Способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете

Способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Предлагаемое изобретение относится к области нейтронно-радиационного анализа материалов и преимущественно может быть использовано в целях борьбы с терроризмом и организованной преступностью для обнаружения азотосодержащих взрывчатых веществ в контролируемых предметах без их вскрытия.

Уровень техники

Противодействие незаконному обороту взрывчатых веществ и террористическим актам с их использованием стало одной из основных задач деятельности служб безопасности в борьбе с международным терроризмом и организованной преступностью. Одно из направлений этого противодействия связано с организацией в аэропортах, в государственных и дипломатических учреждениях, на атомных электростанциях контроля таких предметов, как портфели, сумки, баулы, чемоданы, электронная аппаратура, компьютеры, мобильные телефоны и тому подобное, а также почтовых отправлений, поскольку именно они наиболее часто используются преступниками для размещения взрывчатых веществ при их незаконной транспортировке или совершении террористических актов. Необходимость контроля больших потоков почтовых отправлений или проведения досмотра ручной клади и багажа пассажиров, прежде всего, на авиационном транспорте, в условиях ограниченного времени, отводимого для контроля или досмотра, требует применения способов и реализующих их технических средств, не предусматривающих вскрытие и визуальный досмотр каждого контролируемого предмета, но обеспечивающих оперативное обнаружение взрывчатых веществ с высокой вероятностью правильного обнаружения при малом числе ложных тревог.

Среди многочисленных известных способов обнаружения взрывчатых веществ в контролируемых предметах практическое применение в настоящее время нашли три группы способов.

Первая группа объединяет способы (Patrick Flanagan, "Technology vs. terror", EUSA, 1989, N7, pp.46-49, 51, рекламные проспекты и информационные листы фирмы EG&G Astrophisics Research Corporation, Лонг-Бич, Калифорния, США и фирмы In Vision Technologies, Фостер Сити, Калифорния, США), которые используют для обнаружения взрывчатых веществ рентгеновское излучение и предусматривают облучение контролируемого предмета рентгеновским излучением с энергией 100-150 кэВ, регистрацию прошедшего через контролируемый предмет рентгеновского излучения и идентификацию взрывчатого вещества на основании величины ослабления рентгеновского излучения материалами, содержащимися в контролируемом предмете, в зависимости от атомных номеров входящих в их состав химических элементов.

Поскольку современные взрывчатые вещества, в особенности пластиковые, состоят преимущественно из химических элементов с малым атомным номером, они слабо поглощают рентгеновское излучение с энергией 100-150 кэВ. Это обстоятельство затрудняет эффективное обнаружение взрывчатых веществ в случаях нетрадиционной формы их исполнения или маскировки путем размещения, например, в кусках мыла или электронной аппаратуре. Практика применения способов обнаружения с использованием рентгеновского излучения показала, что с их помощью взрывчатые вещества могут быть обнаружены не более чем в 40-60% случаев.

Вторая группа способов основана на том, что большинство взрывчатых веществ относятся к классу высоколетучих органических соединений, характеризующихся высоким давлением паров. Данные способы (Hughes D. Thermedics Begins Production Of Bomb Detection Unit. - Aviation Week & Space Technology, June 19, 1989) предусматривают проведение с использованием методов газовой хромотографии или спектрометрии подвижности ионов химического анализа выделяемых контролируемым предметом паров взрывчатого вещества и его частиц, которые в микроскопических количествах могут находиться на поверхности контролируемого предмета. По результатам этого анализа принимается решение о наличии в контролируемом предмете взрывчатого вещества. Подобный способ реализован, например, в системе обнаружения взрывчатых веществ и наркотиков IONSCAN 350 производства фирмы Barringer Instruments Ltd, Канада (Intersec. The Journal of International Security, Vol.3, No.6, November 1993).

Реализующие указанные способы технические средства имеют высокую чувствительность, но не позволяют обнаруживать обладающие наибольшей мощностью пластиковые взрывчатые вещества из-за их очень низкого давления паров. Кроме того, эти способы не обеспечивают обнаружение всех видов взрывчатых веществ, если они размещены в герметичной упаковке или в упаковке, подвергнутой специальной обработке.

Третья группа способов обнаружения взрывчатого вещества основана на определении наличия основных химических элементов, входящих в его состав, с использованием нейтронно-радиационного анализа.

