Способ и устройство для обнаружения наличия в грузе подозрительных предметов, содержащих по меньшей мере один материал с заданным атомным весом



Способ и устройство для обнаружения наличия в грузе подозрительных предметов, содержащих по меньшей мере один материал с заданным атомным весом
Способ и устройство для обнаружения наличия в грузе подозрительных предметов, содержащих по меньшей мере один материал с заданным атомным весом
Способ и устройство для обнаружения наличия в грузе подозрительных предметов, содержащих по меньшей мере один материал с заданным атомным весом
Способ и устройство для обнаружения наличия в грузе подозрительных предметов, содержащих по меньшей мере один материал с заданным атомным весом

 


Владельцы патента RU 2510521:

СМИТС ХЕЙМАНН САС (FR)

Использование: для обнаружения наличия в грузе подозрительных предметов. Сущность изобретения заключается в том, что груз (2) просвечивают по меньшей мере первым рентгеновским излучением с первым спектром и определяют класс атомного номера, к которому принадлежат материалы, входящие в состав груза, просвечиваемого рентгеновским излучением, путем дифференцирования по высокой энергии. Кроме того, измеряют по меньшей мере γ-излучение или нейтронное излучение, спонтанно испускаемое грузом, определяют класс спонтанного γ-излучения и/или нейтронного излучения материала, входящего в состав груза, на основании измерения спонтанного излучения и определяют класс значимости материала груза на основании определенных класса атомного номера и класса спонтанного излучения. Технический результат: обеспечение возможности обнаружения с высокой степенью достоверности подозрительных предметов с высоким атомным номером. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к обнаружению наличия в грузе подозрительных предметов, содержащих один или несколько материалов с высоким атомным весом, например материалов, которые могут обладать радиоактивностью.

Для обнаружения наличия подозрительных предметов, таких как предметы контрабанды, оружие, взрывные устройства, известно применение сканирующих рентгеновских устройств для получения изображения путем просвечивания содержимого груза. Такие устройства используют, например, в аэропортах для проверки багажа пассажиров, а также на различных контрольных пунктах, в частности, на таможне для проверки содержимого контейнеров или содержимого трейлеров или любых транспортных средств. Как правило, эти сканирующие рентгеновские устройства выдают изображение содержимого грузов в серых цветах, и распознавание предметов, содержащихся в грузе, осуществляет оператор, просматривающий изображения, выдаваемые сканирующими устройствами.

Для улучшения обнаружения подозрительных объектов некоторые сканеры, в частности, сканирующие устройства, предназначенные для проверки багажа пассажиров, могут осуществлять так называемое дифференцирование «по низкой энергии», которое основано на фотоэлектрическом эффекте с использованием излучений энергией менее 150 кэВ. Это дифференцирование «по низкой энергии» позволяет наблюдателю классифицировать предметы по категориям атомного номера и помогает обнаруживать высокоорганические материалы, например, содержащиеся во взрывчатых веществах, или, наоборот, материалы с высоким атомным номером, такие как радиоактивные вещества, в частности, SNM (Special Nuclear Materials - специальные ядерные материалы).

Некоторые сканирующие устройства могут осуществлять дифференцирование «по высокой энергии», основанное на создании электрон-позитронных пар, с использованием излучений, энергия которых превышает 1 МэВ, выполняющие ту же задачу, что и сканеры с дифференцированием по низкой энергии, но предназначенные для исследования более объемных предметов, чем в предыдущем случае.

Дифференцирование по атомному номеру можно использовать для выдачи оператору изображений, на которые наложены, с одной стороны, рентгеновские снимки по уровням серого цвета и, с другой стороны, цвета, указывающие атомные номера. Это дифференцирование, позволяющее классифицировать материалы, имеет, однако, недостаток, поскольку не позволяет различать среди материалов с высоким атомным номером те материалы, которые являются подозрительными в силу своей потенциальной опасности или по любому другому критерию, и материалы, не представляющие опасности. Неопасными материалами с высоким атомным номером являются, в частности, свинец, который может находиться в сварных швах или в балласте для подводного плавания, вольфрам, который может находиться в деталях с высоким сопротивлением, олово, которое может находиться в настольных предметах искусства, неодим, который может находиться в магнитах, или кадмий, который находится в батарейках.

Для обнаружения специфических веществ, которые могут применяться в ядерной области, таких как уран, торий или плутоний, были предложены сканеры, содержащие устройства измерения излучения, такого как нейтронное излучение или γ-излучение. В этом случае исследование груза производят, сочетая получение изображения объектов и обнаружение присутствия или отсутствия излучения.

Однако недостатком этого метода является то, что он не позволяет отличать неопасные вещества, которые, тем не менее, испускают γ-излучения или нейтронные излучения, от потенциально опасных веществ. Неопасными излучающими веществами являются, например, керамика, бананы, удобрения и другие элементы.

