фиг. 9 показано изображение багажа, воспроизводимое системами детекторов гамма-излучения и (или) тепловых нейтронов.

На фиг. 10 показана структурная схема одного из каналов регистрации тепловых нейтронов (устройства для обнаружения взрывчатых веществ).

На фиг. 11 показаны временные диаграммы, иллюстрирующие работу предлагаемой системы детекторов тепловых нейтронов.

На фиг. 12 показано относительное расположение взрывчатого вещества и двух детекторов тепловых нейтронов.

Предлагаемый способ обнаружения взрывчатых веществ основан на не использованных ранее свойствах взрывчатого вещества и осуществляется следующим образом. Несмотря на множество существующих типов взрывчатых веществ, все они содержат азот в сравнительно большом количестве от 9 до 35% по весу и водород от 1 до 3 атомов на один атом азота, при этом взрывчатые вещества имеют высокую плотность, в среднем 1,6 г/см³. Совокупность этих трех признаков взрывчатых веществ позволяет построить более надежный ядерный метод обнаружения взрывчатых веществ с помощью импульсного нейтронного излучения. Анализ ядерно-физических характеристик взрывчатых веществ различных типов показал, что время замедления t_зам нейтрона до тепловой энергии и время жизни теплового нейтрона t_a во взрывчатых веществах являются такой же их особенностью, как и высокие значения плотности и концентрации азота, что обусловлено сочетанием большого сечения рассеяния промежуточных нейтронов на водороде, большого сечения захвата тепловых нейтронов азотом и высокой плотности взрывчатых веществ. Значения этих параметров для взрывчатых веществ различных типов лежат в диапазоне t_зам 20 35 мкс, t_a 74 - 150 мкс (например, для тротила t_зам 25 мкс, t_a 145 мкс, для гексогена t_зам 20 мкс, t_a 75 мкс), что значительно отличается от углеводородов и веществ из элементов со средним и тяжелым атомным весом. Возможность определения этих дополнительных параметров позволяет с большей надежностью, чем известный способ, выделить взрывчатые вещества на фоне азотсодержащих веществ малой плотности, например на фоне шерстяных изделий. Для измерения и контроля этих характеристик взрывчатого вещества в соответствии с предлагаемым способом формируют от источника быстрых нейтронов короткий импульс промежуточных нейтронов с оптимальным энергетическим распределением и нижней граничной энергией не менее энергии связи водорода в молекуле, а затем облучают этим импульсом содержимое багажа и используют реакцию упругого рассеяния промежуточных нейтронов на ядрах водорода взрывчатого вещества для образования в нем тепловых нейтронов, далее выделяют в багаже зоны повышенного содержания азота и водорода по выходящему из багажа гамма- и нейтронному потокам, после этого измеряют время замедления нейтронов и время жизни тепловых нейтронов внутри этих зон по соответственно нарастанию и спаду потока гамма-квантов захвата азотом и водородом, образовавшихся во взрывчатом веществе при захвате тепловых нейтронов, и (или) нарастанию и спаду потока тепловых нейтронов, выходящих из взрывчатого вещества.

На фиг. 1 показаны последовательные изменения временных параметров ионизирующего излучения: фиг. 1а поток нейтронов от нейтронного источника F_б, следующий с периодом T_г, фиг. 1б импульсный поток промежуточных нейтронов _п, фиг. 1в импульс вторичного излучения, выходящего из багажа с различным составом.

Динамика процессов замедления нейтронов и поглощения тепловых нейтронов внутри багажа при коротком нейтронном импульсе, падающем на багаж, весьма чувствительна к сочетанию трех факторов:

наличию водорода эффективного и быстрого замедлителя;

наличию азота сильного поглотителя образующихся тепловых нейтронов;

величине ядерной плотности водорода и азота (концентрации).

Действительно известно, что в установившемся режиме (стационарный поток нейтронов) соотношение между потоком промежуточных нейтронов (спектр 1/E) F_м и потоком тепловых нейтронов F_т определяется отношением [6]



где _s сечение рассеяния промежуточных нейтронов, см²;

_a сечение поглощения тепловых нейтронов, см²;

логарифмический декремент энергии нейтрона при одном соударении с ядром замедлителя, x=1 для водорода и 2/A для ядра с атомным весом A.

Для сложных веществ это соотношение принимает вид



где _s макроскопическое сечение рассеяния промежуточных нейтронов веществом, см^-1;

_a макроскопическое сечение поглощения тепловых нейтронов веществом, см^-1;

_i логарифмический декремент энергии нейтрона для i-го нуклида, входящего в молекулу вещества;

n_i число ядер i-го нуклида, входящих в молекулу вещества;

_si сечение рассеяния промежуточных нейтронов i-ым нуклидом, см²;

_в логарифмический декремент энергии нейтрона для вещества.

Для водородсодержащих взрывчатых веществ различного типа значение логарифмического декремента энергии нейтрона близко к единице: _в 0,43 - 0,63, поэтому в равновесном нейтронном спектре отношение потоков тепловых и промежуточных нейтронов составит F_т/F_м 5 15 (для большинства азот-водородсодержащих взрывчатых веществ), т.е. взрывчатые вещества являются хорошими замедлителями нейтронов, поэтому основная доля упавших на взрывчатое вещество промежуточных нейтронов переходит в тепловую область энергий. Для веществ, не содержащих водород, соотношение потоков (2) резко уменьшается с ростом атомного веса A за счет уменьшения сечения рассеяния _s и коэффициента и составит величину, меньшую единицы (например, для кремния F_т/F_м 0,88, алюминия 0,44, для железа 0,1), т.е. основная доля нейтронов не замедляется до тепловой области. Поскольку число реакций захвата нейтронов в веществе пропорционально суммарному потоку нейтронов и растет с уменьшением энергии нейтронов, то это приводит к тому, что реакции захвата идут в основном в водородсодержащих веществах, создающих тепловые нейтроны. Через остальные вещества промежуточные нейтроны проходят практически без замедления и без поглощения. Поэтому при создании одинакового числа реакций захвата тепловых нейтронов во взрывчатом веществе в известном способе и предлагаемым способом (т.е. при одинаковом выходе гамма-квантов азота взрывчатого вещества) наведенная радиоактивность содержимого багажа при контроле предлагаемым способом уменьшается почти на порядок (пропорционально отношению F_т/F_м для взрывчатого вещества из формулы (2)). Кроме того, это приведет к уменьшению общей загрузки детекторов гамма-излучения от гамма-излучения захвата нейтронов во всем объеме багажа, снижению интенсивности импульсов наложения, попадающих в зону регистрации гамма-квантов захвата нейтронов азотом, и, следовательно, к уменьшения ложных тревог. Из сказанного следует необходимость и достаточность использования замедления нейтронов только на водороде взрывчатого вещества за счет реакции упругого рассеяния.

Дальнейшее снижение вероятности ложных тревог достигается повышением отношения сигнал/фон путем использования различий в динамике процессов установления и сохранения равновесного спектра нейтронов (или соотношения (2)) во взрывчатом веществе и других предметах багажа (см. фиг. 1в), которые определяются соответственно временем термализации нейтронов t_зам (замедления до средней энергии 25 мэВ) и временем жизни тепловых нейтронов t_a, значения которых можно оценить по формулам (3) и (4):





где v_т средняя скорость тепловых нейтронов, v_т=2200 м/с.

Как показывают расчеты, для взрывчатых веществ различных типов значения этих величин лежат в диапазонах t_зам= 20 35 мкс, t_a=74 150 мкс. В соответствии с этими величинами будут нарастать и спадать потоки тепловых нейтронов и захватного гамма-излучения азота и водорода, содержащихся во взрывчатом веществе (см. фиг. 1в, сплошная линия). Регистрируя поток гамма-излучения азота (и водорода), можно выделить зоны повышенного содержания основных химических элементов, входящих в состав взрывчатых веществ, как это выполнено в известном способе [2] Используя этот же математический аппарат при регистрации потока тепловых нейтронов, можно дополнительно выделить зоны повышенного содержания водорода и сопоставить их положение в багаже с полученными данными из измерений потока гамма-квантов, т.е. подтвердить наличие и совпадение зон водорода с зонами азота.