Относящиеся к этой группе известные способы обнаружения взрывчатого вещества и реализующие их установки (US 5078952, 1992, US 5114662, 1992, US 5144140, 1992, US 5153439, 1992, ЕР 0295429, 1992, ЕР 0297249, 1993, ЕР 0336634, 1993, US 5388128, 1995, RU 2206080, 2003) предусматривают размещение контролируемого предмета в камере с радиационной защитой, облучение его тепловыми нейтронами, регистрацию испускаемого контролируемым предметом гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ, получение на основании результатов регистрации гамма-излучения распределения концентрации азота в контролируемом предмете и определение наличия в нем взрывчатого вещества по факту повышенной концентрации азота.

Как известно, все современные взрывчатые вещества содержат довольно большое количество азота, составляющее от 9 до 35 массовых процентов при плотности взрывчатых веществ от 1,25 до 2,00 г/см³. При облучении взрывчатого вещества тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ происходит радиационный захват тепловых нейтронов ядрами атомов азота-14, в результате чего образуются ядра атомов азота-15 в возбужденном состоянии. При переходе из возбужденного состояния в основное состояние в среднем около 14% ядер атомов азота-15 испускают гамма-кванты с энергией около 10,8 МэВ. Регистрация и подсчет гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ позволяет получить информацию о концентрации азота в контролируемом предмете и принять решение о наличии в нем взрывчатого вещества по факту повышенной концентрации азота.

Известны также способы обнаружения взрывчатого вещества и реализующие их установки, основанные на нейтронно-радиационном анализе материалов (US 5080856, 1992, US 5200626, 1993), которые предусматривают помещение контролируемого предмета в камеру с радиационной защитой, одновременное облучение контролируемого предмета тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ и быстрыми нейтронами с энергией около 14 МэВ, регистрацию гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ, испускаемого при радиационном захвате тепловых нейтронов ядрами атомов азота-14, и гамма-излучения с энергией квантов около 6,1 МэВ, испускаемого ядрами атомов кислорода-16 в возбужденном состоянии, образовавшихся в результате взаимодействия быстрых нейтронов со стабильными ядрами атомов кислорода, получение на основании результатов регистрации гамма-излучения информации о концентрации азота и кислорода в контролируемом предмете и принятие решения о наличии в нем взрывчатого вещества по факту повышенной концентрации азота и кислорода, а также по величине их соотношения.

Известно, что все взрывчатые вещества имеют не только большую плотность азота, но и высокую плотность кислорода, величина которой для основных видов взрывчатых веществ лежит в диапазоне примерно от 0,80 до 1,15 г/см³. При этом практически все известные материалы, не являющиеся взрывчатыми веществами, но вызывающие ложные тревоги из-за относительно большой плотности содержащегося в них азота, например нейлон, шелк, шерсть, кожа, меламин и другие, имеют низкую плотность кислорода. Таким образом, стало возможным, используя ядерные взаимодействия быстрых нейтронов с энергией около 14 МэВ с ядрами атомов кислорода-16, зарегистрировать испускаемое ими гамма-излучение с энергией гамма-квантов около 6,1 МэВ и получить дополнительную информацию о плотности кислорода в контролируемом предмете. Совместное рассмотрение полученных результатов регистрации интенсивности гамма-излучения от азота и кислорода дает возможность принять решение о наличии или отсутствии в контролируемом предмете взрывчатого вещества. Такая дополнительная регистрация гамма-излучения с энергией квантов около 6,1 МэВ повышает вероятность правильного обнаружения взрывчатого вещества при осуществлении этих способов.

Однако использование для облучения контролируемого предмета быстрых нейтронов, обладающих значительно большей энергией, чем тепловые нейтроны, требует применения дополнительной радиационной защиты для камеры в целях обеспечения действующих требований по защите персонала и населения от воздействия ионизирующих излучений, что приводит к увеличению массы, габаритов и стоимости реализующего этот способ устройства. Кроме того, использование быстрых нейтронов вызывает увеличение величины поглощенной контролируемым предметом дозы излучения, что может привести к ухудшению потребительских свойств содержащихся в нем промышленных изделий, например электронной аппаратуры и фотографических материалов.