Настоящее изобретение призвано устранить эти недостатки и предложить средство, предназначенное для исследования грузов, которые могут содержать подозрительные предметы с высоким атомным номером, такие как радиоактивные вещества, и позволяющее максимально ограничить возникновение ложной тревоги. Это средство должно быть выполнено с возможностью исследования грузов, таких как содержимое контейнеров или трейлеров или в целом транспортных средств, или насыпных грузов.

В этой связи объектом настоящего изобретения является способ обнаружения присутствия в грузе подозрительных предметов, содержащих, по меньшей мере, один материал с данным атомным весом, согласно которому груз просвечивают по меньшей мере первым рентгеновским излучением с первым спектром и определяют класс атомного номера, к которому принадлежат материалы, входящие в состав груза, просвечиваемого рентгеновским излучением, путем дифференцирования по высокой энергии. Кроме того, измеряют по меньшей мере γ-излучение или нейтронное излучение, спонтанно испускаемое грузом, на основании измерения спонтанного излучения определяют класс спонтанного γ-излучения и/или нейтронного излучения материала, входящего в состав груза, и определяют интересующий класс материала груза на основании определенных класса атомного номера и класса спонтанного излучения.

Кроме того, груз можно подвергнуть нейтронному облучению с измерением степени поглощения, чтобы способствовать указанному определению класса атомного номера.

Предпочтительно степень поглощения излучения и класс атомного номера определяют в нескольких участках груза, так, чтобы получать рентгеновское изображение распределения в грузе обнаруженных интересующих классов.

Предпочтительно, осуществляя относительное перемещение груза и устройства обнаружения подозрительных объектов, груз пропускают, с одной стороны, между по меньшей мере одним излучателем рентгеновских лучей и, в случае необходимости, излучателем нейтронов и множеством детекторов рентгеновских лучей и, в случае необходимости, множеством нейтронных детекторов, расположенных по меньшей мере на линии, проходящей в плоскости анализа (Р), перпендикулярной направлению перемещения груза, и, с другой стороны, перед детектором γ-излучения и/или нейтронов, выполненным с возможностью анализа по сечению, осуществляют измерения поглощения рентгеновских лучей, соответствующие двум спектрам, и измерения спонтанного γ-излучения или нейтронного излучения для нескольких последовательных относительных положений груза и устройства обнаружения подозрительных предметов, и связывают измерения поглощения рентгеновского излучения с измерениями спонтанного γ-излучения или нейтронного излучения для получения карты интересующего класса материалов, входящих в состав груза.

По меньшей мере, рентгеновское излучение может иметь максимальную энергию, достаточную для фотоделения, и дополнительно осуществляют измерение излучения нейтронов, образующихся в результате фотоделения, и применяют оценку класса атомного номера и оценку излучения нейтронов, образующихся в результате фотоделения, для определения интересующего класса материала груза.

Груз можно пропускать между несколькими излучателями и несколькими детекторами таким образом, чтобы произвести несколько исследований по множеству плоскостей анализа и/или направлений анализа.

На основании измерений, произведенных на детекторах, можно получить по меньшей мере одно изображение содержимого груза и распределения интересующих классов, которое затем просматривает оператор.

Предпочтительно, когда обнаруживают материал, соответствующий интересующему классу, который необходимо обнаружить, выдают тревожный сигнал, например, звуковой и/или визуальный сигнал.

Объектом изобретения является также устройство для применения указанного способа, которое содержит по меньшей мере один рентгеновский излучатель, выполненный с возможностью излучения рентгеновских лучей с максимальной энергией более 1 МэВ для обеспечения дифференцирования по высокой энергии, по меньшей мере один детектор рентгеновских лучей и модуль управления и обработки, соединенный с рентгеновским излучателем и с каждым детектором рентгеновских лучей. Устройство дополнительно содержит, по меньшей мере, один детектор γ-излучения или нейтронного излучения, соединенный с модулем управления и обработки.

Предпочтительно модуль управления и обработки выполнен с возможностью осуществлять излучение рентгеновских лучей импульсами, разделенными интервалами времени, достаточными для осуществления измерений γ-излучения, отключать детектор γ-излучения во время рентгеновских излучений и включаться в интервалах между рентгеновскими излучениями.

Предпочтительно детекторы рентгеновских лучей расположен в виде колонны напротив рентгеновского излучателя, и устройство содержит средство для обеспечения относительного перемещения анализируемого груза и средств излучения рентгеновских лучей и обнаружения рентгеновского излучения, γ-излучения или нейтронного излучения, и средство для согласования перемещения груза и измерений излучения таким образом, чтобы связать обнаружение γ-излучения или нейтронного излучения с обнаружением данного атомного номера для генерирования, в случае необходимости, тревожного сигнала и, в случае необходимости, получения по меньшей мере одного изображения распределения в грузе интересующих классов материалов груза.

Устройство можно приспособить, в частности, для исследования контейнера, или трейлера, или транспортного средства.

Далее следует более подробное описание изобретения, представленное в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - схематичный вид в разрезе установки, предназначенной для сканирования содержимого трейлера с целью обнаружения возможного наличия подозрительных предметов в грузе трейлера;

фиг.2 - распределение по времени излучения рентгеновских лучей и измерения γ-излучения при помощи сканирующего устройства, показанного на фиг.1;

фиг.3 - вид сверху первого варианта выполнения сканирующего устройства для грузовика, показанного на фиг.1;

фиг.4 - вид сверху второго варианта выполнения сканирующего устройства, показанного на фиг.1.

