Способ и установка для обнаружения контрабанды с использованием рентгеновского излучения и фотонейтронов

Способ и установка для обнаружения контрабанды с использованием рентгеновского излучения и фотонейтронов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области выявления контрабанды, в частности к способу и к установке для выявления контрабанды с использованием рентгеновского излучения и фотонейтронов.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В наше время терроризм представляет серьезную угрозу международной и национальной стабильности. Правительства различных стран прилагают большие усилия по борьбе терроризмом. Важным направлением антитеррористической деятельности является обнаружение контрабандных товаров и материалов, таких как, например, взрывчатые вещества.

В настоящее время для обнаружения контрабанды используется технология получения изображений в рентгеновских лучах. Такая технология нашла широкое применение в системах досмотра. Многие установки, в которых используется принцип получения изображений в рентгеновских лучах, используются в аэропортах и на железнодорожных вокзалах. Поскольку рентгеновское излучение большей частью реагирует с электронами, движущимися по орбитам вокруг атомного ядра, то это излучение не обеспечивает распознавания атомных ядер. Поэтому при использовании для досмотра рентгеновского излучения можно измерить лишь плотность просвечиваемого объекта, однако элементы, составляющие этот объект, определить невозможно. На практике, если контрабандные товары или материалы перемешаны с бытовыми предметами, и плотности их примерно одинаковы, то использование в этом случае технологии получения изображений в рентгеновских лучах малоэффективно. Хотя некоторые новые технологии получения изображений в рентгеновских лучах, например просвечивание пучками излучения с двумя уровнями энергии и технология компьютерной томографии, улучшили возможности таких установок в части распознавания или различения, однако все-таки они не могут преодолеть принципиальную невозможность распознавания элементов.

Другой применяемой в настоящее время технологией обнаружения незаконно провозимых объектов является использование нейтронов. Нейтроны могут реагировать с ядрами атомов вещества, и при этом возникает характеристическое гамма-излучение. В этом случае появляется возможность определения элементов, составляющих вещество, на основе анализа энергетического спектра гамма-излучения. Недостатком нейтронных досмотровых установок является невысокое разрешение, которое в настоящее время может достигать в лучшем случае 5 см × 5 см × 5 см, что гораздо хуже разрешения, достигаемого в рентгеновских досмотровых установках (порядка 1 мм). Кроме того, автономный источник нейтронов обычно дорог, имеет небольшой срок службы, и выход нейтронов недостаточно высок.

Поэтому имеется потребность в способах и/или в установках для досмотра, которые могут объединять технологию получения изображений с помощью рентгеновского излучения и технологию, использующую нейтроны, чтобы можно было получить высокое разрешение, которое обеспечивают рентгеновские лучи, и возможность определения элементов, обеспечиваемую нейтронными досмотровыми установками. В патенте US 5078952 описывается установка обнаружения взрывчатых веществ, в которой объединены различные средства обнаружения, в том числе устройство получения изображений с помощью рентгеновского излучения и нейтронное устройство, для повышения вероятности обнаружения и снижения уровня ложных тревог. Кроме того, в указанном патенте описывается объединение данных, полученных рентгеновской и нейтронной подсистемами, в результате чего повышается общее разрешение установки. Однако в установке, раскрытой в этом патенте, используются источники рентгеновского излучения и нейтронов, которые независимы друг от друга, и соответственно стоимость такой установки будет достаточно высокой.

Стоит отметить, что нейтроны получают в результате бомбардировки пучком рентгеновского излучения мишени, которая преобразует падающее на нее излучение в нейтроны. Нейтроны, получаемые в этом случае, можно назвать фотонейтронами. Такой способ получения фотонейтронов открывает возможности получения рентгеновского излучения и нейтронов с использованием одного источника, что позволяет снизить стоимость установки по сравнению с вариантом, в котором используются независимые источники рентгеновского излучения и нейтронов.