При осуществлении всех перечисленных известных способов обнаружения взрывчатых веществ, основанных на нейтронно-радиационном анализе, регистрацию гамма-излучения выполняют, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения, содержащим сцинтиллятор на основе йодистого натрия, активированного таллием, и находящийся с ним в оптическом контакте фотоэлектронный умножитель. При регистрации гамма-кванты, испускаемые контролируемым предметом и попадающие в сцинтиллятор детектора гамма-излучения, вызывают в нем световые вспышки, яркость которых пропорциональна энергиям гамма-квантов. Фотоэлектронный умножитель детектора гамма-излучения преобразует испускаемое сцинтиллятором оптическое излучение световых вспышек в электрические импульсы с амплитудой, пропорциональной энергиям попавших в сцинтиллятор гамма-квантов, которые после усиления усилителем поступают на амплитудный анализатор, выполняющий выделение электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии испускаемого ядром атома азота гамма-кванта около 10,8 МэВ или энергии испускаемого ядром атома кислорода гамма-кванта около 6,1 МэВ, на основании сравнения их с верхним и нижним пороговыми значениями. Подсчет количества выделенных импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ или с энергиями около 10,8 МэВ и 6,1 МэВ дает информацию о концентрации соответственно только азота или азота и кислорода в контролируемом предмете.

Однако, коэффициент передачи оптико-электронного тракта регистрации гамма-излучения, испускаемого контролируемым предметом, от сцинтиллятора до амплитудного анализатора существенно зависит от нестабильности параметров и старения элементов оптико-электронного тракта, нестабильности его напряжения питания, а также от таких условий окружающей среды, как уровень ионизирующего излучения, температура, давление и влажность окружающего воздуха. Кроме того, коэффициент передачи сцинтиллятора во многом зависит также от частоты прихода попадающих в него гамма-квантов, которая может существенно меняться в зависимости от наличия различных химических элементов в составе находящихся в контролируемом предмете материалов.

Во-первых, это приводит к нестабильности амплитудного значения электрических импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ и 6,1 МэВ, испускаемых ядрами атомов соответственно азота и кислорода, и отклонению его от расчетного значения. В результате этого при регистрации гамма-излучения, в случае выхода амплитудного значения этих электрических импульсов за пределы диапазона между нижним и верхним пороговыми значениями, они не будут выделены амплитудным анализатором и поэтому не будут зарегистрированы. Данное обстоятельство вызывает увеличение вероятности пропуска взрывчатого вещества при его обнаружении.

Во-вторых, в условиях, когда в контролируемом предмете содержатся материалы, состоящие, кроме азота и кислорода, из целого ряда других химических элементов, ядра атомов этих химических элементов при взаимодействии с тепловыми нейтронами или с тепловыми и быстрыми нейтронами также испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов достаточно широкого диапазона спектра, в том числе с энергиями, достаточно близкими по значению к 10,8 МэВ и 6,1 МэВ. В частности, ядра атомов таких химических элементов, как, например, хром, селен, железо и кремний, испускают гамма-кванты с энергиями, достаточно близкими по значению к 10,8 МэВ, а ядра атомов таких химических элементов, как, например, хлор, марганец, натрий и железо, испускают гамма-кванты с энергиями, близкими по значению к 6,1 МэВ. При регистрации гамма-излучения из-за нестабильности амплитудного значения электрических импульсов от гамма-квантов, испускаемых ядрами атомов таких химических элементов, возможно попадание амплитудного значения этих электрических импульсов в диапазон между нижним и верхним пороговыми значениями. В результате этого они будут выделены амплитудным анализатором и ошибочно зарегистрированы в качестве электрических импульсов от гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ и 6,1 МэВ, якобы испущенных ядрами атомов соответственно азота и кислорода. Данное обстоятельство вызывает увеличение вероятности ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению следует считать способ обнаружения оружия и взрывчатых веществ в контролируемых предметах (RU 2065156, 1996, G 01 N 23/222, G 01 N 23/223), основанный на совместном использовании методов рентгенографии и нейтронно-радиационного анализа материалов. Данный известный способ обнаружения оружия и взрывчатых веществ в контролируемых предметах включает после первоначального обнаружения оружия и взрывчатого вещества с использованием рентгенографии размещение контролируемого предмета в камере с радиационной защитой и, по меньшей мере, с одним детектором гамма-излучения, облучение контролируемого предмета тепловыми нейтронами, регистрацию испускаемого контролируемым предметом гамма-излучения путем преобразования гамма-квантов, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения в электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов, и сравнения амплитуд электрических импульсов с пороговыми значениями, выделение электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-кванта около 10,8 МэВ, определение интенсивности гамма-излучения с энергией гамма-квантов около 10,8 МэВ и принятие решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении интенсивностью гамма-излучения с энергией гамма-квантов около 10,8 МэВ ее порогового значения.