Для дальнейшего снижения вероятности ложных тревог выделенные зоны проверяются на соответствие времени замедления нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов с данными для взрывчатых веществ. Измерение времени жизни тепловых нейтронов проводится расчетом из временной зависимости потока выходящего излучения: или гамма-квантов захвата выделенных энергий, или тепловых нейтронов, или каждого из них в зависимости от геометрии измерения и габаритов багажа. Эта проверка оказывается эффективной по следующим причинам. Для веществ с большим атомным весом время замедления резко увеличивается, что приводит к снижению скорости реакций взаимодействия с нейтронами (пропорционально атомному весу элемента) и соответствующей им интенсивности гамма-излучения и потока тепловых нейтронов (см. фиг. 1в, пунктирная линия). Так, для приведенных выше элементов кремния, алюминия и железа время замедления составит соответственно 1,1; 1,5; 0,3 мс, что значительно больше длительности излучения из взрывчатого вещества тепловых нейтронов и гамма-квантов. Для сильнопоглощающих тепловые нейтроны веществ, типа пищевой соли (NaCl), время жизни тепловых нейтронов мало и соответственно длительность импульса гамма-излучения захвата не превысит длительности импульса нейтронов (фиг. 1в, штрихпунктир), а выхода тепловых нейтронов практически не будет. Как видно из формул (3), (4), времена замедления нейтронов и жизни тепловых нейтронов увеличиваются с уменьшением плотности вещества. Например, для шерстяных изделий, также содержащих азот, что приведет к увеличению длительности импульса гамма-излучения и тепловых нейтронов до нескольких сот мкс, поэтому фоновый сигнал будет уменьшаться с уменьшением плотности вещества, и эффективное отношение сигнал/фон в канале детекторов гамма-излучения при контроле предлагаемым способом увеличивается по сравнению с известным пропорционально отношению времени жизни тепловых нейтронов в веществе (в данном примере в шерстяных изделиях) к времени жизни во взрывчатом веществе. Для водородсодержащих органических веществ время замедления составит около 10 мкс (для парафина, полистирола, воды и т.п.), т.е. меньше чем для взрывчатого вещества, однако время жизни тепловых нейтронов оказывается больше: от 200 мкс и выше, что связано с отсутствием в них поглотителя азота и меньшей плотностью. Для бытовых вещей на основе азотсодержащих веществ (типа нейлона, шерсти) время замедления и время жизни также оказываются значительно больше, чем эти величины для взрывчатого вещества, из-за очень низкой средней плотности вещей, что позволяет увеличить как отношение сигнал/фон, так и контрастность полученного распределения плотности элементов (азота и водорода) в багаже.

Таким образом, регистрируя гамма-кванты азота в течение интервала времени, равного времени жизни нейтронов во взрывчатом веществе, получаем выигрыш в отношении сигнал/фон пропорционально отношению времени жизни теплового нейтрона в подозрительной зоне багажа к времени жизни теплового нейтрона во взрывчатом веществе, что по сравнению с известным решением соответствует отношению T_г/t_a, т.е. почти в 5 раз (T_г - период следования нейтронных импульсов). Аналогично расчетом определяют время замедления нейтронов в выделенных зонах багажа, например, по значению (нарастания) фронта потока выходящего из взрывчатого вещества излучения, поскольку длительность фронта приблизительно равна 2t_зам.

Из рассмотренного видно, что после получения изображения азот-водородсодержащих зон багажа необходимо проводить временной анализ поступления гамма-квантов и дополнительно к нему целесообразно проводить временной анализ поступления тепловых нейтронов после каждого нейтронного импульса с идентификацией полученной формы распределения по параметрам: время замедления нейтронов и время жизни тепловых нейтронов во взрывчатом веществе. Измерение времени жизни тепловых нейтронов может проводиться известными методами, например расчетом из временной зависимости изменения потока во времени с помощью ЭВМ, как это выполняется в методе, описанном в патенте [7]

Для того, чтобы не было наложения сформированных импульсов промежуточных нейтронов на образующиеся в багаже импульсы тепловых нейтронов, необходимо задать период следования импульсов нейтронного генератора не менее значения T_г (см. фиг. 1a), (т.е. суммы времени распространения тепловых нейтронов в объеме багажа и интервала времени на выявление времени жизни тепловых нейтронов из временной зависимости потока гамма-квантов и(или) тепловых нейтронов), определяемого по формуле

T_г L/v_т + (2 5)t_a, (5)

где L максимальный размер багажа, см;

v_т средняя скорость тепловых нейтронов, v_т=2200 м/с;

t_а время жизни тепловых нейтронов во взрывчатом веществе, с.

Длительность t_м сформированного импульса промежуточных нейтронов (фиг. 1б) не должна искажать результаты измерения времени замедления нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов во взрывчатом веществе, для чего необходимо обеспечить длительность импульса t_м промежуточных нейтронов и соответственно нейтронного источника не более (0,5 1)t_зам, т.е. 10 20 мкс.

Для взрывчатых веществ конечных размеров время жизни t _aв тепловых нейтронов уменьшается за счет диффузии нейтронов в зависимости от линейных размеров взрывного устройства (взрывчатого вещества). Однако, зная габариты взрывчатого вещества (по данным измерения концентрации азота и (или) водорода), можно вычислить собственное время жизни тепловых нейтронов t_а, которое далее можно идентифицировать с расчетным значением по формуле (6):

t_a=t_ав(q+L²_дB²), (6)

где t_aв измеренное время жизни тепловых нейтронов, с;

L_д длина диффузии тепловых нейтронов во взрывчатом веществе, см;

B геометрический фактор, обратно пропорциональный линейному размеру взрывчатого вещества, см^-1.

Спектр нейтронов от импульсных источников нейтронов, как правило, является моноэнергетическим (например, при использовании нейтронных генераторов на реакции (d,D) (d, T)). Для более эффективного достижения равновесного спектра нейтронов внутри взрывчатого вещества целесообразно, чтобы спектр нейтронов, падающих на багаж, был близок к 1/E, но без тепловых нейтронов.

Использование тепловых нейтронов оказывается не эффективным по ряду причин:

средняя скорость этих нейтронов мала и при больших габаритах багажа длительность импульса нейтронов в дальних точках от источника нейтронов резко увеличивается из-за большого различия в скорости распространения нейтронов;

при наличии фонового азота с низкой концентрацией (шерстяные вещи) увеличивается вероятность пропуска взрывчатого вещества из-за снижения отношения сигнал/фон (поскольку не используется динамика процесса замедления нейтронов);

для нейтронов с энергией ниже энергии связи водорода в молекуле резко увеличивается сечение рассеяния на связанном водороде (почти в 4 раза), что приводит к уменьшению длины диффузии нейтронов во взрывчатом веществе и появлению эффекта самоэкранирования, т.е. снижению числа актов захвата тепловых нейтронов на единицу массы с ростом массы взрывчатого вещества;

увеличение сечения рассеяния этой группы нейтронов наблюдается и для других элементов, что приводит к уменьшению проникающей способности нейтронов и снижению обнаруживаемой массы взрывчатого вещества для крупногабаритного багажа, а также к увеличению наведенной радиоактивности багажа;

при рассеянии на элементах с различными атомными весами средняя энергия тепловых нейтронов не изменяется, что снижает отношение сигнал/фон при выделении водородсодержащих веществ с помощью детектора тепловых нейтронов.

Из сказанного следует, что энергия нейтронов, падающих на багаж и взрывчатое вещество, должна быть ограничена снизу, по крайней мере, значением энергии связи водорода в молекуле ( 0,5 эВ), что обеспечит протекание по времени динамического процесса замедления (термализация) нейтронов на водороде и более эффективное использование потока нейтронов при просвечивании багажа и взрывчатого вещества

Предлагаемый способ реализуется в устройстве, структурная схема которого показана на фиг. 2. Как видно из фиг. 2, в устройство для обнаружения взрывчатых веществ внутри багажа входят генератор нейтронных импульсов 1, камера для обнаружения взрывчатых веществ 2, таймер 3, вход которого подключен к выходу синхронизирующего импульса нейтронного генератора 1, система 4 детекторов гамма-излучения, возникающего при захвате элементами багажа 5 тепловых и промежуточных нейтронов, подключенная к устройству обработки и накопления первичной информации 6, управляемому таймером 3 и электронной вычислительной машиной (ЭВМ) 7, и система 8 детекторов тепловых нейтронов, выходящих из багажа 5, подключенная к устройству обработки и накопления первичной информации 9, управляемому таймером 3 и электронной вычислительной машиной (ЭВМ) 7. Один выход ЭВМ 7 подключен к устройству сигнала тревоги 10, а два других к нейтронному генератору 1 и таймеру 3. Устройство камеры 2 и блоков обработки и накопления первичной информации 6 и 9 рассмотрено ниже.