В публикации WO 98/55851 международной заявки раскрывается установка обнаружения и распознавания контрабандных товаров, в которой получают изображения с помощью рентгеновского излучения и пучка фотонейтронов. Система работает в две стадии. Сначала в установке с помощью линейного ускорителя электронов получают рентгеновское излучение, и для обнаружения объекта используется технология получения изображения в рентгеновских лучах. Если ничего подозрительного не обнаружено, то досматриваемый объект пропускается, если же в досматриваемом объекте обнаружена подозрительная зона, то на пути пучка рентгеновского излучения на время устанавливают бериллиевую мишень, преобразующую излучение в фотонейтроны, и осуществляется проверка объекта путем анализа характеристического гамма-излучения, возникающего в результате реакции радиационного захвата между фотонейтронами и ядрами атомов вещества. На первой стадии досмотра в установке используется только рентгеновское излучение. Как уже указывалось, возможности технологии получения изображения в рентгеновских лучах по обнаружению контрабанды весьма ограниченны, и поэтому вероятность обнаружения невысока. Кроме того, в установке не обеспечивается одновременное получение рентгеновского излучения и пучка фотонейтронов, вместо этого рентгеновское излучение и фотонейтроны генерируются последовательно, в две стадии. То есть на одной стадии генерируется только рентгеновское излучение, без фотонейтронов, а фотонейтроны получают на второй стадии с использованием рентгеновского излучения. Однако рентгеновские лучи, которые генерируются на второй стадии, не используются для досмотра, а только для получения нейтронов. Кроме того, полученные фотонейтроны используются для проверки только подозрительной зоны досматриваемого объекта и не используются для проверки всего объекта.

В китайской заявке №200510086764.8, поданной заявителем по настоящей заявке, описывается способ распознавания материалов с использованием быстрых нейтронов и рентгеновского излучения. В заявке описывается способ и устройство одновременной генерации рентгеновского излучения и фотонейтронов, при котором пучок рентгеновского излучения, получаемого с помощью ускорителя, разделяется на два пучка, один из которых используется для получения фотонейтронов. Однако, как указывается в заявке, обнаружение с помощью пучка нейтронов осуществляется путем анализа интенсивности фотонейтронов, которые прошли сквозь досматриваемый объект, а не по характеристическому гамма-излучению, возникающему в результате реакции между нейтронами и веществом объекта. Кроме того, при таком способе обнаружения обычно необходимо пространственно разнести на некоторое расстояние пучок рентгеновского излучения и пучок нейтронов, чтобы в процессе работы рентгеновская и нейтронная части установки не создавали помех работе друг друга.

Вышеуказанные заявки и патенты полностью включаются ссылкой в настоящую заявку.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является создание способа и установки для обнаружения контрабанды с использованием фотонейтронов и рентгеновского излучения. В предлагаемом способе и в соответствующей установке обеспечивается устранение недостатков существующих технических решений за счет соединения высокой разрешающей способности, обеспечиваемой технологией досмотра с использованием рентгеновских изображений, с возможностями распознавания веществ, обеспечиваемыми технологией досмотра с помощью нейтронов, что позволяет более эффективно обнаруживать контрабанду.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения для досмотра объектов предлагается способ обнаружения контрабанды с использованием фотонейтронов и рентгеновского излучения. Предлагаемый в изобретении способ включает:

одновременное получение первого пучка рентгеновского излучения и фотонейтронов;

осуществление досмотра объекта с помощью рентгеновских изображений, получаемых с использованием первого пучка рентгеновского излучения и

одновременное осуществление досмотра объекта с помощью нейтронов (нейтронные изображения) на основе анализа характеристического гамма-излучения, испускаемого в результате реакции фотонейтронов с веществом досматриваемого объекта.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения для досмотра объектов предлагается установка, обеспечивающая обнаружение контрабанды с использованием фотонейтронов и рентгеновского излучения. Установка содержит:

генератор рентгеновского излучения, обеспечивающий получение основного пучка рентгеновского излучения, который расщепляют на первый пучок и второй пучок рентгеновского излучения, причем первым пучком просвечивают досматриваемый объект;

мишень, преобразующую излучение в фотонейтроны, выполненную с возможностью бомбардировки ее вторым пучком рентгеновского излучения, при которой мишень излучает фотонейтроны, направляемые на досматриваемый объект для реакции с ним, в результате чего генерируется характеристическое гамма-излучение;

устройство измерения рентгеновского излучения, установленное с возможностью приема первого пучка рентгеновского излучения, прошедшего сквозь досматриваемый объект, для осуществления досмотра объекта с помощью рентгеновских изображений и

устройство измерения гамма-излучения, установленное с возможностью приема характеристического гамма-излучения, для осуществления досмотра объекта с помощью нейтронов на основе анализа характеристического гамма-излучения,

причем в установке осуществляется одновременный досмотр объекта с помощью рентгеновских изображений и досмотр с помощью нейтронов.