Как и при осуществлении всех описанных выше известных способов обнаружения взрывчатого вещества, основанных на использовании нейтронно-радиационного анализа, при осуществлении данного известного способа для обнаружения взрывчатого вещества регистрацию гамма-излучения, испускаемого контролируемым предметом, выполняют, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения, который содержит сцинтиллятор на основе йодистого натрия, активированного таллием, и находящийся с ним в оптическом контакте фотоэлектронный умножитель. При регистрации испускаемые контролируемым предметом и попадающие в сцинтиллятор детектора гамма-излучения гамма-кванты вызывают в нем световые вспышки, яркость которых пропорциональна энергиям гамма-квантов. Фотоэлектронный умножитель детектора гамма-излучения преобразует испускаемое сцинтиллятором оптическое излучение световых вспышек в электрические импульсы с амплитудой, пропорциональной энергиям попавших в сцинтиллятор гамма-квантов, которые после усиления усилителем поступают на амплитудный анализатор, выполняющий выделение электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-кванта около 10,8 МэВ, на основании сравнения их с верхним и нижним пороговыми значениями. Подсчет количества выделенных импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ дает информацию о концентрации азота в контролируемом предмете.

Вместе с тем коэффициент передачи оптико-электронного тракта регистрации гамма-излучения, испускаемого контролируемым предметом, от сцинтиллятора до амплитудного анализатора и фоновый электрический сигнал на его выходе существенным образом зависят от нестабильности параметров и старения элементов оптико-электронного тракта, нестабильности его напряжения питания, а также от таких условий окружающей среды, как уровень ионизирующего излучения, температура, давление и влажность окружающего воздуха. При этом коэффициент передачи сцинтиллятора детектора гамма-излучения, а также его фоновые световые вспышки во многом зависят также от частоты прихода попадающих в него гамма-квантов, которая может существенно меняться в зависимости от наличия различных химических элементов в составе находящихся в контролируемом предмете материалов. Так, например, наличие в контролируемом предмете хлора или кадмия в количестве 200-500 г приводит к увеличению частоты прихода гамма-квантов в сцинтиллятор в 1,3-1,5 раза, что вызывает увеличение его коэффициента передачи на 10-17%, а наличие воды в количестве 1 кг уменьшает частоту прихода гамма-квантов в сцинтиллятор в 1,1-1,2 раза, уменьшая его коэффициент передачи на 6-12%.

С одной стороны, это приводит к нестабильности амплитудного значения электрических импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ, испускаемых ядрами атомов азота, и отклонению его от расчетного значения, в результате чего при регистрации, в случае выхода амплитудного значения электрических импульсов за пределы диапазона между нижним и верхним пороговыми значениями, они не будут выделены амплитудным анализатором и поэтому не будут зарегистрированы. Данное обстоятельство вызывает увеличение вероятности пропуска взрывчатого вещества при его обнаружении.

С другой стороны, в условиях, когда в контролируемом предмете содержатся материалы, состоящие, кроме азота, из целого ряда других химических элементов, ядра атомов этих химических элементов при взаимодействии с тепловыми нейтронами также испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов достаточно широкого диапазона спектра. При этом ядра атомов таких химических элементов, как, например, хром, селен, железо и кремний, испускают гамма-кванты с энергиями, достаточно близкими по значению к 10,8 МэВ. При регистрации гамма-излучения из-за нестабильности амплитудного значения электрических импульсов от гамма-квантов, испускаемых ядрами атомов таких химических элементов, возможно попадание амплитудного значения этих электрических импульсов в диапазон между нижним и верхним пороговыми значениями, в результате чего они будут выделены амплитудным анализатором и ошибочно зарегистрированы в качестве электрических импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ, якобы испущенных ядрами атомов азота. Данное обстоятельство вызывает увеличение вероятности ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества.