Устройство для обнаружения взрывчатых веществ (фиг. 2) работает следующим образом. Багаж 5 пропускается через камеру 2, которая преобразует импульсы быстрых нейтронов от нейтронного генератора 1 в последовательность коротких импульсов нейтронов со спектром, близким к зависимости 1/Е (Е энергия нейтронов), с нижним граничным значением E_пор2, воздействующих на содержимое багажа 5. В результате упругого рассеяния сформированного импульса нейтронов с содержанием багажа 5 происходит термализация нейтронов, наиболее интенсивная в водородсодержащих веществах, таких как взрывчатое, при этом часть образовавшихся тепловых нейтронов выходит за пределы багажа 5, а другая часть поглощается, в результате чего возникает характерное для каждого химического элемента (нуклида) гамма-излучение (из реакции (n, Y)). Анализ ядерно-физических свойств тепловых взрывчатых веществ показывает, что эти вещества, наряду с уже использованными свойствами: высокой концентрацией азота и плотностью, обладают также и характерными значениями времени замедления нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов. В соответствии с этими свойствами система 4 детекторов гамма-излучения регистрирует гамма-излучение, а система 8 детекторов тепловых нейтронов регистрирует выходящие тепловые нейтроны. Блоки первичной обработки и накопления информации 6 и 9 для каждой из систем 4 и 8 по команде таймера 3 производят измерение временного распределения спектра гамма-излучения и временного распределения потока тепловых нейтронов в промежутках времени между нейтронными импульсами от нейтронного генератора 1. ЭВМ 7 задает на таймере 3 длительность и количество временных интервалов, на которые разбивается промежуток времени между двумя соседними нейтронными импульсами, управляет нейтронным генератором 1 и по выходным данным с блока накопления и обработки первичной информации 6 вычисляет зоны с повышенной концентрацией азота (и водорода) в багаже 5 и рассчитывает время замедления нейтронов и время жизни тепловых нейтронов в этих зонах, а с блока накопления и обработки первичной информации 9 вычисляет концентрацию водорода в багаже 5, размеры зон (областей), в которых наблюдается повышенное содержание указанных элементов, и время жизни тепловых нейтронов собственно для веществ, составляющих эту область. При получении данных о наличии в багаже 5 зон с повышенным содержанием азота и водорода время замедления нейтронов и время жизни тепловых нейтронов в которых находится в пределах соответствующих величин для взрывчатых веществ, ЭВМ 7 сравнивает данные по двум каналам идентификации (блоков 6 и 9) по одному из параметров или их композиции (время жизни тепловых нейтронов, положение зон) и при их совпадении выдает команду на включение сигнала тревоги блоком 10.

Рассмотрим работу камеры 2 для устройства обнаружения взрывчатых веществ.

Как видно из фиг. 3 и 4, в предлагаемое устройство камеры 2 входит управляемый импульсный нейтронный генератор 1 (через мишень которого проходят сечения камеры), излучающий быстрые нейтроны, обычно из реакций D(d, n)³He или T(d, n)⁴He, хотя возможно использование и других реакций. Но этот тип предпочтителен с точки зрения достижения минимальных габаритов и энергопотребления. Быстрые нейтроны генератора 1, проходя через первый нейтронный фильтр 11, замедлитель 12 и второй нейтронный фильтр 13, преобразуется в промежуточные нейтроны с нижней границей E_пор2 не менее энергии связи водорода в молекуле, которые попадают в полость (канал) 14, размеры которой соответствуют габаритам багажа 5 (максимальный линейный размер L). Багаж 5 с помощью конвейерной ленты 15 подается в полость 14 в направлении стрелки. Возникающее в багаже 5 при захвате нейтронов гамма-излучение регистрируется системой 4 детекторов гамма-излучения, например, на основе неорганических сцинтилляторов. Система 4 может быть выполнена произвольным образом, например, как описано в [3] которая содержит N сцинтилляционных детекторов 16, элементы защиты от рассеянного гамма-излучения 17 из тяжелых металлов и защиту от тепловых нейтронов 18 из карбида бора. Полость 14 ограничена (образована) со стороны генератора нейтронов 1 вторым нейтронным фильтром 13, со стороны детекторной системы 4 третьим нейтронным фильтром 19 и со стороны входа и выхода конвейерной ленты 15 эластичными (резиновыми) шторками 20 и 21, содержащими бор. Вокруг нейтронного генератора 1 перед первым фильтром 11 располагается отражатель нейтронов 22 из вещества со средним атомным весом, типа железа или никеля, или углеродистого вещества (например, графита). Могут быть использованы также бериллий или тяжелая вода, но их применение ограничено ввиду токсичности бериллия и высокой стоимости тяжелой воды. Вокруг всей установки (камеры) расположен четвертый фильтр нейтронов 23 из борсодержащего вещества, например карбида бора или углеводорода (типа полиэтилена) с бором или литием. Кроме того, входное окно детекторной системы 4 защищено от промежуточных нейтронов дополнительной защитой 24 из материала основы детектора. Вокруг полости 14 перед вторым и третьим фильтрами 13 и 19 и детекторной системой 4 может быть установлена система 8 детекторов тепловых нейтронов, состоящая из P детекторов тепловых нейтронов 25 предпочтительно на основе гелий-3содержащих счетчиков нейтронов или йодистого лития.

В основу предлагаемого устройства камеры 2 для обнаружения взрывчатых веществ положены несколько физических процессов, происходящих при рассеянии импульса быстрых нейтронов генератора 1. Временные и энергетические диаграммы этих процессов представлены на фиг. 1 и 5. После излучения импульса нейтронов длительностью t_и (фиг. 1а) нейтроны попадают в отражатель 22 и через первый нейтронный фильтр 11 в замедлитель 12, в которых в результате упругого и неупругого рассеяния на их ядрах происходит замедление (уменьшение энергии) нейтронов и увеличение длительности импульса, при этом время замедления и его дисперсия (увеличение длительности импульса) растут с увеличением атомного веса основы замедлителя 12 и отражателя 22. В зависимости от устройства камеры 2 и выбора материалов для замедлителя 12, отражателя 22 и трех нейтронных фильтров 11, 13, 19 изменяется не только энергетический спектр нейтронов в полости 14, но и длительность нейтронного импульса. Выбор оптимальной длительности импульса нейтронов в полости 14 позволяет получить дополнительные данные об элементном составе содержимого багажа, улучшить условия для регистрации полезного сигнала и, следовательно, повысить достоверность информации о наличии взрывчатых веществ в исследуемом объекте. В известном устройстве [4] основная доля нейтронов, облучающих багаж 5 в полости 14, выходит из замедлителя в тепловом равновесии, что приводит к резкому увеличению длительности импульса тепловых нейтронов (фиг. 16, пунктирная линия), достигающей величину, близкую к времени жизни теплового нейтрона в замедлителе, что соответствует приблизительно 200 мкс для полиэтилена, 12,8 мс для графита и 167 мс для тяжелой воды. При наличии сложного (комплексного) замедлителя длительность импульса тепловых нейтронов в полости 14 определяется максимальным значением времени жизни нейтрона. В известном решении [4] использовались перечисленные выше высокоэффективные замедлители нейтронов с максимально достижимым временем жизни теплового нейтрона, поэтому практически при любой длительности и скважности импульсов нейтронов от нейтронного генератора 1 соответствующий поток тепловых нейтронов будет практически постоянным (слабо пульсирующим) и с его помощью невозможно определить дополнительные характеристики взрывчатых веществ, к которым можно отнести время замедления нейтронов и время жизни теплового нейтрона во взрывчатом веществе.

В предлагаемом устройстве камеры 2 замедлитель 12 выполнен из водородсодержащего материала, например из полиэтилена, который обеспечивает максимально быстрое замедление нейтронов (до тепловой энергии за время около 10 мкс, до 0,5 эВ 2 мкс). Отражатель 22 предназначен для увеличения доли нейтронов импульсного нейтронного генератора 1, участвующих в облучении багажа 5, путем возврата быстрых нейтронов, выходящих из мишени генератора 1, на замедлитель 12 и в полость 14. Для того, чтобы длительность импульса нейтронов, выходящих из отражателя 22 в замедлитель 1 и полость 14, существенно не увеличивала длительность суммарного импульса нейтронов, между отражателем 22 и замедлителем 12 установлен первый нейтронный фильтр 11, который поглощает все нейтроны из отражателя 22 с энергией ниже порога E_пор1, соответствующего максимально допустимому значению времени замедления (допустимой длительности нейтронного импульса в полости 14), а также не пропускает в отражатель 22 замедлившиеся в замедлителе 12 нейтроны, обеспечивая снижение потока гамма-излучения захвата тепловых нейтронов в отражателе 22, падающего на систему 4 детекторов гамма-излучения 16 и обслуживающий персонал.

Отражатель нейтронов 22 может быть выполнен из элементов со средним атомным весом и с малым сечением захвата промежуточных нейтронов, например из железа или никеля, или из углеродсодержащего вещества (графита), что позволяет не применять тяжелую воду и, следовательно, снизить стоимость устройства. Кроме того, отражатель из железа обеспечивает как защиту персонала и пассажиров от облучения быстрыми нейтронами генератора 1, так и защиту нейтронного генератора 1 от воздействия несанкционированного взрыва взрывчатых веществ внутри камеры 2. В случае использования нейтронов из реакции T(d,n)⁴He с энергией около 14 МэВ отражатель 22 из железа дополнительно увеличивает поток нейтронов, образующихся из пороговой реакции (n, 2n). Отражатель из железа обеспечивает также хороший теплоотвод от нейтронного генератора 1. Более тяжелые материалы значительно увеличат длительность нейтронного импульса из-за высокой прозрачности первого нейтронного фильтра 11 при энергии E_пор1, составляющей несколько десятков кэВ для отражателя из свинца. Для уменьшения дозы гамма-излучения от захвата промежуточных и тепловых нейтронов в отражатель 22 целесообразно ввести добавки бора в количествах, не приводящих к искажению спектра 1/E, например 3-5% по весу. В качестве первого нейтронного фильтра 11 может быть использован карбид бора, который одновременно обеспечивает отражение быстрых нейтронов. Длительность сформированного импульса нейтронов не должна искажать результаты измерения времени замедления нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов во взрывчатом веществе, для чего необходимо обеспечить длительность импульса промежуточных нейтронов и соответственно нейтронного источника не более (0,5-1)t_зам, т.е. 10-20 мкс.