По сравнению с существующими техническими решениями предлагаемая в настоящем изобретении установка имеет следующие достоинства.

1. Достоинством настоящего изобретения является возможность различения видов незаконно провозимых товаров, что не обеспечивается в досмотровых установках, в которых используется только технология просвечивания рентгеновскими лучами, и в то же время обеспечивается высокая разрешающая способность, недостижимая в досмотровых установках, в которых используется только технология облучения нейтронами, в результате которого возникает характеристическое гамма-излучение.

2. Хотя в техническом решении, описанном в публикации WO 98/55851 международной заявки, для досмотра объектов также используются фотонейтроны и рентгеновское излучение, однако эти две технологии досмотра применяются в две стадии. Что же касается настоящего изобретения, то в нем может осуществляться одновременный досмотр с помощью фотонейтронов и рентгеновского излучения, и достигаемая точность работы установки выше, чем в указанной публикации WO 98/55851.

3. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения корпус мишени, преобразующей излучение в фотонейтроны, имеет такую форму, которая по существу соответствует распределению интенсивности основного пучка рентгеновского излучения, создаваемого генератором рентгеновского излучения, так что рентгеновские лучи, имеющие более высокую интенсивность, могут распространяться на большем расстоянии внутри корпуса этой мишени. Таким образом, выход фотонейтронов очень высок, и поэтому анализ результатов измерений при использовании нейтронов осуществляется очень быстро, при этом обеспечивается получение информации о распределении элементов при одновременном получении рентгеновских изображений.

4. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения рентгеновское изображение и нейтронное изображение объединяются в одно изображение таким образом, что точки нейтронного изображения и точки рентгеновского изображения, которые соответствуют одним и тем же положениями досматриваемого объекта, полностью совпадают. Таким образом, оператор установки может получить информацию о распределении элементов в досматриваемом объекте и информацию о его плотности путем просмотра только одного изображения.

5. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предлагается улучшенный детектор гамма-излучения, в котором осуществляется экранирование от рентгеновского излучения, от нейтронов и от фонового гамма-излучения, так что досмотровая установка может обеспечивать очень высокую точность результатов досмотра.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигура 1 - схематический вид установки, предназначенной для обнаружения контрабанды с использованием фотонейтронов и рентгеновского излучения, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

фигура 2 - увеличенный схематический вид в плане мишени, преобразующей излучение в фотонейтроны, фигуры 1, на котором показан проход, формируемый в этой мишени;

фигура 3 - схематический вид с торца мишени, преобразующей излучение в фотонейтроны, фигуры 2;

фигура 4 - схематический вид улучшенного детектора гамма-излучения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Наиболее показательные конкретные варианты осуществления изобретения рассмотрены ниже подробно со ссылками на чертежи. Эти варианты используются лишь для иллюстрации изобретения и ни в коей мере не ограничивают его объем.

Как показано на фигуре 1, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения досматриваемый объект, например закрытый контейнер 8, располагается на платформе 19. Необходимо отметить, что на фигуре 1 показано сечение контейнера 8, чтобы можно было видеть находящиеся в нем товары 10.

Этими товарами могут быть различные материалы, например металл 11, деревянный блок 12 и взрывчатка 13. Платформа 19 втягивается тяговым устройством 20 в зону досмотра досмотровой установки в соответствии с настоящим изобретением. Контейнер 8 обычно изготавливается из гофрированного стального или алюминиевого листа. Такой досмотр может также осуществляться в отношении других типов контейнеров, например авиационных.