Изобретение основано на сочетании исследования путем просвечивания лучами, позволяющего оценить атомный номер просвечиваемых материалов, с одной стороны, и обнаружения спонтанных или естественных излучений, испускаемых материалами, с другой стороны.

Исследование просвечиванием включает в себя использование рентгеновских лучей высокой энергии, позволяющее осуществить дифференцирование по высокой энергии атомного номера. Этот метод дифференцирования по высокой энергии известен специалистам.

Исследование может дополнительно содержать просвечивание рентгеновским излучением с более высокой энергией или нейтронным излучением.

Обнаруживаемым спонтанным излучением может быть либо γ-излучение, либо спонтанное нейтронное излучение. Наличие этих излучений, спектр которых, в случае необходимости, можно определить, в сочетании с информацией о классе атомного номера позволяет определить, возможно или нет присутствие в исследуемом грузе, например, потенциально опасного радиоактивного материала или любого другого привлекающего к себе внимание материала.

В контексте изобретения под «спонтанным излучением» следует понимать как излучение, происходящее в результате естественной радиоактивности груза, так и излучение, которое может быть индуцировано рентгеновским или нейтронным облучением груза.

Далее следует описание варианта выполнения, в котором исследуют груз путем просвечивания рентгеновскими лучами и обнаруживают возможное присутствие γ-излучения.

На фиг.1 показан вид спереди установки для проверки сканированием содержимого грузовика. Установка, обозначенная общей позицией 1 и предназначенная для проверки содержимого груза грузовика 2, содержит устройство, содержащее, с одной стороны, рентгеновский излучатель 3 и, с другой стороны, контрольно-измерительный портал 4, содержащий множество детекторов 5 рентгеновского излучения, расположенных в виде колонны напротив рентгеновского излучателя 3, и один или множество детекторов 6 γ-излучения, каждый из которых содержит сцинтиллятор и фотоумножитель. Рентгеновский излучатель 3 и контрольно-измерительный портал 4 разделены зоной 9 движения грузовика 2. Рентгеновский излучатель содержит мишень, например, вольфрамовую мишень и излучатель электронов, например, ускоритель электронов или любой другой генератор электронных пучков, и содержит средство для коллимирования пучков рентгеновских лучей, чтобы они находились в плоскости анализа Р. Генератор электронных пучков выполнен с возможностью генерирования ускоряемых электронных пучков под напряжением 2 мегавольта (MB) и ускоряемых электронных пучков под напряжением 6 MB, так, чтобы генерировать, с одной стороны пучки рентгеновских лучей с максимальной энергией 6 МэВ и, с другой стороны, пучки рентгеновских лучей с максимальной энергией 2 МэВ. Рентгеновский излучатель 3 соединен с модулем 7 управления, который, в свою очередь, соединен, с одной стороны, с системой детекторов 5 рентгеновских лучей и, с другой стороны, с детектором 6 γ-излучения. Модуль управления соединен также с постом 8 визуального отображения содержимого грузовика. В варианте выполнения, показанном на фиг.3, колонна 4 детекторов 5 рентгеновских лучей и детектор 6 γ-излучения расположены рядом, поэтому напротив рентгеновского излучателя 3 находится только колонна детекторов 5 рентгеновских лучей. Во втором варианте выполнения, показанном на фиг.4, напротив генератора рентгеновских лучей находится только колонна детекторов, а детектор 6' γ-излучения находится в стороне и, например, вынесен в конец контрольной установки.

В обоих случаях грузовик может перемещаться перед генераторами рентгеновских лучей, пересекая плоскость анализа Р. Для обеспечения перемещений грузовика перед генератором рентгеновских лучей можно использовать устройство, не показанное на чертежах, но известное специалистам.

В первом варианте выполнения устройство содержит площадку, на которой располагают грузовик, при этом площадка оборудована приводами, чтобы перемещаться перед генератором рентгеновских лучей, и предпочтительно ее перемещения регистрируют в режиме реального времени, и эту запись перемещений передают в модуль 7 управления.

Во втором варианте выполнения, который тоже известен специалистам, грузовик остается неподвижным, а устройство сканирования, содержащее рентгеновский излучатель 3 и детекторы 5 рентгеновских лучей и 6 γ-излучения, собрано на контрольно-измерительном портале, который может перемещаться вдоль грузовика. В этом втором варианте выполнения все движения портала предпочтительно регистрируют в режиме реального времени и передают в модуль 7 управления.

Возможны также другие варианты архитектуры, которые специалист может легко себе представить. Действительно, достаточно предусмотреть средства, позволяющие перемещать грузовик, с одной стороны, перед контрольными средствами просвечивания рентгеновским лучами и, с другой стороны, перед средствами обнаружения γ-излучений, причем эти средства выполнены с возможностью согласования положений, в которых будут производиться измерения, и самих измерений.