Спектр нейтронов от нейтронного генератора 1 является моноэнергетическим при использовании реакций (d,D) и (d, T) (см. фиг. 5а). Спектр нейтронов, выходящих из отражателя 22, за первым нейтронным фильтром 11 близок к 1/E с нижней граничной энергией E_пор1 и показан на фиг. 5б. Спектр нейтронов, образующихся в замедлителе 12, содержит две основные компоненты (см. фиг. 5в): одна подчиняется распределению 1/E (сплошная линия) промежуточные нейтроны, другая распределению Максвелла (пунктирная линия) тепловые нейтроны, а также имеется небольшая доля нейтронов от импульсного нейтронного источника 1, не испытавших взаимодействия с замедлителем 12 (прямые нейтроны). Как отмечено выше, наличие тепловых нейтронов (распределенных по Максвеллу) ухудшает временные параметры импульса нейтронов в полости 14. Поэтому для исключения тепловых нейтронов в замедлитель 12 введен "отравитель", подавляющий поток тепловых нейтронов, например добавка бора в полиэтилене в количестве 3-5% по весу исключает максвелловскую компоненту без искажения компоненты 1/Е. Кроме того, благодаря этой добавке уменьшается поток захватного гамма-излучения водорода, что важно с точки зрения уменьшения фонового потока гамма-квантов этой энергии для идентификации взрывчатого вещества по водороду, а также уменьшения внешнего излучения, воздействующего на обслуживающий персонал. Однако наличие "отравителя" не является достаточным, так как в спектре нейтронов замедлителя 12 имеются нейтроны с энергией ниже энергии связи водорода в молекуле (фиг. 5в, штрихпунктир). Использование нейтронов этой области спектра оказывается не эффективным по ряду причин:

средняя скорость этих нейтронов мала и при больших габаритах багажа длительность импульса нейтронов в дальних точках от излучения плоскости второго нейтронного фильтра 13 резко увеличится из-за большого различия в скорости распространения нейтронов со спектром 1/E;

для нейтронов с энергией ниже энергии связи водорода в молекуле резко увеличивается сечение рассеяния на связанном водороде (почти в 4 раза), что приводит к уменьшению длины диффузии нейтронов во взрывчатом веществе и появлению эффекта самоэкранирования, т. е. к снижению числа актов захвата тепловых нейтронов на единицу массы с ростом массы взрывчатого вещества;

увеличение сечения рассеяния этой группы нейтронов наблюдается и для других элементов, что приводит к уменьшению проникающей способности нейтронов и снижению обнаруживаемой массы взрывчатого вещества для крупногабаритного багажа, а также к увеличению наведенной радиоактивности багажа;

при рассеянии на элементах с различными атомными весами средняя энергия тепловых нейтронов не изменяется, что снижает отношение сигнал/фон при выделении водородсодержащих веществ с помощью детектора тепловых нейтронов;

при наличии фонового азота с низкой концентрацией ( шерстяные вещи) увеличивается вероятность пропуска взрывчатого вещества из-за снижения отношения сигнал/фон.

Для исключения этой группы нейтронов после замедлителя 12 стоит второй нейтронный фильтр 13, который пропускает нейтроны в полость 14 с энергией выше энергии связи водорода в молекуле E_пор2, одновременно уменьшая длительность нейтронного импульса, входящего в полость 14. В качестве такого фильтра может быть использован кадмий, сечение поглощения нейтронов которого имеет резкий переход в этой области.

Таким образом, в полость 14 камеры поступает короткий нейтронный импульс промежуточных нейтронов (см. фиг. 1б, сплошная линия) со спектром, близким к 1/E, и нижней границей E_пор2 не менее энергии связи водорода в молекуле (см. фиг. 5в, сплошная линия). Далее сформированный импульс нейтронов, пройдя систему 8 детекторов тепловых нейтронов 25 и полость 14 (с багажом), падает на третий нейтронный фильтр 19, который совместно со шторками 20 и 21 окружает полость 14 с пяти сторон, смежных с поверхностью второго нейтронного фильтра 13, с которого излучается импульс нейтронов. Третий нейтронный фильтр 19 исключает попадание в полость 14 нейтронов, рассеянных в системе детекторов гамма-излучения 16 и приводящих к увеличению длительности облучающего багаж 5 нейтронного импульса. Третий нейтронный фильтр 19 целесообразно выполнить из карбида бора или соединений самария, обеспечивающих порог фильтрации нейтронов не менее 10 кэВ. Для защиты системы 4 детекторов гамма-излучения 16 от промежуточных нейтронов установлен экран 24 из материала основы детекторов 16, что усиливает их защиту от резонансных нейтронов, прошедших третий нейтронный фильтр 19.

Со стороны входа и выхода багажа 5 в полости 14 установлены эластичные перегородки 20 и 21, замыкающие полость 14 при прохождении багажа 5 вблизи нейтронного генератора 1 и систем детекторов 4 и 8. Шторки 20 и 21, так же как и третий нейтронный фильтр 19, исключают попадание в полость 14 рассеянных от элементов конструкции камеры 2 и помещения нейтронов и могут быть выполнены из резины, содержащей соединения бора или лития. Ленту конвейера 15 целесообразно выполнить из материала, не поглощающего тепловые нейтроны и исключающего быстрое образование тепловых нейтронов, например из фторопласта, что позволяет установить под лентой 15 детекторы тепловых нейтронов 25. В случае, если детекторы тепловых нейтронов 25 не установлены под лентой 15, то ее целесообразно выполнить из материала, поглощающего тепловые нейтроны (т.е. с добавками бора или лития) в дополнение к третьему фильтру 19. Для защиты обслуживающего персонала от нейтронов и гамма-излучения установлен защитный экран 23, который одновременно защищает полость 14 от рассеянных в помещении нейтронов, прошедших защиту 23. Наиболее целесообразно защиту 23 выполнить из водородсодержащих материалов с добавкой бора, как в известном решении, усилив ее дополнительным слоем из карбида бора для уменьшения времени жизни тепловых нейтронов.

Дополнительным преимуществом предложенного устройства камеры 2 является значительное снижение основного излучения от захвата тепловых нейтронов водородом конструкции камеры как за счет уменьшения потока тепловых нейтронов в полости 14, так и исключения водородсодержащих элементов камеры. Благодаря этому улучшаются условия регистрации гамма-излучения водорода в совпадении по времени с излучением азота, а также регистрация тепловых нейтронов, образовавшихся во взрывчатом веществе, что увеличивает достоверность факта о наличии взрывчатого вещества в багаже 5.

Из рассмотренного видно, что предложенное устройство камеры 2 позволяет в единой конструкции одновременно разместить два типа детекторов ионизирующего излучения: гамма-излучения и тепловых нейтронов, работающих в соответствии с предложенным способом, при этом детекторы тепловых нейтронов располагаются перед детекторами гамма-излучения, выполняя функции дополнительной защиты от тепловых нейтронов.

Таким образом, именно предложенное сочетание конструкционных материалов камеры в сочетании со свойствами детекторов нейтронного и гамма-излучения обеспечивает согласно способу оптимальные длительность импульса и энергетический спектр нейтронов, облучающих взрывчатое вещество внутри багажа.

Из рассмотренного также видно, что предложенное устройство камеры 2 может быть использовано как самостоятельное устройство в составе установок другого типа для поиска веществ типа взрывчатых.

Рассмотрим работу системы 4 детекторов гамма-излучения 16.