Когда датчик положения (не показан) определяет, что контейнер 8 уже установлен в заданное положение, он может включить генератор рентгеновского излучения предлагаемой в настоящем изобретении установки, чтобы начать досмотр контейнера. В одном из вариантов осуществления изобретения генератор рентгеновского излучения может содержать ускоритель электронов (не показан) и мишень 2. Ускоритель электронов генерирует пучок 1 электронов, падающий на мишень 2. Мишень 2 обычно состоит из материала с высоким атомным номером, например из вольфрама или золота. После торможения атомами вольфрама или золота электроны излучают основной пучок 3 рентгеновского излучения (тормозное излучение). Как будет более подробно описано ниже, основной пучок 3 рентгеновского излучения делится на первый и второй пучки, причем первый пучок рентгеновского излучения используется для проверки объекта с использованием изображений, получаемых в рентгеновских лучах, а второй пучок рентгеновского излучения используется для проверки объекта с помощью нейтронов. Досмотр с использованием изображений, получаемых в рентгеновских лучах, подразумевает, что рентгеновские лучи пропускают через досматриваемый объект и получают информацию о плотности объекта по ослаблению рентгеновского излучения, а досмотр с использованием нейтронов подразумевает, что нейтроны реагируют с атомами вещества досматриваемого объекта, в результате чего излучается характеристическое гамма-излучение и по этому излучению определяют элементы досматриваемого объекта. Необходимо отметить, что в установке и способе в соответствии с настоящим изобретением досмотр объекта осуществляется при одновременном осуществлении проверки с использованием рентгеновского излучения и проверки с использованием нейтронов.

На фигуре 1 показан частичный разрез мишени 4, преобразующей излучение в фотонейтроны. Пучок 3 рентгеновского излучения падает на мишень 4 для получения фотонейтронов 6, и проверка контейнера 8 с использованием нейтронов осуществляется с помощью этих фотонейтронов 6. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения мишень 4, преобразующая излучение в фотонейтроны, также используется для расщепления основного пучка 3 рентгеновского излучения на первый пучок и второй пучок.

Мишень 4, преобразующая излучение в фотонейтроны, показана схематически в увеличенном виде на фигурах 2 и 3. Как можно видеть на фигуре 2, мишень 4 содержит корпус 401. В одном из вариантов осуществления изобретения корпус 401 имеет удлиненную форму в направлении распространения основного пучка 3 рентгеновского излучения с первым концом 402 и вторым концом 403. В корпусе 401 имеется проход 404, проходящий сквозь корпус от первого конца 402 до второго конца 403. В вариантах осуществления изобретения, показанных на фигурах 2 и 3, проход 404 представляет собой щель, полностью находящуюся в плоскости Р (перпендикулярно к плоскостям фигур 2 и 3), так что корпус 401 разделен на две отдельные части. Предпочтительно проход 404 проходит через центр симметрии корпуса 401 и делит его на две симметричные части. Проход 404 формируется между этими двумя отдельными частями. Когда основной пучок 3 рентгеновского излучения входит в корпус 401 мишени 4, преобразующей излучение в фотонейтроны, часть 405 основного пучка проходит непосредственно через мишень 4 по проходу 404 без какой-либо реакции с материалом мишени. Эта часть основного пучка рентгеновского излучения является первым пучком 405. Другая часть 406 основного пучка рентгеновского излучения входит в корпус 401 и распространяется в направлении от первого конца 402 ко второму концу 403 и при своем распространении реагирует с ядрами атомов мишени 4, преобразующей излучение в фотонейтроны. Эта часть основного пучка рентгеновского излучения является вторым пучком 406. Как можно видеть, проход 404 используется в качестве расщепителя пучка, обеспечивающего разделение основного пучка 3 рентгеновского излучения на первый пучок и второй пучок. В других вариантах осуществления изобретения, которые в настоящем описании не рассматриваются, проход 404 может иметь и другие формы. Например, проход может быть сформирован как сквозное отверстие (не показано), проходящее через корпус 401 таким образом, что оно не разделяет его на две части, или же проход может иметь другую форму, определяемую корпусом 401, однако проход должен обеспечивать прохождение через корпус 401 веерообразного пучка рентгеновского излучения, используемого для получения изображения в рентгеновских лучах.