Для исследования содержимого грузовика с целью обнаружения в его грузе возможного присутствия подозрительных предметов, которые можно, например, использовать в ядерных целях, осуществляют относительное перемещение грузовика и сканирующего устройства таким образом, чтобы весь груз проходил между рентгеновским излучателем и детекторами рентгеновских лучей и γ-излучения, и грузовик последовательно подвергают облучению рентгеновскими лучами с максимальным уровнем энергии 2 МэВ и рентгеновскими лучами с максимальной энергией 6 МэВ, и при помощи датчиков 5 рентгеновских лучей измеряют количество переданных рентгеновских лучей, с одной стороны, для пучков с максимальной энергией 2 МэВ и, с другой стороны, для пучков с максимальной энергией 6 МэВ. Это позволяет определить степень поглощения излучений с максимальной энергией 2 МэВ, с одной стороны, и с максимальной энергией 6 МэВ, с другой стороны, материалами, находящимися на линиях, проходящих от рентгеновского излучателя 3 до одного из датчиков 5 рентгеновских лучей. Регистрация этих значений и их передача в модуль 7 управления, в случае необходимости, в совокупности с передачей положения сканирующего устройства относительно транспортного средства в момент измерения позволяет получить карту степени поглощения рентгеновских лучей объектами, содержащимися в грузе грузовика. Этот метод получения карты степени поглощения рентгеновских лучей объектами, содержащимися в грузе, известен специалистам. Его можно использовать для получения изображения путем просвечивания содержимого груза грузовика и его выведения, например, на просмотровый монитор 8. Разумеется, для такого сканирования при помощи двух пучков рентгеновских лучей с разной энергией последовательно генерируют рентгеновские лучи с высокой энергией и рентгеновские лучи с более низкой энергией путем создания последовательных импульсов. Кроме того, на основании данных поглощения излучений с максимальной энергией 2 МэВ и излучений с максимальной энергией 6 МэВ можно определить атомный номер материалов, через которые прошло излучение. Действительно, сравнивая соотношение степени поглощения излучения с максимальной энергией 2 МэВ со степенью поглощения излучения с максимальной энергией 6 МэВ и сравнивая это соотношение с соотношением, которое получают при помощи калибровки, произведенной на образце, например, из олова, можно определить класс атомных номеров материалов, которые были просвечены рентгеновскими лучами. Излучение с максимальной энергией 2 МэВ взаимодействует с материалом за счет эффекта Комптона, тогда как излучение с максимальной энергией 6 МэВ взаимодействует с материалом, образуя электрон-позитронные пары. Степени поглощения зависят от плотности материала, при этом степень поглощения излучений с образованием электрон-позитронных пар зависит также от атомных номеров элементов, которые содержат просвечиваемые материалы. Поэтому, сравнивая соотношение степени поглощения излучения с максимальной энергией 2 МэВ со степенью поглощения излучения с максимальной энергией 6 МэВ в одной и той же точке, можно определить класс атомных номеров и, таким образом, дифференцировать материалы с высокими атомными номерами относительно материалов, имеющих более низкие атомные номера. Этот метод оценки атомного номера по поглощению рентгеновского излучения представляет собой то, что специалисты называют «дифференцированием по высокой энергии».

При помощи таких устройств и известного специалистам алгоритма использования определяют, например, четыре категории просвечиваемых материалов в зависимости от атомного номера. Эти четыре категории охватывают, с одной стороны, материалы органического происхождения, с другой стороны, так называемые промежуточные материалы, затем металлические, но не радиоактивные материалы и, наконец, материалы с высокими атомными номерами, которые могут быть радиоактивными материалами, такими как уран, торий или плутоний, а также неопасными материалами, такими как свинец, вольфрам, неодим и кадмий. Эти данные по классу атомных номеров позволяют получить характеристики в цвете на изображении, которое выводят на просмотровый монитор 8. Действительно, каждому классу атомных номеров можно присвоить свой цвет, что позволяет получать изображения, на которых, с одной стороны, в режиме просвечивания отслеживают форму просвечиваемых объектов и, с другой стороны, цвет, который указывает на класс атомных номеров материалов, из которых состоят эти объекты. В описанном выше варианте выполнения выбрали пучки с максимальными значениями энергии 2 МэВ и 6 МэВ. Специалисту понятно, что можно применять и другие уровни энергии. Самое главное - это иметь возможность производить измерения поглощения в результате, с одной стороны, эффекта Комптона и, с другой стороны, формирования электрон-позитронных пар. Для этого уровень максимальной энергии первого пучка предпочтительно находится в пределах от 1 до 5 МэВ, а уровень энергии второго пучка превышает 4 МэВ и иногда может превышать 15 МэВ.

В описанном выше варианте исследования путем просвечивания чередуют пучки рентгеновских лучей высокой и низкой энергии. Однако возможны и другие варианты выполнения. Например, можно предусмотреть два разных источника рентгеновских лучей, один с высокой энергией, а другой с низкой энергией. Можно также использовать известный специалистам метод фильтрования, в котором используют только один пучок с высокой максимальной энергией и применяют два ряда последовательных детекторов, разделенных фильтром, таким образом, чтобы первый ряд детекторов принимал весь передаваемый пучок, тогда как второй ряд детекторов принимает только наиболее высокоэнергетичную часть этого пучка.