Как видно из фиг. 6, быстрые нейтроны от генератора 1 преобразуются в камере 2 (фиг. 3, 4) в промежуточные нейтроны, которые, взаимодействуя с водородсодержащими веществами (в том числе с взрывчатым) в багаже 5, замедляются до тепловых нейтронов. Отдельные детекторы 16, входящие в состав детекторной системы 4, регистрируют гамма-излучение (Y), возникающее при захвате тепловых нейтронов элементами водорода и азота, входящими в состав взрывчатого вещества, по реакции

A+n _ (A+1)^* _ (A+1)+Y (7)

Выходной сигнал с каждого детектора 16 через соответствующий аналоговый процессор 26 поступает на аналого-цифровой преобразователь 27, выход которого подключен к буферному запоминающему устройству 28. Кроме того, на управляющий вход буферного запоминающего устройства 28 идет пакет (цуг) управляющих импульсов от таймера 3, который запускается синхронно с каждым нейтронным импульсом генератором 1. Информация с буферных запоминающих устройств 28 каждого детектора 16 поступает через общий блок согласования 29 на электронно-вычислительную машину (ЭВМ) 7, которая обеспечивает управление нейтронным генератором 1, таймером 3, а также обработку информации с детекторов 16 с помощью входящих в нее, последовательно включенных блоков: блока компенсации 30 задержки сигнала, блока контроля 31 концентрации химических элементов, входящих в состав взрывчатого вещества (в основном азота и водорода), и блока 32 измерения времени замедления нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов, входящих в первый блок 33 вторичной обработки информации от системы 4 детекторов гамма-излучения. Выход блока 33 вторичной обработки информации подключен к входу блока сравнения 34. Вывод результатов обработки информации с ЭВМ 7 (с блока 33 вторичной обработки информации) осуществляется на дисплей (монитор), входящий в состав ЭВМ 7, и (или) на блок сигнала тревоги 10 (с блока сравнения 34). Детекторная система 4 может представлять собой набор детекторов гамма-излучения 16, расположенных вокруг полости 14 (фиг. 3, 4), как это выполнено в известном устройстве [3] или в двух плоскостях, как это выполнено в устройстве [8] и обеспечивающих измерение концентрации веществ по их захватному гамма-излучению. Детекторы 16 могут быть выполнены на любой основе, однако в настоящее время предпочтительно использование детекторов на основе йодистого натрия, активированного таллием NaI(Tl), обеспечивающих высокую эффективность регистрации гамма-излучения и энергетическое разрешение при приемлемой стоимости. Аналоговый процессор 26 обеспечивает линейное преобразование выходного заряда от детектора 16 при регистрации одиночных гамма-квантов в импульс напряжения, а также укорочения импульсов тока с детектора 16 и режекцию импульсов наложения, возникающего при высокой загрузке детекторов 16, что снижает загрузку аналого-цифрового преобразователя 27.

Аналоговый процессор 26 может быть выполнен на основе устройства, описанного в работе [9] Аналого-цифровой преобразователь 27 преобразует амплитуду импульса с аналогового процессора 26 в цифровой код и может быть выполнен на основе блоков ядерной электроники серии "Вектор" [10] или "Камак". Таймер 3 по импульсу синхронизации от генератора 1 формирует пакет (цуг) из М импульсов, которые делят интервал времени между двумя соседними нейтронными импульсами на М временных окон. Таймер 3 может быть выполнен на основе блоков серии "Вектор" или "Камак".

Буферное запоминающее устройство 28 осуществляет с максимальным быстродействием накопление информации об амплитудном распределении выходных импульсов с детектора 16 в каждом из временных окон, задаваемых таймером 3, в течение промежутка времени Т_э, задаваемого ЭВМ 7 по второму управляющему входу таймера 3. В качестве буферного запоминающего устройства 28 может быть использован стандартный блок из серии "Вектор" или "Камак". Кроме того, аналого-цифровой преобразователь 27, таймер 3 и буферное запоминающее устройство 28 могут быть объединены в одно устройство амплитудно-временного анализатора. В качестве ЭВМ 7 для обработки данных могут быть использованы персональные ЭВМ типа IBM PC/AT 387. В простейшем варианте исполнения вместо аналого-цифрового преобразователя 27 может быть использован дифференциальный дискриминатор-формирователь (двухканальный анализатор), осуществляющий отбор импульсов с аналогового процессора 26, соответствующих энергии гамма-квантов захвата тепловых нейтронов азотом (E=10,8 МэВ) и водородом (E=2,23 МэВ), при этом вместе буферного заполняющего устройства 28 можно использовать временной анализатор последовательности выходных импульсов с дифференциального дискриминатора-формирователя. Блоки 26-29 входят в состав блока обработки и накопления первичной информации 6 от системы 4 детекторов гамма-излучения 16 в устройстве фиг.2.

Устройство системы 4 детекторов гамма-излучения 16 работает следующим образом (см. фиг.6). По команде ЭВМ 7 включается импульсный нейтронный генератор 1. Короткие импульсы быстрых нейтронов генератора 1, следующие с периодом T_г (фиг.7а), преобразуются в устройстве камеры 2 фиг. 3, 4 в соответствующие короткие импульсы промежуточных нейтронов (см. фиг. 7б) со спектром 1/E, которые распространяются от плоскости второго нейтронного фильтра 13 в полости 14 камеры 2 со скоростью, зависящей от энергии E нейтронов. Встретив на своем пути взрывчатое вещество внутри багажа 5, нейтроны с большей энергией начинают замедляться раньше, чем более медленные нейтроны, приходящие позже. Поскольку для замедления до тепловой энергии быстрым нейтронам потребуется большее число соударений, чем медленным, то их разновременность подхода к взрывчатому веществу частично компенсируется и мало скажется на процессе формирования импульса тепловых нейтронов в образце взрывчатого вещества. Учитывая также, что в спектре промежуточных нейтронов больше присутствует нейтронов с энергией около пороговой E_пор2, задаваемой вторым нейтронным фильтром 13, среднюю скорость распространения импульса промежуточных нейтронов в полости 14 можно принять равной скорости нейтронов с энергией E_пор2 (для второго нейтронного фильтра 13 из кадмия E_пор2=0,5 эВ и v_м=1 см/мкс). Промежуточные нейтроны, попав во взрывчатое вещество через время L/v_М (L расстояние от второго фильтра до взрывчатого вещества), замедляются до энергии тепловых нейтронов в течение короткого промежутка времени t_зам, поскольку взрывчатое вещество содержит водород, после чего тепловые нейтроны диффундируют во взрывчатом веществе и захватываются как водородом, так и азотом, входящими в состав взрывчатого вещества. В результате этих процессоров из взрывчатого вещества излучаются гамма-кванты с энергией 2,23 МэВ, характеризующие водород (в 100% захвата), и с энергией 10,8 МэВ, характеризующие азот (интенсивность в спектре излучения азота около 14%), интенсивность которых (после окончания замедления нейтронов) уменьшается по экспоненте с постоянной, равной времени жизни тепловых нейтронов во взрывчатом веществе t_a. Поэтому через время t_рег=(2-5)t_a+t_зам излучение во взрывчатом веществе закончится. Это время существенно зависит от содержания во взрывчатом веществе азота, так как сечение поглощения тепловых нейтронов азотом в 5,5 раза больше, чем водородом: 1,8 барн и 0,33 барн соответственно, за счет реакции ¹⁴N(n, p)¹⁴C. Поэтому обнаружение гамма-излучение азота и водорода взрывчатого вещества от детекторов 16 следует производить через время t_вв после излучения нейтронного импульса и в течение интервала времени T_рег (см. фиг. 7в):

t_вв=L/v_М (8)

T_рег=(2-5)t_a+t_зам, (9)

где L расстояние взрывчатого вещества от второго нейтронного фильтра 13 до взрывчатого вещества в багаже, см;

v_м скорость нейтронов с энергией E_пор2, прошедших второй нейтронный фильтр 13, см/с;

t_a время жизни тепловых нейтронов во взрывчатом веществе, с.

Значение этой задержки компенсируется блоком 30 в ЭВМ 7, а интервал времени t_рег отсчитывается при обработке данных в блоках 31 и 32.

Диапазон значений интервала времени t_рег (от 2t_a до 5t_a) определяется условиями измерения (масса взрывчатого вещества и багажа 5, его содержимого и т.п.) и методами расчета времени жизни тепловых нейтронов, осуществляемыми блоками 31 и 32 ЭВМ 7.

При движении багажа 5 в полости 14 детекторы 16 регистрируют гамма-излучение, возникающее при захвате промежуточных и в основном тепловых нейтронов в элементах багажа 5. Выходные импульсы тока с детектора 16, например со сцинтилляционного, длительностью около 0,25 мкс (для детектора NaI(Tl)) и пропорциональные энергии единичных гамма-квантов формуются и интегрируются в аналоговом процессоре 26, в результате чего с выхода последнего снимается короткий импульс напряжения (длительность около 0,5 мкс), амплитуда которого пропорциональна выходному заряду сцинтилляционного детектора, при этом для уменьшения загрузки аналого-цифрового преобразователя 27 часть низкоэнергетических амплитуд (с амплитудой меньше заданной) передается аналоговым процессором 26 с коэффициентом пересчета, который затем учитывается в ЭВМ 7 в блоке 31 измерения концентрации химических элементов, входящих во взрывчатое вещество. Импульсы напряжения с аналогового процессора 26 преобразуются аналого-цифровым преобразователем 27 в цифровой код, который передается в буферное запоминающее устройство 28. Буферное запоминающее устройство 28 осуществляет быстрое накопление импульсов с аналого-цифрового преобразователя 27 в соответствии с его цифровыми кодами, при этом дополнительно по командам с таймера 3 это накопление проводится отдельно (синхронно) для каждого из M интервала времени t_i (фиг. 7г), задаваемого таймером 3 и находящегося в интервале времени T_г между нейтронными импульсами генератора 1. В результате работы нейтронного генератора 1 в течение времени T_э (фиг. 7д) в буферном запоминающем устройстве 28 от каждого детектора 16 накапливается по M амплитудных спектров, соответствующих спектрам гамма-излучения, излучаемого багажом 5 под действием промежуточных и образовавшихся в водородсодержащих предметах багажа 5 тепловых нейтронов в последовательные M интервалы времени t_i после нейтронного импульса (фиг. 7г).