Для того чтобы полностью использовать основной пучок 3 рентгеновского излучения, выходящий из мишени 2, так чтобы увеличить выход фотонейтронов из мишени 4, мишень 4 может быть изготовлена таким образом, чтобы ее форма примерно соответствовала распределению интенсивности основного пучка 3 рентгеновского излучения, а именно ее форма может быть такой, чтобы рентгеновские лучи, имеющие бòльшую интенсивность, проходили в корпусе 401 мишени 4 бòльшее расстояние. Основной пучок 3 рентгеновского излучения, выходящий из мишени 2, обычно имеет распределение интенсивности, симметричное относительно продольной оси луча 1 электронов (см. фигуры 1 и 2).

Кроме того, как правило, чем ближе к оси симметрии распределения интенсивности, тем выше интенсивность рентгеновского излучения. Соответственно, если не учитывать проход 404 внутри мишени 4, она в целом имеет форму, симметричную относительно продольной оси 409. Кроме того, форма мишени, симметричная относительно продольной оси, по существу соответствует распределению интенсивности основного пучка 3 рентгеновского излучения, симметричного относительно продольной оси. В процессе работы установки ось 409 симметрии мишени совпадает с осью симметрии распределения интенсивности основного пучка 3 рентгеновского излучения. Предпочтительно по меньшей мере часть мишени 4, преобразующей излучение в фотонейтроны, суживается в направлении второго конца 403, так что мишень 4 имеет бòльшую длину там, где она ближе к своей оси симметрии. В варианте осуществления изобретения, показанном на фигуре 2, мишень 4, преобразующая излучение в фотонейтроны, содержит суживающуюся часть 408, примыкающую ко второму концу 403, и цилиндрическую часть 407, примыкающую к первому концу 402, причем цилиндрическая часть 407 может быть выполнена как единое целое с суживающейся частью 408. Суживающаяся часть 408 может заканчиваться на втором конце 403. Как можно видеть на фигуре 2, суживающаяся часть 408 имеет форму усеченного конуса. Цилиндрическая часть 407 и суживающаяся часть 408 имеют общую продольную центральную ось, совпадающую с осью симметрии мишени. В других вариантах суживающаяся часть 408 может иметь форму полного конуса (без усечения) или же может суживаться в иной форме, например, суживающаяся часть 408 может иметь криволинейную поверхность. В других вариантах мишень 4, преобразующая излучение в фотонейтроны, также может суживаться от первого конца 402 ко второму концу 403.

Хотя на фигурах 1-3 показано, что проход 404, сформированный в мишени 4, служит в качестве расщепителя пучка, однако специалистам в данной области техники будет ясно, что для разделения основного пучка 3 рентгеновского излучения на первый пучок и второй пучок могут быть использованы и другие виды расщепителей пучка. Например, может быть использован разрезной коллиматор с двумя проходами, описанный в китайской заявке №200510086764.8 заявителя по настоящей заявке. Разрезной коллиматор с двумя проходами может расщеплять основной пучок 3 рентгеновского излучения на два пучка, разнесенных на некоторое расстояние друг от друга, и на пути одного из пучков будет располагаться мишень, преобразующая излучение в фотонейтроны.

Необходимо также отметить, что признак суживающейся части мишени 4 не ограничивается только рассмотренными вариантами осуществления настоящего изобретения. Этот признак может также использоваться в любых других вариантах, в которых пучок рентгеновского излучения используется для бомбардировки мишени, чтобы получить пучок фотонейтронов. Например, этот признак может использоваться в варианте, описанном в публикации WO 98/55851 международной заявки и китайской заявки №200510086764.8, для повышения выхода фотонейтронов. В этих других вариантах применения мишень, преобразующая излучение в фотонейтроны, может иметь вышеописанный проход, служащий расщепителем пучка, или может не иметь такого прохода.