Недостатками способа обнаружения оружия и взрывчатых веществ в контролируемых предметах, выбранного за ближайший аналог, являются высокие значения вероятностей пропуска взрывчатого вещества и ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества с использованием нейтронно-радиационного анализа.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является снижение вероятностей пропуска взрывчатого вещества и ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества с использованием нейтронно-радиационного анализа.

Поставленная задача решается согласно изобретению тем, что предлагаемый способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, включающий в соответствии с ближайшим аналогом размещение контролируемого предмета в камере, оснащенной радиационной защитой и, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения, облучение контролируемого предмета тепловыми нейтронами, регистрацию испускаемого гамма-излучения путем преобразования гамма-квантов, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения в электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов, и сравнения амплитуд электрических импульсов с пороговыми значениями, выделение электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, путем сравнения их амплитуд с нижним и верхним пороговыми значениями, подсчет выделенных электрических импульсов, принятие решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении количеством подсчитанных электрических импульсов его порогового значения, отличается от ближайшего аналога тем, что перед размещением контролируемого предмета облучают тепловыми нейтронами камеру, определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения, по меньшей мере, в интервале энергии гамма-квантов, включающем значение 2,23 МэВ, и в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов, по меньшей мере, одного химического элемента, входящего в состав материалов камеры, радиационной защиты или детектора гамма-излучения, определяют точку максимума энергетического спектра, обусловленного гамма-квантами с энергией около 2,23 МэВ, и точку спада энергетического спектра в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов указанного химического элемента, определяют амплитуды электрических импульсов от гамма-квантов с энергиями, соответствующими энергиям точек максимума и спада энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения, обеспечивают соответствие амплитуд электрических импульсов от гамма-квантов с энергиями, соответствующими энергиям точек максимума и спада энергетического спектра, расчетным значениям, при облучении контролируемого предмета тепловыми нейтронами определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения, по меньшей мере, в интервале энергии гамма-квантов, включающем значение 2,23 МэВ, определяют точку максимума энергетического спектра, обусловленного гамма-квантами с энергией около 2,23 МэВ, определяют амплитуду электрических импульсов от гамма-квантов с энергией, соответствующей энергии точки максимума энергетического спектра, обусловленного гамма-квантами с энергией около 2,23 МэВ, и с учетом указанной амплитуды определяют нижнее и верхнее пороговые значения для выделения электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, при этом определение нижнего и верхнего пороговых значений для выделения электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, осуществляют в соответствии с выражением U_пор=Е_пор U_в/Е_в, где U_пор - соответственно нижнее или верхнее пороговое значение для выделения электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ; Е_пор - соответственно нижнее или верхнее пороговое значение энергии для выделения гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ; U_в - амплитуда электрических импульсов от гамма-квантов с энергией, соответствующей энергии точки максимума энергетического спектра, обусловленного гамма-квантами с энергией около 2,23 МэВ; Е_в - энергия гамма-кванта, испускаемого ядром атома водорода при взаимодействии с тепловым нейтроном, Е_в = 2,23 МэВ.

При этом определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел, равный 6,826 МэВ, значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов йода, входящего в состав материала сцинтиллятора детектора гамма-излучения, или в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел, равный 4,945 МэВ, значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов углерода, входящего в состав материала радиационной защиты камеры, или в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел, равный 8,578 МэВ, значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов хлора, входящего в состав материала радиационной защиты камеры, или в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел, равный 7,724 МэВ, значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов алюминия, входящего в состав конструкционного материала камеры и детектора гамма-излучения, и определяют точку спада энергетического спектра в указанном интервале энергии гамма-квантов. Точки спада энергетического спектра в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов химических элементов, входящих в состав материалов камеры, радиационной защиты или детектора гамма-излучения, определяют путем численного дифференцирования энергетического спектра, соответствие расчетным значениям амплитуд электрических импульсов от гамма-квантов с энергиями, соответствующими энергиям точек максимума и спада энергетического спектра, обеспечивают путем изменения коэффициента передачи электронного тракта преобразования гамма-квантов в электрические импульсы и добавления к электрическим импульсам от гамма-квантов напряжения смещения.

Облучение тепловыми нейтронами перед размещением контролируемого предмета пустой камеры, оснащенной радиационной защитой и, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения, и регистрация испускаемого ею гамма-излучения путем преобразования гамма-квантов, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения в электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов, позволяет определить энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения, по меньшей мере, в интервале энергии гамма-квантов, включающем значение 2,23 МэВ, и в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов, по меньшей мере, одного химического элемента, входящего в состав материалов камеры, радиационной защиты или детектора гамма-излучения.

В качестве материала радиационной защиты камеры в большом количестве используется борированный полиэтилен, поскольку он эффективно поглощает нейтроны. Ввиду того что в состав полиэтилена входят водород, а также такие химические элементы, как углерод и хлор, в результате взаимодействия с тепловыми нейтронами ядра атомов этих химических элементов испускают гамма-излучение, которое вносит весьма существенный вклад в энергетический спектр гамма-излучения пустой камеры.

Было установлено, что ядра атомов водорода интенсивно испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов около 2,23 МэВ, что приводит к возникновению в энергетическом спектре гамма-излучения ярко выраженного максимума в интервале энергии гамма-квантов, включающем значение 2,23 МэВ, вблизи указанного значения энергии гамма-квантов.

Ядра атомов хлора при взаимодействии с тепловыми нейтронами испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов, не превышающими значения верхнего предела, равного 8,578 МэВ. Из-за наличия хлора в материале радиационной защиты ядра атомов которого не испускают гамма-квантов с энергиями более 8,578 МэВ, энергетический спектр гамма-излучения имеет спад интенсивности для гамма-квантов с энергиями 8,578 МэВ и более. Ядра атомов углерода при взаимодействии с тепловыми нейтронами также испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов, не превышающими значения верхнего предела, равного 4,945 МэВ. Из-за высокой концентрации углерода в материале радиационной защиты ядра атомов которого не испускают гамма-квантов с энергиями более 4,945 МэВ, энергетический спектр гамма-излучения имеет спад интенсивности для гамма-квантов с энергиями 4,945 МэВ и более.

Как отмечалось, для регистрации гамма-излучения используют детекторы гамма-излучения, содержащие сцинтиллятор на основе йодистого натрия. Оказалось, что ядра атомов йода, содержащегося в составе материала сцинтиллятора детектора гамма-излучения, при взаимодействии с тепловыми нейтронами испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов, не превышающими значения верхнего предела, равного 6,826 МэВ. Ввиду того что источником гамма-квантов с энергиями указанных значений является сам материал сцинтиллятора, преобразующего при регистрации гамма-кванты в световые вспышки, практически все гамма-кванты, испущенные ядрами атомов входящего в состав сцинтиллятора йода, регистрируются детектором гамма-излучения. Поскольку ядра атомов йода не испускают гамма-квантов с энергиями более 6,826 МэВ, энергетический спектр гамма-излучения пустой камеры имеет достаточно заметный спад интенсивности для гамма-квантов с энергиями 6,826 МэВ и более.

В качестве конструкционного материала камеры с радиационной защитой широко используют сплавы на основе алюминия, который обладает сравнительно невысокой стоимостью и при облучении тепловыми нейтронами не испускает гамма-излучения с энергиями гамма-квантов, близкими по значению к энергиям испускаемых ядрами атомов азота гамма-квантов. Кроме того, из алюминия выполняют корпус детектора гамма-излучения, поскольку благодаря низкому атомному номеру алюминия такой корпус эффективно пропускает гамма-излучение к детектору гамма-излучения. Ядра атомов алюминия при взаимодействии с тепловыми нейтронами испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов, не превышающими значения верхнего предела, равного 7,724 МэВ. Поэтому в энергетическом спектре гамма-излучения пустой камеры наблюдается спад его интенсивности для гамма-квантов с энергиями 7,724 МэВ и более.

Выполнение, например, численного дифференцирования энергетического спектра гамма-излучения по энергии позволяет выявить, по меньшей мере, одну точку спада энергетического спектра в интервале энергии гамма-квантов, включающем верхний предел значений энергии гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов химических элементов, входящих в состав материалов камеры, радиационной защиты или детектора гамма-излучения. Указанная точка спада энергетического спектра гамма-излучения либо соответствует энергии гамма-квантов 6,826 МэВ и обусловлена гамма-излучением, испускаемым при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов входящего в состав материала сцинтиллятора йода, либо соответствует энергии гамма-квантов 4,945 МэВ и обусловлена гамма-излучением, испускаемым при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов входящего в состав материала радиационной защиты углерода, либо соответствует энергии гамма-квантов 8,578 МэВ и обусловлена гамма-излучением, испускаемым при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов входящего в состав материала радиационной защиты хлора, либо соответствует энергии гамма-квантов 7,724 МэВ и обусловлена гамма-излучением, испускаемым при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов входящего в состав конструкционного материала камеры алюминия.

Анализ энергетического спектра гамма-излучения позволяет выявить точку максимума энергетического спектра гамма-излучения, которая соответствует энергии около 2,23 МэВ гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии с тепловыми нейтронами ядрами атомов водорода, входящего в состав материала радиационной защиты.

Определение амплитуды электрических импульсов от гамма-квантов с энергиями, соответствующими известным и строго заданным энергиям точек одного максимума и, по меньшей мере, одного спада энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения, испускаемого камерой с радиационной защитой и детектором гамма-излучения, дает возможность обеспечить соответствие амплитуд электрических импульсов от гамма-квантов с энергиями, соответствующими энергиям точек максимума и спада энергетического спектра, расчетным значениям, например, путем изменения коэффициента передачи электронного тракта преобразования гамма-квантов в электрические импульсы и добавления к электрическим импульсам от гамма-квантов напряжения смещения. Такое изменение коэффициента передачи электронного тракта преобразования гамма-квантов в электрические импульсы позволяет компенсировать нестабильность его коэффициента передачи, а добавление к электрическому импульсу от гамма-кванта постоянного напряжения смещения обеспечивает компенсацию нестабильности фонового электрического сигнала. При этом коэффициент передачи электронного тракта преобразования гамма-квантов в электрические импульсы изменяют, а постоянное напряжение смещения добавляют до тех пор, пока амплитуды электрических импульсов от гамма-квантов с энергиями, соответствующими энергиям точек максимума и спада энергетического спектра, не станут равны заданным расчетным значениям. Это обеспечивает непосредственно перед проведением нейтронно-радиационного анализа контролируемого предмета компенсацию в оптико-электронном тракте регистрации гамма-излучения как искажений типа смещения нуля, вызванных нестабильностью фонового электрического сигнала, так и искажений коэффициента передачи оптико-электронного тракта из-за его нестабильности.

С одной стороны, это компенсирует изменение из-за нестабильности амплитудного значения электрических импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ, испускаемых ядрами атомов азота, и приближает его к расчетному значению. В результате этого при регистрации амплитудное значение электрических импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ не будет выходить за пределы диапазона между нижним и верхним пороговыми значениями, поэтому они будут выделены амплитудным анализатором и зарегистрированы. Данное обстоятельство приводит к уменьшению вероятности пропуска взрывчатого вещества при его обнаружении.

Как отмечалось, в условиях, когда в контролируемом предмете содержатся материалы, состоящие, кроме азота, из целого ряда других химических элементов, ядра атомов этих химических элементов при взаимодействии с тепловыми нейтронами также испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов достаточно широкого диапазона спектра. При этом ядра атомов таких химических элементов, как, например, хром, селен, железо и кремний, испускают гамма-кванты с энергиями, достаточно близкими по значению к 10,8 МэВ. Поэтому, с другой стороны, при регистрации гамма-излучения вследствие уменьшения нестабильности амплитудного значения электрических импульсов от испускаемых ядрами атомов таких химических элементов гамма-квантов, достигаемого компенсацией вызванного нестабильностью фонового электрического сигнала искажения типа смещения нуля и нестабильности коэффициента передачи оптико-электронного тракта, попадания амплитудного значения этих электрических импульсов в диапазон между нижним и верхним пороговыми значениями происходить не будет. В результате этого такие электрические импульсы не будут выделены амплитудным анализатором и не будут ошибочно зарегистрированы в качестве электрических импульсов от гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ. Данное обстоятельство приводит к уменьшению вероятности ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества.

При облучении контролируемого предмета тепловыми нейтронами регистрация гамма-излучения, испускаемого контролируемым предметом и камерой с радиационной защитой, позволяет определить энергетический спектр зарегист