На фиг. 8а показан спектр импульсов с детектора 16, набранный за i-ый интервал времени (заштрихован на фиг. 7г) через время более t_вв=L/v_М после нейтронного импульса при наличии в багаже взрывчатого вещества. Как видно из фиг. 8а, в спектре наблюдаются характерные пики (экстремумы) для импульсов с амплитудой в зонах, представляющих интерес при поиске взрывчатого вещества: в зоне 35 это 10,8 МэВ энергия гамма-квантов от азота и в зоне 36 это 2,23 МэВ энергия гамма-квантов от водорода (эти зоны выделены вертикальными штрихпунктирными линиями). Аналогично набираются амплитудные спектры в остальные моменты времени t_i, задаваемые таймером 3, для каждого из детекторов 16. Из фиг. 8а видно также, что в каждой из зон 35 и 36 амплитудные распределения можно разбить на области собственно пиков 37 и 38 и области фона 39 и 40 (эти области разделены пунктирной линией). Фон 39 под пиком 37 от гамма-излучения азота может быть обусловлен как гамма-излучением элементов с близколежащей к азотной линии энергией, например хлора или железа, так и импульсами наложения двух и более гамма-квантов с меньшей энергией. Фон изменяется во времени по другому закону (как правило, более длительное время в сравнении со взрывчатым веществом). В результате амплитудный спектр (фиг. 8) претерпевает изменение в течение интервала времени T_г, что видно из фиг. 8б, на которой показан спектр импульсов для j-го интервала времени (фиг. 7г) через время более (t_рег + t_вв) после нейтронного импульса, т.е. после окончания захвата тепловых нейтронов во взрывчатом веществе.

Как видно из фиг. 8б, в спектре отсутствуют линии гамма-излучения (пики) в областях 35 и 36, что говорит как об отсутствии излучения азот-водородсодержащего вещества, так и о том, что с учетом предыдущего анализа найденное азот-водородсодержащее вещество имеет небольшое время жизни тепловых нейтронов, и по значению этого времени с учетом данных о размерах зоны повышенной концентрации элемента азота (или совместно с водородом) можно говорить о наличии в багаже взрывчатого вещества и даже отождествить его тип. Фон 40 под пиком 38 от излучения водорода обусловлен выше перечисленными причинами для фона 39 под пиком 37, а также в основном комптоновскими электронами отдачи от регистрации гамма-квантов с энергией выше 2,5 МэВ. Доля таких гамма-квантов велика в спектре захватного гамма-излучения химических элементов багажа, и поэтому отношение сигнал/фон для гамма-квантов в области 2,23 МэВ значительно хуже, чем для области 10,8 МэВ, что приводит к более низкой надежности идентификации взрывчатого вещества по наличию водорода. В известном устройстве [3] пик в области 2,23 МэВ обусловлен также захватом тепловых нейтронов в стенках камеры из замедлителя на основе водородсодержащих веществ. При большой массе замедлителя наличие этого фона исключает возможность идентификации взрывчатого вещества по водороду.

Аналогичным образом в буферные запоминающие устройства 28 остальных детекторов 16 записываются спектры гамма-квантов других областей багажа 5. Далее информация с каждого буферного запоминающего устройства 28, набранная за интервал времени T_э (фиг. 7д), через согласующее устройство 29 передается в ЭВМ 7, а состояние буферного запоминающего устройства 28 обнуляется. В ЭВМ 7 по полученной информации (за интервал времени T_э) блок 31 выделяет детекторы 16, в спектрах которых наблюдается излучение азота (или совместно с водородом) (фиг. 8а), затем определяет (с помощью расчета) зоны багажа 5, из которых выходит гамма-излучение азота (или совместно с водородом). В результате блок 31 для первого интервала времени T_э1 строит плоский профиль багажа, перпендикулярный движению ленты конвейера 15, с элементами изображения 41 азот-(и водород)содержащего вещества в багажа 5 (см. фиг. 9). По мере движения багажа 5 в полости 14 (фиг. 3, 4) ЭВМ 7 считывает с каждым последующим интервалом времени T_эi данные из буферного запоминающего устройства 28 от всех детекторов 16 системы детекторов 4 для каждого из M временных интервалов времени после нейтронного импульса. В результате блок 31 создает трехмерное изображение азот-водородсодержащей зоны 42 (или нескольких зон при их наличии) в багаже 5, как показано на фиг. 9, элементы 41 (объема) которой созданы детекторной системой 4 (до N элементов в поперечном сечении) и за счет движения багажа 5 (линейный размер пространства v_кT_э, где v_к скорость перемещения багажа 5 конвейерной лентой 15), всего (NL/(v_кT_э)) элементов изображения в багаже 5. Восстановление изображения (образа) багажа 5, т.е. зон повышенного содержания азота (и водорода), может осуществляться в блоке 31 как в известном решении [Европатент N 0295429 [3] При этом для каждой зоны 42 (и элемента 41) имеется временная зависимость ее интенсивности (концентрации азота и водорода) в интервале времени T_г после нейтронного импульса. Габаритные размеры зоны 42, рассчитанные в блоке 31, передаются в блок 32, который из спада интенсивности выделенных гамма-квантов, выходящих из зоны 42, рассчитывает собственное время жизни t_a тепловых нейтронов в веществе выявленной зоны 42 (т.е. с учетом поправки на диффузию тепловых нейтронов из зоны 42, имеющей конечные размеры), а из нарастания их интенсивности рассчитывает время замедления тепловых нейтронов t_зам.

Измеренные значения времени жизни тепловых нейтронов t_a и времени замедления t_зам, положения зоны 42 в багаже и концентрация в ней азота (и водорода) поступают в блок сравнения (контроля) 34, который сравнивает полученные значения с диапазоном возможных значений этих величин для взрывчатых веществ различного типа. В случае получения значений концентрации азота, времени замедления и времени жизни тепловых нейтронов в пределах, соответствующих взрывчатому веществу, ЭВМ 7 подает команду на блок 10 сигнала тревоги, багаж подвергается более тщательному анализу и при необходимости досмотру. Дополнительный анализ состоит, например, в расчете в блоке 31 для подозрительной зоны 42 концентрации водорода, отношения атомов азота и водорода и сравнения в блоке 34 этих данных для взрывчатого вещества, выводе на дисплей ЭВМ расположения подозрительных зон 42 внутри багажа 5. Кроме того, при наличии системы 8 детекторов тепловых нейтронов в блоке 34 проводится сравнение результатов измерения времени замедления нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов и (или) положения зон 42, полученных от двух систем детектирования 4 и 8 излучения, выходящего из багажа, что приводит к уменьшению вероятности ложных тревог. При совпадении результатов измерения двумя системами 4 и 8 блок 34 через ЭВМ 7 выдает команду на блок 10 сигнала тревоги.

Сравнивая известное устройство системы детекторов гамма-излучения [3] с устройством (фиг.6), реализующим канал регистрации гамма-излучения химических элементов взрывчатого вещества и измерения времени жизни тепловых нейтронов в предлагаемом устройстве фиг.2, видим, что в известном устройстве амплитудный спектр состоит из суммы спектров фиг.8а и фиг.8б, так как его набор проводится весь интервал времени T_г между нейтронными импульсами, в результате чего увеличивается площадь фона 39 и 40 под пиками 37 и 38, что приводит по сравнению с предлагаемым устройством к снижению вероятности обнаружения взрывчатого вещества и увеличению вероятности ложных тревог. Кроме того, поскольку в предложенной конструкции камеры 2 (фиг.3, 4), реализующей предложенный способ обнаружения взрывчатого вещества в части преобразования потока быстрых нейтронов, уменьшен поток тепловых нейтронов в багаже и в водородсодержащем замедлителе, то соответственно уменьшена как площадь фона 40 под пиком 38, так и площадь самого пика 38 от водорода замедлителя в области 2,23 МэВ, что увеличивает в предложенном устройстве вероятность идентификации в багаже водородсодержащих веществ, в том числе и взрывчатого вещества (по сравнению с известным решением). Это позволяет использовать устройство по блок-схеме фиг.6 не только как составную часть, входящую в устройство фиг.2, но и как самостоятельное техническое решение, имеющее большую эффективность, чем известное.

Однако система 4 детекторов гамма-излучения 16 для обнаружения взрывчатого вещества (фиг.6) практически может регистрировать только гамма-излучение захвата нейтронов азотом, сечение которого очень мало, что приводит к низкой точности измерения габаритов подозрительной зоны 42 и, следовательно, концентрации азота, а это эквивалентно повышению ложных тревог или необходимости увеличения потока нейтронов, облучающих багаж. Кроме того, при небольших габаритах взрывчатого вещества увеличивается вероятность выхода тепловых нейтронов из него без поглощения. Сечение расстояния нейтронов на ядрах водорода значительно больше сечения поглощения, поэтому поток тепловых нейтронов в этих случаях может превысить поток захватных гамма-квантов, что обеспечивает большую статистическую точность измерения потока тепловых нейтронов по сравнению с гамма-потоком.

Рассмотрим работу системы 8 детекторов тепловых нейтронов.

На фиг.10 показана структурная схема системы 8 детекторов тепловых нейтронов для обнаружения взрывчатого вещества. Импульс быстрых нейтронов от генератора 1 преобразуется в камере 2 для обнаружения взрывчатого вещества (фиг. 3, 4) в короткий импульс промежуточных нейтронов с нижней границей E_пор2, которые в результате взаимодействия с багажом 5 замедляются вплоть до энергии тепловых нейтронов. Часть образовавшихся тепловых нейтронов диффундирует за пределы багажа 5 и регистрируется P детекторами тепловых нейтронов 43, входящими в систему 8 детекторов. Выходной сигнал с каждого нейтронного детектора 43 через соответствующий усилитель-формирователь 44 поступает на соответствующий временной анализатор 45, ширина (длительность) канала которого задается по программе от ЭВМ 7 таймером 3 (используется также в системе 4 детекторов гамма-излучения 16 (см. фиг.6)), который запускается от синхронизирующего импульса нейтронного генератора 1, сопровождающего каждый нейтронный импульс. Временные анализаторы 45 обеспечивают измерение распределения во времени моментов прихода импульсов с детекторов 43, отсчитываемых с момента излучения импульса нейтронов. Информация с каждого временного анализатора 45 через общее согласующее устройство 46 поступает на второй вход ЭВМ 7, выход которой подключен к блоку сигнала тревоги 10.

Кроме того, ЭВМ 7 обрабатывает информацию с детекторов 43 (через согласующее устройство 46) с помощью входящих в нее, последовательно включенных блоков: блока 47 компенсация задержки сигнала, блока контроля 48 концентрации водорода в багаже (и входящего в состав взрывчатого вещества), блока 49 измерения времени замедления нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов и блока 50 измерения положения водородсодержащего (взрывчатого) вещества, вход которого подключен к входу блока 47, а выход к второму входу блока 48, входящих во второй блок 51 вторичной обработки информации от системы 8 детекторов тепловых нейтронов. Выход блока 51 вторичной обработки информации подключен к второму входу блока сравнения 34. Вывод результатов обработки информации с ЭВМ 7 (с блока 51 вторичной обработки информации) осуществляется на дисплей (монитор), входящий в состав ЭВМ 7, и (или) на блок сигнала тревоги 10 (с блока сравнения 34). Блоки 44 46 входят в состав блока 9 обработки и накопления первичной информации. В качестве детекторов тепловых нейтронов 43 целесообразно использовать счетчики на основе ³He, которые при небольших габаритах имеют высокую эффективность регистрации тепловых нейтронов, малое время жизни тепловых нейтронов, что позволяет и допускает использовать их как дополнительный фильтр к третьему нейтронному фильтру 19 и защиту детекторов гамма-излучения 16 от тепловых нейтронов. Также могут быть использованы детекторы тепловых нейтронов другого типа, в частности сцинтилляционные детекторы на основе йодистого лития типа LiI(Eu), которые одновременно обеспечивают регистрацию тепловых нейтронов и гамма-излучения. Однако раздельная регистрация тепловых нейронов и гамма-излучения лучше, т.к. детекторы LiI(Eu) значительно уступают детекторам гамма-излучения других типов по энергетическому разрешению и быстродействию, а кроме того, при необходимости можно независимо выбирать число N детекторов гамма-излучения 16 от числа P детекторов тепловых нейтронов 43.

Как видно из фиг.3, 4, детекторы тепловых нейтронов 43 расположены на поверхности второго и третьего нейтронных фильтров 13 и 19 перед детекторами гамма-излучения 16, образуя замкнутое кольцо вокруг багажа 5. В зависимости от конструкции системы 4 детекторов гамма-излучения 16 и камеры 2 система 8 детекторов тепловых нейтронов 43 может иметь C-образную форму, повторяя форму системы 4 детекторов гамма-излучения 16, или вообще может быть отделена от системы 4 детекторов гамма-излучения 16 в виде отдельной установки для обнаружения взрывчатых веществ по концентрации водорода, времени замедления нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов во взрывчатом веществе. Однако при совместном применении двух систем детектирования: гамма-излучения 4 и тепловых нейтронов 8 в одной камере 2 обработка и совмещение полученных изображений азот-водородсодержащих зон упрощаются, а точность их совмещения увеличивается.

Каждый из детекторов тепловых нейтронов 43 может представлять собой один или несколько счетчиков, включенных параллельно для повышения чувствительной площади (для случая ³He счетчиков). Однако при использовании системы 8 детекторов тепловых нейтронов совместно с системой 4 детекторов гамма-излучения число детекторов тепловых нейтронов 43 должно быть не менее числа детекторов гамма-излучения 16 для обеспечения более высокого пространственного разрешения в устройстве фиг.2.

Система 8 детекторов тепловых нейтронов 43 работает следующим образом. По команде ЭВМ 7 включается нейтронный генератор 1, который выдает импульсы быстрых нейтронов с периодом T_г (фиг.11а). Импульсы быстрых нейтронов преобразуются в устройстве камеры 2 (фиг.3, 4) в короткие импульсы (фиг. 11б) промежуточных нейтронов со спектром 1/E с нижней границей E_пор2 (фиг.5в), которые распространяются от плоскости второго нейтронного фильтра 13 в полости 14 (фиг.3, 4) со скоростью, зависящей от энергии нейтронов E. Встретив на своем пути внутри багажа 5 взрывчатое вещество, нейтроны с большей энергией начинают замедляться раньше, чем более медленные нейтроны, приходящие позже. Но поскольку для замедления до тепловой энергии быстрым нейтронам потребуется большее число соударений, чем медленным, то их разновременность подхода к взрывчатому веществу частично компенсируется и мало скажется на процессе формирования импульса тепловых нейтронов в образце взрывчатого вещества. Учитывая также, что в спектре медленных нейтронов больше присутствует нейтронов с энергией около пороговой E_пор2, задаваемой вторым нейтронным фильтром 13, среднюю скорость распространения импульса медленных нейтронов в полости 14 можно принять равной скорости нейтронов с энергией E_пор2 (для второго нейтронного фильтра 13 из кадмия E_пор2=0,5 эВ и v_м=1 см/мкс). Промежуточные нейтроны, попав во взрывчатое вещество, замедляются до энергии тепловых нейтронов в течение короткого промежутка времени t_зам, поскольку взрывчатое вещество содержит водород, после чего тепловые нейтроны диффундируют во взрывчатом веществе: часть из них выходит за пределы взрывчатого вещества, а другая часть захватывается как водородом, так и азотом, входящими в состав взрывчатого вещества. В результате этих процессов поток тепловых нейтронов, выходящих из взрывчатого вещества, уменьшается по экспоненте с постоянной, равной времени жизни тепловых нейтронов во взрывчатом веществе t_a, величина которой определяется наличием азота и геометрическими размерами взрывчатого вещества (габаритами). Таким образом, через время t_рег=(2 - 5)t_a+t_зам после прихода импульса промежуточных нейтронов импульс тепловых нейтронов из взрывчатого вещества закончится, так же как и импульс гамма-излучения (фиг. 11в, сплошная линия). Это время существенно зависит от содержания во взрывчатом веществе азота, так как сечение поглощения тепловых нейтронов азотом в 5,5 раза больше, чем водородом: 1,8 барн и 0,33 барн соответственно, за счет реакции ¹⁴N(n,p)¹⁴C. Однако в отличие от гамма-излучения тепловые нейтроны из взрывчатого вещества распространяются со средней скоростью v_т (v_т= 2200 м/с=0,22 см/мкс) и доходят до i-го детектора тепловых нейтронов 43 за время t_детi (фиг.11г), зависящее от расстояния L_детi i-го детектора 43 до взрывчатого вещества:

t_детi L_детi/v_т, (10)

где L_детi расстояние от взрывчатого вещества до i-го детектора тепловых нейтронов 43 из системы детекторов 8.

Суммарная задержка сигнала с детекторов тепловых нейтронов 43 при регистрации тепловых нейтронов, выходящих из взрывчатого вещества в багаже 5, составит приблизительно (относительно момента излучения импульса нейтронов генератором 1)

t_{зад i}=t_{дет i}+t_вв=t_{дет i}+L/v_М (11)

где L расстояние от второго нейтронного фильтра 13 до взрывчатого вещества внутри багажа 5;

v_м скорость распространения промежуточных нейтронов.