Кроме того, при помощи детектора 6, 6' γ-излучения, который в представленном примере содержит сцинтиллятор большого размера и фотоумножитель, регистрируют γ-излучение, испускаемое грузом грузовика. Это γ-излучение регистрируют по участкам, которые проходят перед детектором, и интенсивность испускаемого γ-излучения связывают с относительным положением грузовика и сканирующего устройства в момент осуществления измерения. Таким образом, можно дополнить изображение объектов, содержащихся в грузе грузовика, содержащее указание на класс атомного номера, указанием на испускание γ-излучений. Такие устройства измерения γ-излучений сами по себе известны. Как показано на фиг.3, детектор 6, 6' γ-излучения можно расположить рядом с колонной детекторов рентгеновских лучей, или, как показано на фиг.4, его можно удалить от зоны рентгеновского излучения. В первом случае сцинтиллятор принимает интенсивный поток рентгеновских лучей. Во втором случае поток рентгеновских лучей, принимаемый сцинтиллятором, может быть гораздо более слабым.

Во всех случаях, чтобы обеспечивать измерения в нормальных условиях, необходимо отключить фотоумножитель детектора γ-излучения, когда устройство излучает рентгеновские лучи, чтобы не насыщать фотоумножитель. Эту нейтрализацию можно осуществлять при помощи программных или аппаратных средств, известных специалистам.

Как показано на фиг.2, мишень облучают последовательностью пиков 10 рентгеновского излучения высокой энергии и последовательностью пиков рентгеновского излучения с более низкой максимальной энергией 11. Излучения пиков рентгеновского излучения высокой и более низкой энергии производят в периоды 12, во время которых, например, отключают питание фотоумножителя детектора γ-излучения, чтобы сделать его неактивным и произвести, таким образом, вышеупомянутое отключение. Между двумя последовательными периодами рентгеновского излучения в интервале времени 13 опять включают электрическое питание фотоумножителя детектора γ-излучения, чтобы осуществить измерения γ-излучения. Таким образом, во время периодов 12 осуществляют измерения поглощения рентгеновских лучей и во время промежуточных периодов 13 производят измерения у-излучения, которым не мешают рентгеновские излучения.

Как было указано выше, связывая измерения поглощения рентгеновских лучей и испускания γ-излучения, с одной стороны, и измерения относительных перемещений груза и сканирующего устройства, с другой стороны, получают изображение, которое позволяет отслеживать точка за точкой характеристики объектов, содержащихся в грузе транспортного средства, которые, с одной стороны, характеризуют их просвечивание рентгеновскими лучами и, с другой стороны, указывают на класс атомного номера, и наконец на степень испускания γ-излучения. Для обеспечения этой синхронизации можно регистрировать относительное перемещение сканирующего устройства и груза при помощи любых известных датчиков и, например, при помощи телеметрического устройства. Специалисту известны устройства, которые могут отслеживать в реальном времени относительное перемещение сканирующих устройств и груза во время сканирования, чтобы предоставить средству 7 управления данные, позволяющие сформировать изображения содержимого груза грузовика.

При помощи данных, относящихся, с одной стороны, к просвечиванию рентгеновскими лучами и, с другой стороны, к классу атомного номера материалов и, наконец, к степени испускания γ-излучения, можно определить, содержит ли груз подозрительные объекты, например, которые могут быть опасными, поскольку содержат радиоактивные материалы, такие как уран, торий или плутоний. Действительно, эти материалы характеризуются, с одной стороны, высокими атомными номерами и, с другой стороны, значительными γ-излучениями. Эта комбинация нескольких характеристик позволяет обеспечивать хорошее дифференцирование природы материалов и, в частности, отличать эти материалы радиоактивного типа от материалов, тоже испускающих γ-излучения, таких как керамика или бананы, которые отличаются гораздо более низкими атомными номерами, чем материалы типа урана, тория или плутония. Для того, чтобы определить, являются ли эти материалы подозрительными или нет, можно использовать либо простые алгоритмы, которые сравнивают заранее определенные пороги атомных номеров и заранее определенные пороги испускания γ-излучения, которые можно также сравнивать со значениями степени поглощения рентгеновских лучей, или использовать более сложные алгоритмы типа нейронных сетей, содержащих фазы предварительного обучения. Специалистам известен этот тип алгоритма использования измерения для определения более или менее подозрительного характера объекта, содержащегося в грузе, при помощи полученных таким образом данных. При этом операторы могут генерировать тревожные сигналы, которые могут быть визуальными сигналами и/или звуковыми сигналами.

Таким образом, можно определить, принадлежит обнаруженный объект или нет к «интересующему классу», то есть может он одержать или нет опасные материалы, или его можно отнести к материалу такого происхождения, присутствие которого в грузе может быть нежелательным по той или иной причине в соответствии с критериями, определяемыми оператором.