Обычно выбор энергии пучка 1 электронов определяется требуемой энергией пучка рентгеновского излучения и материалом мишени, преобразующей излучение в фотонейтроны (см. фигуру 1). В зависимости от различных типов досматриваемых объектов, скорости их досмотра и требований в части безопасности работы для просвечивания объектов могут выбираться рентгеновские лучи различной энергии. С точки зрения безопасности и стоимости обычно выбирается минимально возможный уровень энергии. Ускоритель электронов (не показан) может обеспечивать энергию в диапазоне от 1 МэВ до 15 МэВ. Подходящий материал для мишени 4, преобразующей излучение в фотонейтроны, должен иметь по возможности меньший порог реакции и как можно большее сечение фотонейтронной реакции, однако эти два требования трудно выполнить одновременно. Для энергии рентгеновского излучения от 1 МэВ до 15 МэВ, которая сравнительно невелика, выход фотонейтронов будет ниже для мишени с большим сечением реакции и с более высоким порогом. Однако бериллий (Be) или тяжелая вода (D₂O) являются более подходящими материалами. Порог фотонейтронной реакции ⁹Ве составляет всего лишь 1,67 МэВ, а порог реакции D в D₂O равен 2,223 МэВ. Основной пучок 3 рентгеновского излучения, падающий на мишень 4, осуществляет фотонейтронную реакцию с ⁹Be или с ²H, в результате чего излучаются фотонейтроны 6. Поскольку энергетический спектр основного пучка 3 рентгеновского излучения имеет непрерывное распределение, то энергетический спектр фотонейтронов 6 также имеет непрерывное распределение. Кроме того, если используемый ускоритель электронов может генерировать пучок 1 электронов с более высокой энергией, то в этом случае мишень 4 может быть изготовлена из материала с более высоким порогом фотонейтронной реакции и с большим сечением реакции, например из различных изотопов вольфрама (W) и различных изотопов урана (U).

В одном из вариантов осуществления изобретения ускоритель электронов может генерировать пучок 1 электронов с определенной частотой. Таким образом, пучок 1 электронов будет представлять собой импульсный поток с определенной частотой. В этом случае при падении импульсного пучка 1 электронов на мишень 2 будет генерироваться поток 3 рентгеновского излучения, пульсирующий с такой же частотой. Частота импульсов может быть определена в зависимости от скорости перемещения досматриваемого контейнера 8 и может находиться в диапазоне от 10 Гц до 1000 Гц. В одном из вариантов осуществления изобретения частота импульсов может составлять 250 Гц. Импульсы пучка 1 электронов могут иметь ширину в диапазоне от 1 мкс до 10 мкс.

Необходимо заметить, что когда основной пучок 3 рентгеновского излучения падает на мишень 4, то для генерации фотонейтронов 6 требуется очень малое время, обычно меньше 1 мкс. Поэтому фотонейтроны 6, используемые для нейтронной бомбардировки объекта, и первый пучок 405 рентгеновского излучения, используемый для получения изображений объекта в рентгеновских лучах, генерируются почти одновременно. В результате просвечивание объектов рентгеновским излучением и нейтронами осуществляется одновременно. Это очевидным образом отличается от работы установки, раскрытой в публикации WO 98/55851 международной заявки.

Поток нейтронов 6, излучаемый мишенью 4, является изотропным. Поэтому только часть получаемых фотонейтронов имеет направление в сторону досматриваемого контейнера 8. Поскольку ⁹Be и ²H в мишени 4 имеют бòльшее сечение рассеивания нейтронов, то фотонейтроны 6, излучаемые мишенью 4, будут двигаться также и назад, а именно в направлении, противоположном направлению основного пучка 3 рентгеновского излучения, падающего на мишень 4. Для повышения эффективности работы источника фотонейтронов 6, так чтобы они направлялись на досматриваемый контейнер 8, за мишенью 4 (возле первого конца 402 мишени 4) может быть установлен отражатель нейтронов (не показан). Отражатель нейтронов используется для отражения фотонейтронов 6, которые перемещаются в сторону от досматриваемого контейнера 8, и направления их в сторону этого контейнера.

На пути прохождения первого пучка 405 (см. фигуру 1) в направлении досматриваемого контейнера 8 установлен коллиматор 5 рентгеновского излучения для придания первому пучку рентгеновского излучения плоской веерообразной формы. Коллиматор 5 рентгеновского излучения предпочтительно устанавливается рядом со вторым концом 403 корпуса 401 мишени 4 и выровнен с проходом 404. Таким образом, первый пучок 405 рентгеновского излучения коллимируется с помощью коллиматора 5, после того как первый пучок 405 пройдет через мишень по сквозному проходу 404, в результате чего формируется пучок 7, имеющий плоскую веерообразную форму. То есть пространство за пределами пучка 7 рентгеновского излучения экранируется коллиматором 5. Таким образом, воздействие рентгеновского излучения на работу подсистемы досмотра с помощью пучка нейтронов, особенно на работу детектора гамма-излучения, будет снижаться.