Таким образом, задержка сигнала с детекторов 43 зависит от их положения относительно взрывчатого вещества, и, измерив значения задержек t_задi для различных детекторов 43, можно, используя формулу (11), определить положение взрывчатого вещества внутри багажа, что иллюстрируется на фиг. 12, на которой показаны два детектора тепловых нейтронов 43 (i и j) из системы детекторов 8 и взрывчатое вещество 52 внутри багажа 5. Измерив в блоке 50 задержки t_задi, t_задj сигналов с детекторов 43, по формулам (10) и (11) блок 50 рассчитывает расстояния L_детi и L_детj и положение элемента взрывчатого вещества 52 в плоском сечении багажа 5. Для P детекторов 43 блок 50 рассчитывает положение водородсодержащего вещества в багаже 5.

В случае, если импульс промежуточных нейтронов встретит на своем пути вещества, не содержащие водорода и слабо поглощающие тепловые нейтроны, импульс выходящих тепловых нейтронов будет иметь пологие фронт и срез, в результате чего уменьшается плотность потока тепловых нейтронов, максимум импульса сдвигается вправо по оси времени и число тепловых нейтронов, попадающих в зону регистрации t_рег, уменьшается по сравнению с водородсодержащими веществами (фиг. 11г, пунктирная линия). Если же вещество имеет большое сечение поглощения тепловых нейтронов, например пищевая соль (NaCl), то импульс выходящих нейтронов имеет короткую длительность (приблизительно от t_и до t_а, например, для NaCl это не более 7,5 мкс при коротком облучающем импульсе нейтронов) (фиг. 11г, штрихпунктирная линия), а спектр выходящих нейтронов имеет большую жесткость (минимальная энергия соответствует времени замедления, равному времени жизни, для NaCl это около 100 эВ), что приводит к большому сдвигу влево импульса приходящих на детектор нейтронов из-за их большей скорости распространения по сравнению с тепловыми нейтронами. В результате происходит резкое снижение счета в зоне регистрации сигнала от детекторов тепловых нейтронов 43 как из-за не совпадения с зоной регистрации сигнала t_рег, так и из-за снижения чувствительности детектора 43 к нейтронам с энергией выше тепловой (уменьшается сечение захвата нейтронов рабочим веществом детектора 43).

Поэтому регистрацию тепловых нейтронов от взрывчатого вещества детекторами 43 следует производить через время t_{зад i} после нейтронного импульса и в течение t_рег (2 5) t_а + t_зам (на фиг. 11г ограничена вертикальными линиями). Компенсация этой задержки осуществляется в блоке задержки 47, а зоны регистрации рассчитываются в блоках 48 и 49.

При движении багажа 5 в полости 14 каждый из детекторов 43 регистрирует тепловые нейтроны, образующиеся из промежуточных нейтронов при их взаимодействии с содержимым багажа 5. Сформированные усилителем-формирователем 44 импульсы с детекторов 43 от одиночных тепловых нейтронов поступают на временной анализатор 45, который обеспечивает накопление в течение интервала времени T_э информации о числе импульсов с каждого детектора 43 в каждом из M интервалов времени t_i, задаваемых таймером 3 между нейтронными импульсами (фиг. 11д). В результате накопления импульсов в каждом анализаторе 45 воспроизводится временная зависимость потока тепловых нейтронов, упавших на каждый из детекторов 43 в течение интервала времени T_г между нейтронными импульсами (аналогичная фиг. 11г). По истечении интервала времени T_э информация с каждого временного анализатора 45 через согласующее устройство 46 передается в ЭВМ 7, а анализаторы 45 обнуляются и начинают регистрацию и накопление импульсов за следующий интервал времени T_э. По результатам накопленных импульсов за время T_э ЭВМ 7 с помощью блоков 47 и 48 определяет детекторы 43, в которых наблюдается сигнал в выбранном выше временном интервале t_рег с задержкой t_задi, и рассчитывает элементы 41 (объемы, перпендикулярные направлению движения багажа 5) в багаже 5 (см. фиг. 9), имеющие наибольшую интенсивность, что соответствует зонам повышенного содержания водорода. Обработка данных (расчет концентрации) может вестись по алгоритму, аналогичному для системы 4 детекторов гамма-излучения 16, т.е. как в патенте США [2] поскольку расположение детекторов тепловых нейтронов 43 повторяет расположение детекторов гамма-излучения 16, отличаясь лишь числом чувствительных элементов (детекторов P и N). Одновременно блок 50 вычисляет положение зон с повышенным содержанием водорода по разновременности прихода нейтронов в различные детекторы 43 и передает данные в блок 48.

По мере движения ленты 15 конвейера (перемещения багажа 5 в полости 14 фиг.3, 4) ЭВМ 7 считывает с каждым последующим интервалом времени T_эi данные с временного анализатора 45. Получив информацию с детекторов 43 за весь проход багажа 5 через полость 14, блок 48 в ЭВМ 7 рассчитывает трехмерное изображение распределения водородсодержащих областей 42 в багаже 5, как показано на фиг. 9, элементы 41 которых созданы детекторной системой 8 (P элементов в поперечном сечении за счет P детекторов 43) и за счет движения багажа 5 (линейный размер пространства равен v_к T_э). Восстановление изображения (образа) багажа 5 может осуществляться аналогично восстановлению изображения азотных областей от детекторов гамма-излучения 16. Дополнительно к этому положение взрывчатого вещества уточняется по результатам измерения задержек t_детi и расчетов в блоке 50, использование которого позволяет значительно упростить и повысить достоверность этих вычислений, т.к. в расчетах блока 50 меньше сказываются эффекты поглощения тепловых нейтронов при их прохождении внутри багажа от взрывчатого вещества до детекторов 43. Определив габариты водородсодержащей зоны 42, блок 48 передает данные в блок 49. Блок 49 по спаду потока тепловых нейтронов рассчитывает время жизни тепловых нейтронов t_ав в этой зоне и рассчитывает собственное время жизни тепловых нейтронов для вещества t_а, составляющего зону 42 (т.е. вводит поправку в измеренную величину времени t_ав на диффузию нейтронов из зоны 42), а также время замедления нейтронов по нарастанию потока тепловых нейтронов в зоне 42.

Измеренные значения времени жизни тепловых нейтронов t_а и времени замедления t_зам, положения зоны 42 в багаже и концентрация в ней водорода поступают в блок сравнения (контроля) 34, который сравнивает полученные значения с диапазоном возможных значений этих величин для взрывчатых веществ различного типа. В случае получения значений времени жизни тепловых нейтронов и времени замедления в пределах, соответствующих взрывчатому веществу, блок 34 через ЭВМ 7 выдает команду на блок 10 сигнала тревоги, багаж подвергается более тщательному анализу и при необходимости досмотру. Дополнительный анализ состоит, например, в изучении формы подозрительной зоны на дисплее ЭВМ 7, снимаемой с блока 51, или ручном досмотре оператором. Кроме того, при наличии системы 4 детекторов гамма-излучения 16 в блоке 34 проводится сравнение результатов измерения времени замедления нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов и (или) положения зон 42, полученных от двух систем детектирования 4 и 8 излучения, выходящего из багажа, что приводит к уменьшению вероятности ложных тревог.

Из рассмотрения устройства взрывчатых веществ с помощью системы 8 детекторов тепловых нейтронов 43 (фиг. 10) видно, что с ее помощью можно самостоятельно обнаруживать взрывчатое вещество по наличию в нем водорода, а измеряя время жизни тепловых нейтронов в указанных выше временных окнах и габариты этой зоны, контролировать наличие азота, что характерно для взрывчатого вещества. Кроме того, сравнивая это устройство с известным [5] видим, что за счет разделения во времени процессов замедления и захвата нейтронов увеличивается отношение сигнал/фон, а характерное для взрывчатого вещества время жизни t_а тепловых нейтронов и их конечная скорость распространения дают дополнительную характеристику, по которой возможна дополнительная идентификация взрывчатого вещества и его расположения, что снижает вероятность ложных тревог, а также наведенную радиоактивность багажа 5.

Так как сечение захвата азотом тепловых нейтронов с излучением гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ значительно меньше сечения рассеяния на водороде, то при небольших размерах взрывчатого вещества поток тепловых нейтронов, выходящих из него, будет превышать поток гамма-квантов, а учитывая, что вероятность регистрации тепловых нейтронов, падающих на детекторы 43, выше эффективности регистрации детекторов гамма-излучения 16, получаем, что статическая погрешность измерения потока тепловых нейтронов меньше погрешности измерения потока гамма-квантов. Это позволяет увеличить число детекторов тепловых нейтронов 43 (число элементов, образующих изображение подозрительной области 42) по сравнению с числом детекторов гамма-излучения 16, что эквивалентно уменьшению погрешности измерения габаритов взрывчатого вещества (зоны 42) с помощью системы 8 детекторов тепловых нейтронов 43. Поэтому сочетание в одной камере 2 двух типов детекторов (гамма-излучения 16 и тепловых нейтронов 43) повышает также точность измерения габаритов подозрительной зоны 42 и, следовательно, точность измерения концентрации азота системой детекторов гамма-излучения 16, что снижает вероятность ложных тревог предлагаемого способа и устройства для его осуществления.