В описанном выше варианте выполнения анализ просвечиванием осуществляют при помощи рентгеновских лучей. Однако можно сочетать анализ просвечиванием рентгеновскими лучами с одним пучком рентгеновских лучей с анализом просвечивания нейтронами. В этом случае груз подвергают облучению нейтронами, которое дополняет вышеупомянутое рентгеновское излучение. Таким образом, определение класса атомного номера осуществляют, используя поглощение грузом двух типов излучения. Специалист может выбрать средства анализа просвечиванием, наиболее подходящие для каждого случая.

Кроме того, вместо измерения спонтанного γ-излучения или в дополнение к этому измерению можно измерять возможное спонтанное нейтронное излучение, которое характерно для присутствия некоторых материалов, таких как радиоактивный плутоний. Для этого используют известные сами по себе детекторы нейтронов.

Чтобы дополнить это обнаружение, с одной стороны, по атомному номеру и, с другой стороны, по естественному γ-излучению или спонтанному нейтронному излучению, можно предусмотреть средство измерения нейтронного излучения в результате фотонного возбуждения. Для этого предусматривают рентгеновский излучатель, который может осуществлять излучения с максимальной энергией, по меньшей мере, 9 МэВ, и рядом с детекторами рентгеновских лучей располагают детектор нейтронов. Этот дополнительный способ основан на физическом явлении фотоделения, которое соответствует делению некоторых материалов в результате облучения рентгеновскими лучами высокой энергии, приводящего к испусканию нейтронов.

Специалисту известны условия, в которых можно генерировать соответствующее этому случаю нейтронное излучение.

Описанное выше устройство содержит детектор γ-излучения, располагаемый на одной стороне зоны прохождения контролируемых грузовиков. Этот детектор γ-излучения имеет большую площадь, чтобы обнаруживать относительно слабые излучения. Для повышения чувствительности этого устройства можно предусмотреть детектор γ-излучения, выполненный в виде портала, охватывающего зону прохождения грузовиков, грузы которых подлежат контролю.

Описанное выше устройство является устройством, позволяющим исследовать содержимое грузовика, однако можно также предусмотреть устройства для исследования содержимого прицепов или контейнеров типа морских контейнеров, или любого другого груза, находящегося в емкости или в насыпном виде. В этом случае устройство содержит средства относительного перемещении контролируемого груза и рентгеновского излучателя.

Наконец, выше было описано устройство, позволяющее получать изображение при просвечивании содержимого груза, однако можно предусмотреть устройства, которые предназначены только для общего осмотра содержимого груза и для производства тревожного сигнала при обнаружении условий возможного присутствия подозрительных материалов внутри груза без выдачи изображения груза, которое позволило бы локализовать в нем указанные подозрительные материалы.

Можно также предусмотреть осуществление нескольких исследований под разными углами или в разных направлениях. Например, можно предусмотреть исследование груза сбоку и исследование сверху. Для этого достаточно предусмотреть соответствующее расположение рентгеновских излучателей и детекторов или, если это возможно, средства, позволяющие изменять ориентацию груза таким образом, чтобы его можно было исследовать под разными углами при помощи одного набора излучателей и приемников.

Само собой разумеется, что изобретение можно адаптировать для исследования содержимого груза любой емкости (контейнера и т.д.) и любого автомобильного, железнодорожного, воздушного или морского транспортного средства или насыпного груза, не находящегося в емкости.

1. Способ обнаружения наличия в грузе (2) подозрительных предметов, содержащих по меньшей мере один материал с заданным атомным весом, содержащий этапы, на которых груз (2) просвечивают по меньшей мере первым рентгеновским излучением, имеющим первый спектр, и определяют класс атомного номера, к которому принадлежат материалы, входящие в состав груза, просвечиваемого рентгеновским излучением, путем дифференцирования по высокой энергии, при этом дополнительно измеряют, по меньшей мере, γ-излучение или нейтронное излучение, происходящее в результате естественной радиоактивности груза, определяют класс γ-излучения и/или нейтронного излучения материала, входящего в состав груза, на основании измерения γ-излучения и/или нейтронного излучения и определяют класс значимости материала груза на основании определенных класса атомного номера и класса излучения.

2. Способ по п.1, в котором измеряют, по меньшей мере, γ-излучение, происходящее в результате естественной радиоактивности груза, определяют класс материала, входящего в состав груза, на основании измерения γ-излучения и определяют класс значимости материала груза на основании определенных класса атомного номера и класса излучения, при этом испускают рентгеновское излучение импульсами, разделенными интервалами времени, достаточными для осуществления измерений γ-излучения, и измеряют γ-излучение во время указанных интервалов времени.

3. Способ по п.1 или 2, в котором груз дополнительно подвергают нейтронному облучению с измерением степени поглощения, с тем чтобы способствовать определению класса атомного номера.

4. Способ по п.1 или 2, в котором определяют степень поглощения излучения и класс атомного номера в нескольких зонах груза для получения рентгеновского изображения распределения в грузе материалов обнаруженных классов значимости.