Ниже описывается досмотр контейнера 8 путем получения рентгеновских изображений с использованием первого пучка 405 рентгеновского излучения и нейтронного облучения (нейтронные изображения) с использованием фотонейтронов 6, генерируемых вторым пучком 406 рентгеновского излучения. Необходимо отметить, что технологии досмотра с помощью рентгеновского излучения и нейтронов (по отдельности) хорошо известны средним специалистам в данной области техники. Однако в настоящем изобретении досмотр с использованием рентгеновского излучения и нейтронов может выполняться одновременно, поскольку первый пучок 405 рентгеновского излучения и фотонейтроны 6 могут генерироваться одновременно (или почти одновременно).

Ниже сначала описывается досмотр путем получения изображения в рентгеновских лучах. Как показано на фигуре 1, веерообразный пучок 7 рентгеновского излучения, а именно коллимированный первый пучок 405 рентгеновского излучения, излучается в направлении досматриваемого контейнера 8. Товары, имеющиеся внутри контейнера 8, будут ослаблять веерообразный пучок 7. Устройство измерения рентгеновского излучения будет измерять интенсивность ослабленного излучения. В качестве устройства измерения рентгеновского излучения может использоваться матрица детекторов рентгеновского излучения. Степень ослабления рентгеновского излучения отражает поглощающую способность материала по линии от мишени 2 до соответствующего детектора рентгеновского излучения в матрице 15 детекторов. Поглощающая способность связана с плотностью и составом вещества, имеющегося в контейнере 8. С помощью матрицы 15 детекторов рентгеновского излучения можно получить двумерное изображение контейнера 8 в рентгеновских лучах. В качестве детекторов в матрице 15 могут использоваться газовые ионизационные камеры, кристаллы вольфрамата кадмия, кристаллы CsI, а также и другие типы детекторов. Как уже указывалось, пучок 1 электронов, падающих на мишень 2, имеет определенную частоту, и при этом генерируется рентгеновское излучение, пульсирующее с такой же частотой. Для каждого импульса рентгеновского излучения матрица 15 детекторов будет получать одномерное изображение некоторого сечения контейнера 8. По мере того, как тяговое устройство 20 перемещает контейнер 8, из множества одномерных изображений, полученных по измерениям многих детекторов, составляется двумерное изображение контейнера 8 в рентгеновских лучах.

Воздействие нейтронов осуществляется одновременно с просвечиванием рентгеновскими лучами. После того как нейтроны 6 излучаются мишенью 4, они будут попадать в досматриваемый контейнер 8. После попадания в досматриваемый контейнер 8 энергия фотонейтронов 6 снижается за счет рассеивания (упругое и неупругое рассеивание). В коллимировании фотонейтронов 6 перед контейнером 8 нет необходимости, поскольку они распределяются в достаточно широком диапазоне в процессе рассеивания. Излучаемые фотонейтроны 6 - это быстрые нейтроны, которые становятся медленными нейтронами в течение нескольких микросекунд. В результате энергия нейтронов 6 снижается до энергии тепловых нейтронов. Как правило, фотонейтроны 6 превращаются из быстрых нейтронов в тепловые нейтроны примерно за 1 мс. Затем тепловые нейтроны будут исчезать: они будут либо поглощаться веществом или уходить в окружающее пространство. Время существования тепловых нейтронов в пространстве находится в диапазоне от 1 мс до 30 мс. Нейтроны также могут участвовать в реакции захвата в энергетических областях быстрых и медленных нейтронов, однако сечение реакции очень мало. Когда энергия нейтронов снижается, то сечение будет быстро увеличиваться, поскольку сечение захвата обратно пропорционально скорости движения нейтронов. Поскольку ускоритель электронов работает в непрерывном импульсном режиме, то тепловые нейтроны различных импульсов будут существовать совместно. Например, если ускоритель электронов работает на частоте 250 Гц и ширина импульса составляет 5 мкс, то в конечном счете будет существовать нейтронное поле, создаваемое в пространстве, которое представляет собой импульсы быстрых нейтронов с частотой 250 Гц и шириной импульса 5 мкс и которое накладывается на примерно постоянное поле тепловых нейтронов.

В результате реакции радиационного захвата веществом тепловых нейтронов возникает характеристическое гамма-излучение. Например, ¹H может реагировать с нейтронами, в результате чего испускается характеристическое гамма-излучение с энергией 2,223 МэВ, a ¹⁴N и ¹⁷C1 могут реагировать с нейтронами, в результате чего испускается гамма-излучение с энергией 10,828 МэВ и 6,12 МэВ соответственно. Виды элементов в досматриваемом объекте могут быть определены путем измерения этих характеристических гамма-излучений. Различные материалы в досматриваемом контейнере 8 при облучении нейтронами могут испускать различные характеристические гамма-излучения. Виды таких материалы могут быть определены путем анализа энергетических спектров гамма-излучения. Например, если большое количество сигналов указывает на то, что внутри контейнера находятся элементы N и Н, то возможно в контейнере находятся взрывчатые вещества или "бомба из удобрения (из аммиачной селитры)", а если гамма-излучение указывает на Cl, то возможно в контейнере находятся наркотики, такие как героин и кокаин, которые контрабандисты обычно перевозят в форме хлорида. Кроме того, также могут быть обнаружены ядерные материалы, такие как, например, уран и плутоний, путем измерения нейтронов деления, вызванного фотонейтронами.

Измерение энергетического спектра гамма-излучения осуществляется с помощью измерительных средств. В качестве таких средств может быть использована одна или несколько матриц 14 детекторов гамма-излучения. Каждая матрица 14 детекторов содержит ряд детекторов, обеспечивающих возможность приема характеристического гамма-излучения. Кроме того, как показано на фигуре 1, когда используется несколько матриц 14 детекторов гамма-излучения, они могут быть расположены по обе стороны от пути движения контейнера 8. Кроме того, матрицы 14 детекторов гамма-излучения могут отстоять на некотором расстоянии от матриц 15 детекторов рентгеновского излучения, то есть сдвинуты на некоторое расстояние от плоского веерообразного пучка 7 (первый пучок рентгеновского излучения), чтобы минимизировать влияние первого пучка рентгеновского излучения на работу детекторов гамма-излучения. Матрицы детекторов гамма-излучения обеспечивают получение распределения в плоскости определенного элемента на основе анализа спектрального сигнала гамма-излучения.

Могут использоваться самые разные типы детекторов гамма-излучения, например, на основе NaI (TI), BGO, HPGe и LaBr₃.

В предлагаемой в настоящем изобретении установке используются два вида детекторов: детекторы рентгеновского излучения и детекторы гамма-излучения. Эти два типа детекторов работают в условиях, когда одновременно существуют рентгеновское излучение, гамма-излучение и нейтроны. Любые два вида излучения могут создавать помехи друг другу. В особенности рентгеновское излучение имеет очень большую интенсивность по сравнению с гамма-излучением и потоком нейтронов, и оно может вносить помехи в спектр энергии, измеряемый детекторами гамма-излучения. Поэтому существует настоятельная необходимость экранирования детекторов гамма-излучения от нейтронов и от рентгеновского излучения.

На фигуре 4 приведен схематический вид улучшенного детектора гамма-излучения, основными частями которого являются кристалл 22 (NaI) и фотоумножитель 23. Кристалл 22 имеет переднюю торцевую поверхность 30, воспринимающую гамма-излучение, заднюю торцевую поверхность 31, противолежащую передней торцевой поверхности 30, и периферийную поверхность 32. Когда на кристалл 22 падает гамма-излучение, возникает фотоэлектрический эффект, рассеивание Комптона, или эффект электронной пары. Фотоны гамма-излучения передают энергию вторичным электронам. Вторичные электроны тормозятся и вызывают ионизацию внутри кристалла. Электронные дырки, возникающие в результате ионизации, создают флюоресценцию. Фотоны флюоресценции вызывают возникновение фотоэлектронов на катоде фотоумножителя 23. Затем фотоэлектроны умножаются фотоумножителем, и на выходе ступени предусилителя формируется напряжение. Для экранирования кристалла 22 от рентгеновского излучения и нейтронов, как показано на фигуре 4, детек