5. Способ по п.4, в котором путем относительного перемещения груза и устройства обнаружения подозрительных предметов груз пропускают между по меньшей мере одним излучателем рентгеновских лучей и, в случае необходимости, излучателем нейтронов и множеством рентгеновских детекторов и, в случае необходимости, множеством нейтронных детекторов, расположенных по меньшей мере на одной линии, проходящей в плоскости анализа (Р), пересекаемой направлением перемещения груза, а также перед детектором γ-излучения и/или нейтронов, выполненным с возможностью анализа по сечению, осуществляют измерения поглощения рентгеновских лучей, соответствующие двум спектрам, и измерения γ-излучения или нейтронного излучения, происходящего в результате естественной радиоактивности груза, для множества последовательных относительных положений груза и устройства обнаружения подозрительных предметов, и связывают измерения поглощения рентгеновского излучения с измерениями γ-излучения или нейтронного излучения, происходящего в результате естественной радиоактивности груза, для получения карты класса значимости материалов, входящих в состав груза.

6. Способ по любому из пп.1, 2 и 5, в котором, по меньшей мере, рентгеновское излучение имеет максимальную энергию, достаточную для фотоделения, при этом осуществляют измерение излучения нейтронов, образующихся в результате фотоделения, и применяют оценку класса атомного номера, оценку γ-излучения или нейтронного излучения, происходящего в результате естественной радиоактивности груза, и оценку излучения нейтронов, образующихся в результате фотоделения, для определения класса значимости материала груза.

7. Способ по любому из пп.1, 2 и 5, в котором груз пропускают между несколькими излучателями и несколькими детекторами, с тем чтобы выполнить множество исследований в нескольких анализируемых плоскостях и/или анализируемых направлениях.

8. Способ по п.4, в котором на основании измерений, произведенных на детекторах, получают по меньшей мере одно изображение содержимого груза и распределения материалов по классам значимости, которое предоставляют оператору.

9. Способ по любому из пп.1, 2 и 5, в котором при обнаружении материала, соответствующего классу значимости, подлежащего обнаружению, выдают тревожный сигнал, например звуковой и/или визуальный сигнал.

10. Способ по любому из пп.1, 2, 5 и 8, в котором испускают рентгеновское излучение посредством рентгеновского излучателя, содержащего мишень и излучатель электронов, включающий в себя ускоритель электронов или любой другой генератор электронных пучков, причем излучатель содержит средство коллимирования пучков рентгеновского излучения, с тем чтобы они находились в плоскости анализа (Р).

11. Устройство для применения способа по любому из пп.1-9, содержащее по меньшей мере один рентгеновский излучатель (3), выполненный с возможностью излучения рентгеновских лучей с максимальной энергией более 1 МэВ для обеспечения дифференцирования по высокой энергии, по меньшей мере один детектор (5) рентгеновских лучей и модуль (7) управления и обработки, соединенный с рентгеновским излучателем и с каждым детектором рентгеновских лучей, при этом устройство дополнительно содержит по меньшей мере один детектор (6) γ-излучения или нейтронного излучения, соединенный с модулем управления и обработки.

12. Устройство по п.11, в котором модуль (7) управления и обработки выполнен с возможностью обеспечивать излучение рентгеновских лучей импульсами (10, 11), разделенными интервалами времени (13), достаточными для осуществления измерений γ-излучения, для отключения детектора γ-излучения во время рентгеновских излучений и его включения в интервалы (13) между рентгеновскими излучениями.

13. Устройство по п.11 или 12, в котором детекторы (5) рентгеновских лучей расположены в виде колонны напротив рентгеновского излучателя (3), при этом устройство содержит средство обеспечения относительного перемещения анализируемого груза и средств излучения рентгеновских лучей и обнаружения рентгеновского излучения, γ-излучения или нейтронного излучения и средство связывания перемещения груза и измерений излучения для связывания обнаружения γ-излучения или нейтронного излучения с обнаружением данного атомного номера, с тем чтобы генерировать, в случае необходимости, тревожный сигнал и получить, в случае необходимости, по меньшей мере одно изображение распределения в грузе классов значимости материалов груза.

14. Устройство по п.11 или 12, характеризующееся тем, что выполнено с возможностью применения для исследования контейнера, или прицепа, или транспортного средства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля элементного состава вещества и предназначен в основном для ревизии на предмет выявления новых полезных элементов добытых в процессе извлечения из недр и попавших в отвалы «пустой» породы.

Изобретение относится к устройствам, регистрирующим гамма-излучение радиоактивных руд. .

Изобретение относится к геохимии и аналитической химии и может быть использовано при определении состава газово-жидких включений в минералах и породах и изучения вариаций изотопного состава кислорода, азота, углерода, серы, водорода и благородных газов и их элементных соотношений во флюидных включениях.

Изобретение относится к области нефте- и газопромысловой геофизики и может быть использовано при контроле за разработкой залежей нефти и газа для определения насыщенности пластов.

Изобретение относится к геохимическим методам поисков рудных месторождений. .

Изобретение относится к области геофизики и может найти применение при прогнозировании природных катастроф, в частности землетрясений, активизации разломов, горных ударов.

Изобретение относится к области метрологического обеспечения скважинной геофизической аппаратуры. .

Изобретение относится к геофизическим методам исследования скважин и может быть использовано для определения остаточной нефтенасыщенности (ОНН) пластов после окончания их разработки в режиме вытеснения водой в открытом стволе или в интервале перфорации.

Использование: для каротажа скважин гамма и нейтронным излучением. Сущность изобретения заключается в том, что при формировании излучения источник заряженных частиц - ускоритель - располагают вне скважины, излучатель располагают в скважине и пучок подводят к излучателю по трубе, выведенной из скважины и подсоединенной к ускорителю. Технический результат: расширение функциональных возможностей и области применения способа каротажа скважин гамма и нейтронным излучением. 1 ил.

Использование: для обнаружения опасных скрытых веществ. Сущность изобретения заключается в том, что контейнер досмотрового модуля выполнен герметичным, снабжен устройством нагрева внутреннего объема, при этом канал передачи данных между досмотровым модулем и модулем управления обнаружителем опасных веществ выполнен беспроводным, модуль досмотра снабжен аккумулятором для питания нейтронного генератора, альфа и гамма-детекторов, регистрирующей электроники с использованием соответствующих блоков преобразования напряжения, регистрирующая электроника в корпусе досмотрового модуля снабжена защитой от прямого потока монохроматических нейтронов, испускаемых нейтронным генератором; досмотровый модуль снабжен световым индикатором, включенное состояние которого свидетельствует о наличии нейтронного излучения, создаваемого нейтронным генератором. Технический результат: обеспечение возможности работы устройства при наличии осадков, а также расширение диапазона его рабочих температур, обеспечение автономности работы устройства, повышение надежности работы всех его систем, а также обеспечение радиационной безопасности работы с установкой. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: для рентгеновского контроля багажа. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют укладку багажного места в транспортировочный лоток, имеющий средство маркировки, прочно связанное с лотком и имеющее запоминающее устройство, в котором с возможностью считывания записан специфический для лотка и уникальный в мировом масштабе идентификационный код, получают и оценивают рентгеновский снимок багажного места на месте первичного контроля, определяют идентификационный код транспортировочного лотка, автоматически соотносят рентгеновский снимок с транспортировочным лотком, перемещают транспортировочный лоток к месту дополнительного контроля, определяют идентификационный код транспортировочного лотка, отображают соотнесенный с транспортировочным лотком рентгеновский снимок на месте дополнительного контроля. Технический результат: обеспечение возможности исключения соотнесения транспортировочного лотка с рентгеновским снимком, который к нему не относится, при дополнительном контроле. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области определения состава скрытых опасных веществ, в том числе находящихся под водой. Устройство для обнаружения скрытых опасных веществ под водой содержит досмотровый модуль, в котором размещены источник меченых монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, заключенные в вакуумную камеру, детектор γ-излучения и регистрирующую электронику, при этом устройство выполнено в виде автономного модуля с нулевой плавучестью, с возможностью его перемещения оператором; содержит снабженный дугообразной ручкой торпедообразный блок, выполняющий функции герметичного контейнера для подводных работ, в котором размещены источник меченых монохроматических нейтронов, расположенный таким образом, что ось центрального меченого пучка нейтронов совпадает с продольной осью торпедообразного блока, источник питания, регистрирующая электроника; к торпедообразному блоку в передней его части прикреплены два γ-детектора, расположенные симметрично относительно центральной оси меченого пучка нейтронов и на расстоянии от корпуса торпедообразного блока, достаточном для обеспечения защиты слоем воды сцинтилляционных кристаллов γ-детекторов от прямого потока нейтронов, испущенных нейтронным генератором в телесный угол 4π; монитор интерфейса оператора и пульт управления расположены снаружи торпедообразного блока, как правило, на самой ручке; на торпедообразном блоке снаружи установлена световая индикация наличия-отсутствия нейтронного излучения, генерируемого нейтронным генератором. Технический результат - повышение достоверности обнаружения опасных веществ (ОВ) и радиоактивных веществ (РВ). 2 ил.

Изобретение относится к способу детектирования ядерного вещества посредством нейтронного исследования. Способ детектирования ядерного вещества в объекте, исследуемом посредством нейтронного исследования при помощи трубки связанных частиц, содержит этапы детектирования импульсов совпадения при помощи пикселей-детекторов по меньшей мере одной пиксельной детекторной матрицы, при этом этап детектирования приводит к возникновению события, которое отражает деление, происходящее в ядерном веществе, при этом способ содержит выявление соседних пикселей среди пикселей, обнаруживших импульсы совпадения, перегруппировку соседних пикселей на группы соседних пикселей, подсчет пикселей и/или групп соседних пикселей, обнаруживших импульсы совпадения, и подтверждение наступления события, как только подсчитаны по меньшей мере три соседних пикселя и/или группы пикселей. Технический результат - повышение эффективности детектирования ядерного вещества. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх