Способ неинтрузивного обнаружения химического элемента

Авторы патента:

КАРАСКО Седрик (FR)

ПЕРО Бертран (FR)

G01N23/222 - с использованием нейтронов

Владельцы патента RU 2516186:

КОММИССАРИАТ А Л' ЭНЕРЖИ АТОМИК Э ОЗ ЭНЕРЖИ АЛЬТЕРНАТИВ (FR)

Использование: для обнаружения присутствия химического элемента в объекте путем нейтронного облучения объекта. Сущность: заключается в том, что выполняют нейтронное облучение объекта, используя непрерывное испускание нейтронов из нейтронного генератора (G1) связанных частиц и испускание нейтронных импульсов, которые накладываются на указанное непрерывное испускание нейтронов, при этом нейтронные импульсы получают посредством импульсного генератора (G2) нейтронов, который генерирует нейтронные импульсы с длительностью импульса T2, при этом два последовательных нейтронных импульса разделены интервалом T4, при этом непрерывное и импульсное нейтронное облучение объекта вызывает захватное гамма-излучение и гамма-излучение неупругого взаимодействия. Технический результат: обеспечение возможности обнаружить с максимальной чувствительностью одновременно захватное излучение и излучение неупругого взаимодействия и, как следствие, удовлетворительно идентифицировать все выявляемые элементы. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Область техники и уровень техники

Настоящее изобретение касается способа неинтрузивного обнаружения по меньшей мере, одного химического элемента, присутствующего в жидкости или в твердой фазе.

Изобретение находит свое применение, например, для обнаружения взрывчатого(ых) вещества(веществ), химического оружия или наркотика(ов) в области гражданской безопасности (осмотр багажа, грузовых контейнеров и т.д.), выявления контрабанды (таможенный контроль), разминирования (гражданская оборона или военная область) или для характеристики материалов, входящих в состав радиоактивных отходов ядерной промышленности.

Известны различные способы неинтрузивного обнаружения химических элементов. Некоторые из этих способов основаны на применении нейтронных измерений.

Среди способов, основанных на применении нейтронных измерений, некоторые идентифицируют химические элементы путем обнаружения захватного гамма-излучения (n, γ), вызываемого тепловыми нейтронами, или путем обнаружения гамма-излучения неупругого рассеяния (n, n'γ), или путем обнаружения гамма-излучения, возникающего в результате других реакций, вызываемых быстрыми нейтронами, а именно (n, p), (n, d), (n, t), (n, α) и т.д. В дальнейшем тексте описания выражение «гамма-излучение неупругого взаимодействия» будет использоваться для любого гамма-излучения, индуцируемого быстрыми нейтронами.

Обнаружение излучения захвата, индуцируемого тепловыми нейтронами, является более чувствительным при использовании пульсирующего источника нейтронов, так как отношение сигнала (захватное излучение) к шуму (излучение неупругого взаимодействия) между импульсами является максимальным. Этот тип обнаружения представлен в патенте US 6393085 B1. В этом документе описано также возможное обнаружение гамма-излучений неупругого взаимодействия, но во время импульсов, однако такой способ обладает намного меньшей чувствительностью, чем при использовании счетчика связанных частиц (TPA), который позволяет пространственно локализовать проверяемый объект при помощи измерения времени пролета нейтронов, принцип которого описан в патентной заявке US 2007/0241283 A1. Короче говоря, каждый нейтрон испускается одновременно с α-частицей и в противоположном направлении. Обнаружение α-частицы позволяет определить направление испускания нейтрона, а измерение времени, разделяющего обнаружение α-частицы и γ-излучения неупругого взаимодействия, индуцируемого нейтроном, позволяет определить время пролета нейтрона. Таким образом, получают средство для трехмерной локализации места взаимодействия и, следовательно, для устранения последствий в рассматриваемой зоне и соответственно значительно улучшают отношение сигнала к шуму по сравнению с импульсным исследованием. Вместе с тем, поскольку эмиссия счетчика TPA является непрерывной, при этом методе обнаружение захватного излучения не является оптимальным с точки зрения отношения сигнала к шуму. Проблема заключается в том, что ни один, ни другой из этих методов, один из которых основан на пульсирующем источнике, а другой на счетчике частиц TPA, не позволяет обнаруживать с максимальной чувствительностью одновременно захватное излучение и излучение неупругого взаимодействия и, следовательно, удовлетворительно идентифицировать все выявляемые элементы. Сразу после завершения первого метода необходимо осуществлять второй метод для расширения области обнаруживаемых элементов или для повышения уровня достоверности присутствия элементов, обнаруживаемых обоими методами. Общая продолжительность операции обнаружения является, таким образом, относительно большой, что является основным недостатком с точки зрения обеспечения безопасности.

Изобретение не имеет этого недостатка.

Раскрытие изобретения

Объектом настоящего изобретения является способ обнаружения химического элемента в объекте путем нейтронного облучения объекта. Нейтронное облучение объекта представляет собой, с одной стороны, непрерывное испускание нейтронов из нейтронного генератора связанных частиц и, с другой стороны, испускание нейтронных импульсов, которые накладываются на непрерывное испускание нейтронов, при этом нейтронные импульсы получают посредством импульсного генератора нейтронов, который генерирует нейтронные импульсы с длительностью импульса T2, при этом два последовательных нейтронных импульса разделены интервалом T4, при этом непрерывное импульсное нейтронное облучение объекта вызывает захватное гамма-излучение и гамма-излучение неупругого взаимодействия.

Согласно частному варианту изобретения способ дополнительно содержит:

- обнаружение гамма-излучения неупругого взаимодействия и захватного гамма-излучения при помощи технологии связанной частицы в течение интервалов T4, разделяющих импульсы длительностью T2,

- формирование в диапазоне времени пролета нейтронов относительно объекта первого спектра гамма-излучения на основании гамма-излучения неупругого взаимодействия и захватного гамма-излучения, обнаруженных на этапе обнаружения при помощи технологии связанной частицы,

- формирование в диапазоне времени, отличном от диапазона времени пролета нейтронов относительно объекта, или в любом другом диапазоне времени пролета нейтронов относительно любого другого объекта, который может находиться рядом с объектом, случайного спектра фона, связанного со случайными совпадениями, на основании гамма-излучения неупругого взаимодействия и захватного гамма-излучения, обнаруженных на этапе обнаружения при помощи технологии связанной частицы,

- формирование на основании случайного спектра фона, связанного со случайными совпадениями, случайного спектра фона, нормированного по временному диапазону относительно объекта,

- вычитание первого спектра гамма-излучения и нормированного случайного спектра фона для формирования второго спектра гамма-излучения, и

- этап поиска присутствия химического элемента в объекте при помощи второго спектра гамма-излучения и контрольных спектров химических элементов, которые могут быть обнаружены, для получения первых данных, которые могут свидетельствовать о присутствии или отсутствии химического элемента в объекте.

Согласно еще одному частному варианту изобретения, способ дополнительно содержит:

- обнаружение при помощи метода импульсного нейтронного опроса захватного гамма-излучения и гамма-излучения неупругого взаимодействия, с одной стороны, в течение длительности импульсов T2 и, с другой стороны, во время интервалов T4, разделяющих импульсы с длительностью T2,

- формирование третьего спектра гамма-излучения на основании захватного гамма-излучения и гамма-излучения неупругого взаимодействия, обнаруженных во время интервалов T4 при помощи метода импульсного нейтронного запроса,

- формирование, на основании третьего спектра гамма-излучения, первых данных, характеризующих по меньшей мере одну линию захватного излучения химического элемента,

- формирование четвертого спектра гамма-излучения, состоящего из множества энергетических каналов, на основании излучения неупругого взаимодействия, обнаруженного во время длительности импульсов T2 при помощи технологии импульсного нейтронного опроса,

- формирование нормированного спектра гамма-излучения на основании четвертого спектра гамма-излучения, при этом формирование нормированного спектра гамма-излучения осуществляют путем умножения содержимого каждого энергетического канала четвертого спектра гамма-излучения на коэффициент нормирования F, по существу пропорциональный числу нейтронов, испускаемых во время интервала T4 и по существу обратно пропорциональный числу нейтронов, испускаемых в течение длительности T2,

- формирование на основании нормированного спектра гамма-излучения вторых данных, характеризующих фон гамма-излучения неупругого взаимодействия,

- этап вычитания первых данных и вторых данных,

- этап подтверждения присутствия или отсутствия химического элемента в объекте в зависимости от результата этапа вычитания, и

- если присутствие химического элемента в объекте подтверждено, дополнительный этап, на котором получают вторые данные, которые могут подтвердить или отменить подтверждение присутствия химического элемента на основании результата этапа подтверждения и весовых данных, относящихся к различным линиям захватного гамма-излучения химического элемента, причем значения весовых коэффициентов присваивают в зависимости от вероятности обнаружения и риска интерференции, связанных с каждой линией.

Согласно дополнительному признаку изобретения, коэффициент нормирования F получают при помощи уравнения:

F=(I₄×T4)/(I₂×T2)×[(1-ТМ(Т4))/(1-ТМ(Т2))],

где ТМ(T4) и ТМ(T2) соответственно представляют собой мертвое время обрабатывающей электроники, которая обрабатывает электрические сигналы, получаемые при обнаружении гамма-излучения во время интервалов T4, и мертвое время обрабатывающей электроники, которая обрабатывает электрические сигналы, получаемые при обнаружении гамма-излучения в течение длительностей T2.

Согласно еще одному дополнительному признаку изобретения, на этапе принятия решения выдается тревожный сигнал, если первые данные или вторые данные подтверждают присутствие химического элемента.

Согласно еще одному дополнительному признаку изобретения, если подтверждается присутствие нескольких химических элементов, способ содержит дополнительный этап вычисления относительного содержания всех или части химических элементов, присутствие которых подтверждено.

Согласно еще одному дополнительному признаку способа в соответствии с настоящим изобретением, обнаружение, при помощи технологии связанной частицы, захватного гамма-излучения и гамма-излучения неупругого взаимодействия во время интервалов T4, которые разделяют импульсы с длительностью T2, осуществляют при помощи детектора, предпочтительно выполненного с возможностью обнаружения гамма-излучения неупругого взаимодействия.

Согласно еще одному дополнительному признаку способа в соответствии с настоящим изобретением, обнаружение, при помощи метода импульсного нейтронного опроса, захватного гамма-излучения и гамма-излучения неупругого взаимодействия, с одной стороны, во время импульсов длительностью T2 и, с другой стороны, во время интервалов T4, разделяющих импульсы продолжительностью T2, осуществляют при помощи детектора, предпочтительно выполненного с возможностью обнаружения захватного гамма-излучения.

Одновременное использование нейтронного генератора связанных частиц G1, который непрерывно испускает нейтроны, и импульсного нейтронного генератора G2, который испускает нейтронные импульсы, имеет априорный недостаток при обнаружении излучений захвата по причине присутствия остаточной нейтронной эмиссии между импульсами генератора G2, которая связана с непрерывным излучением генератора G1. Действительно, эта остаточная эмиссия ухудшает отношение сигнала (излучения захвата) к шуму (излучения неупругого взаимодействия). Предпочтительно способ в соответствии с настоящим изобретением предлагает средства для устранения этого недостатка. В рамках изобретения комбинированное использование генераторов G1 и G2 позволяет получить в ходе одного считывания измерения, пригодные с точки зрения чувствительности, для захватного гамма-излучения, обнаруживаемого путем импульсного нейтронного опроса, и для гамма-излучения неупругого взаимодействия, обнаруживаемого методом связанной частицы. За счет этого расширяется поле обнаруживаемых элементов без увеличения времени считывания. Кроме того, для элементов, обнаруживаемых обоими методами, повышается уровень надежности обнаружения.

В рамках системы обнаружения в соответствии с настоящим изобретением можно использовать большую часть периода T нейтронных импульсов (как правило, 95%) для одновременного обнаружения двух типов излучения - индуцируемого тепловыми нейтронами (захват) и быстрыми нейтронами (неупругое излучение и реакции (n, α), (n, p) и т.д.).

Краткое описание чертежей

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания предпочтительного варианта выполнения со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:

фиг.1 - принципиальная схема системы неинтрузивного обнаружения, в которой применяют способ в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 - спектр испускания нейтронов в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.3 - этапы цикла обработки неинтрузивного способа обнаружения в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.4 - пример временного спектра для метода связанной частицы;

фиг.5 - элементарные этапы отдельного этапа цикла обработки, показанного на фиг.3;

фиг.6 - пик обнаружения полосы гамма в спектре гамма-излучения.

На всех фигурах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

На фиг.1 показана принципиальная схема системы неинтрузивного обнаружения, в которой применяют способ в соответствии с настоящим изобретением.

Вокруг объекта О, который может содержать предназначенные для обнаружения химические элементы, система обнаружения в соответствии с настоящим изобретением содержит нейтронный генератор связанных частиц G1, пульсирующий нейтронный генератор G2, два детектора D1 и D2, базы данных B₀, B₁, B₂, в которых хранятся данные, выдаваемые электронной схемой обработки E, базы контрольных данных B_RC и B_S, в которых хранятся соответственно данные, связанные с контрольными линиями захватного излучения и с контрольными спектрами гамма-излучения неупругого взаимодействия, и вычислительное устройство C, которое вычисляет сигнал, отражающий присутствие или отсутствие химического(их) элемента(ов) или опасных веществ, на основании данных, содержащихся в базах данных B₀, B₁, B₂, B_RC и B_S.

Нейтронные генераторы G1 и G2 испускают нейтроны, часть которых направлена на исследуемый объект. Нейтронные генераторы G1 и G2 работают одновременно (на фиг.2 показано изменение во времени интенсивности испускания нейтронов, излучаемых одновременно нейтронными генераторами G1 и G2). Гамма-излучение γ1 происходит в результате взаимодействия нейтронов, испускаемых генератором G1, с исследуемым объектом, и гамма-излучение γ2 происходит в результате взаимодействия нейтронов, испускаемых генератором G2, с исследуемым объектом. Каждое из гамма-излучений γ1 или γ2 может быть захватным гамма-излучением или гамма-излучением неупругого взаимодействия.

Каждый из детекторов D1 или D2 выполнен с возможностью обнаружения захватного излучения и/или излучения неупругого взаимодействия. Однако предпочтительно детектор D1 предназначен для обнаружения гамма-излучения неупругого взаимодействия при помощи метода связанной частицы (детектор D1 выбирают по причине его высокой эффективности обнаружения и его большого временного разрешения), и детектор D2 предпочтительно предназначен для обнаружения захватного гамма-излучения при помощи метода импульсного нейтронного запроса (детектор D2 выбирают по причине его хорошей разрешающей способности по энергии). Детектор D1 является, например, высокоэффективным кристаллическим сцинтиллятором, а детектор D2 является, например, кристаллическим полупроводниковым детектором с высоким энергетическим разрешением.

На фиг.1 представлен случай, когда ядро химического соединения X1 вступает во взаимодействие с нейтроном генератора G1, в результате которого происходит испускание излучения γ1, которое обнаруживает детектор D1, и когда ядро второго химического соединения X2 вступает во взаимодействие с нейтроном генератора G2, в результате которого происходит испускание излучения γ2, его обнаруживает детектор D2. Нейтрон, выходящий из генератора G1, индуцирует излучения γ1 в объекте О, в данном случае излучение неупругого взаимодействия, и это излучение γ1 обнаруживает детектор D1, а нейтрон, выходящий из генератора G2, замедляется по причине многочисленных столкновений в объекте О, затем индуцирует испускание гамма-излучения γ2 в объекте О, в данном случае захватное излучение, и это излучение γ2 обнаруживает детектор D2. Вместе с тем, изобретение охватывает все другие возможные случаи обнаружения, например, случаи, когда ядра одного и того же химического элемента обнаруживают при помощи двух гамма-излучений γ1 и γ2 или только при помощи одного из двух излучения γ1 или γ2.

Как известно, нейтронный генератор G1 связанных частиц испускает нейтроны за счет воздействия непрерывного пучка F1 дейтерия на тритиевую мишень Т1. Испускание нейтронов происходит в результате реакции, в которой α-частица появляется одновременно с нейтроном. Эту α-частицу обнаруживает детектор L локализации, который принадлежит к генератору G1. Детектор L локализации выполнен, например, в виде набора из N элементарных детекторов d_k (k=1, 2, …, N), объединенных в виде матрицы. Определение элементарного детектора d_k среди N детекторов, который обнаруживает α-частицу, позволяет точно определить направление, в котором испускается α-частица. В другом варианте выполнения изобретения детектор L локализации не состоит из набора элементарных детекторов, а представляет собой единый детекторный блок, на котором установлены несколько датчиков, и в этом случае локализацию α-частиц осуществляют путем вычисления барицентра. Поскольку испускание α-частицы и нейтрона происходит по существу в противоположных направлениях, определение направления, в котором испускается α-частица, позволяет узнать направление, в котором испускается нейтрон. Как только детектор L обнаруживает α-частицу, на электронную схему E поступает сигнал S1, который отражает обнаружение α-частицы. Сигнал S1 является сигналом синхронизации, который позволяет электронной схеме E учитывать импульс, излучаемый детектором D1. Сигнал S1 содержит также информацию, которая идентифицирует направление, в котором произошло испускание нейтрона (элементарный детектор d_k, который обнаружил α-частицу, в случае матричного детектора, или положение обнаружения в случае детекторного блока). Согласно описанному выше варианту выполнения, сигнал S1 синхронизации выдает детектор L. В другом варианте выполнения изобретения, сигнал S1 синхронизации выдает детектор D1, как только он принимает импульс гамма-излучения.

Пульсирующий нейтронный генератор G2 испускает нейтроны в виде интенсивных нейтронных импульсов за счет воздействия пульсирующего пучка F2 дейтерия на тритиевую мишень Т2. Пульсирующий нейтронный генератор G2 выдает также импульсный электрический сигнал S2, который отображает временную форму нейтронных импульсов. Сигнал S2 передается на электронную схему обработки E. Сигнал S2 подает команду на электронную схему обработки E, чтобы она учитывала и идентифицировала импульсы, выдаваемые детектором D2, в течение каждого интенсивного нейтронного импульса, а также между двумя последовательными интенсивными нейтронными импульсами. Сигнал S2 подает также команду на электронную схему обработки E, чтобы она учитывала импульсы, выдаваемые детектором D1 только между двумя последовательными интенсивными нейтронными импульсами. Действительно, считывание сигнала при методе связанной частицы не должно происходить во время испускания интенсивных нейтронных импульсов, так как это может привести к сильному ухудшению отношения сигнала к шуму.

База данных B₀ хранит события EV0 неупругого взаимодействия, обнаруживаемые детектором D2 во время интенсивных нейтронных импульсов, в виде списка значений энергии E0, перенесенной в детектор D2, которые прямо пропорциональны амплитуде электрических импульсов, генерируемых детектором D2 под действием гамма-излучения. В дальнейшем тексте описания эти значения энергии будут называться просто «значениями энергии обнаруженных импульсов».

База данных B₁ хранит события EV1 неупругого взаимодействия и захвата нейтрона, обнаруживаемые детектором D2 между интенсивными нейтронными импульсами, в виде списка значений энергии E1 импульсов, генерированных детектором D2 под действием гамма-излучения.

База данных B₂ хранит остаточные события EV2 неупругого взаимодействия и захвата нейтрона, обнаруживаемые при помощи метода связанной частицы детектором D2 между интенсивными нейтронными импульсами. Как будет подробнее описано ниже, каждое событие EV2 объединяет совокупность данных, а именно, энергию гамма-излучения, время совпадения между обнаружением α-частицы и временем обнаружения соответствующего γ-излучения и информацию о положении обнаружения α-частицы.

Вычислительное устройство C вычисляет тревожный сигнал S(alerte) на основе данных, хранящихся в базах данных B₀, B₁, B₂, и контрольных данных, хранящихся в базах данных B_RC и B_S, что будет описано ниже со ссылками на фиг.3.

На фиг.2 показана интенсивность I нейтронов, одновременно испускаемых нейтронными генераторами G1 и G2. Нейтроны испускаются непрерывно трубкой генератора G1 с интенсивностью I₄, и интенсивные нейтронные импульсы испускаются с периодом T нейтронным генератором G2. Во время интенсивного нейтронного импульса общая интенсивность нейтронов, испускаемых трубками G1 и G2, изменяется от I₄ до I₂ в течение продолжительности T1 (например, равной 1 мкс), сохраняет по существу значение I₂ в течение продолжительности T2 (например, несколько десятков микросекунд) и уменьшается от I₂ до I₄ в течение продолжительности T3, по существу равной T1. Затем продолжительность T4 отделяет конец одного интенсивного нейтронного импульса от начала следующего интенсивного нейтронного импульса. С учетом одновременности испускания нейтронов трубками G1 и G2 необходимо подчеркнуть, что в отличие от известных решений в области пульсирующего нейтронного запроса число испускаемых нейтронов не возвращается к нулю между интенсивными нейтронными импульсами, а сохраняет не нулевое значение.

Во время продолжительности T2 испускания одного интенсивного нейтронного импульса и во время продолжительности T4, которая разделяет два интенсивных нейтронных импульса, сигнал синхронизации S2 переводит электронную схему E в состояние ожидания приема гамма-излучения от детектора D2. Если во время фазы продолжительности T2 интенсивного нейтронного испускания обнаружено гамма-излучение, то, вероятнее всего, оно связано с реакциями быстрых нейтронов, которые вызывают гамма-излучение неупругого взаимодействия, и с меньшей вероятностью, с тепловыми нейтронами. Если такое излучение обнаружено, его энергию измеряют, затем предпочтительно преобразуют в цифровые данные при помощи электронной схемы E. Цифровые данные, характеризующие измеренные таким образом значения энергии, образуют события EV0 (то есть значения энергии E0 импульсов), которые сохраняются в базе данных B₀. Если гамма-излучение обнаружено в течение периода T4, который разделяет два интенсивных нейтронных импульса, оно может происходить в результате реакции захвата или реакции неупругого взаимодействия. Энергию такого излучения измеряют, затем предпочтительно преобразуют в цифровые данные при помощи электронной схемы E. Цифровые данные, характеризующие измеренные таким образом, значения энергии, образуют события EV1 (то есть значения энергии E1 импульсов), которые сохраняются в базе данных B₁.

Кроме того, при обнаружении α-частицы в течение продолжительности Т4, сигнал S1 переводит электронную схему E в состояние ожидания гамма-излучения, обнаруженного детектором D1. Если гамма-излучение обнаружено вместе с α-частицей, энергию гамма-излучения измеряют, затем предпочтительно преобразуют в цифровые данные при помощи электронной схемы E. Электронная схема E вычисляет также продолжительность T_αγ, которая отделяет момент обнаружения α-частицы от обнаружения гамма-излучения. База данных B₂ содержит события EV2, которые были обнаружены детектором D1, в виде цифровых данных. Событие EV2 объединяет энергию E2 обнаруженного гамма-излучения, продолжительность T_αγ и данные i_k, которые идентифицируют положение, в котором α-частица была обнаружена на детекторе локализации L. Часть этих событий соответствует захватному гамма-излучению. Предпочтительно эту часть событий удаляют из спектра гамма-излучения, соответствующего наблюдаемому объекту, что будет описано ниже со ссылками на фиг.3.

Совокупность измерений, произведенных за период T (T=T1+T2+T3+T4), образует цикл измерения. После Nm циклов измерений, например, после 600000 циклов измерения, соответствующих общей продолжительности измерения примерно десять минут, осуществляют цикл обработки.

На фиг.3 показаны различные этапы, выполняемые во время цикла обработки в соответствии с настоящим изобретением. Цикл обработки осуществляют при помощи вычислительного устройства C.

Сначала цикл обработки содержит совокупность этапов построения спектров, а именно:

- этап 1 построения спектра S₀ гамма-излучения на основании данных, хранящихся в базе данных B₀,

- этап 2 построения спектра S₁ гамма-излучения на основании данных, хранящихся в базе данных B₁,

- этап 3 построения спектра Sn гамма-излучения, не содержащего случайного шума, на основании данных, хранящихся в базе данных B₂, при этом этап 3 содержит этап 4 выбора событий, хранящихся в базе данных B₂, для определения среди них событий, соответствующих исследуемому объекту, этап 5 построения спектра шума Sb гамма-излучения исследуемого объекта на основании событий, выбранных на этапе 4, последовательность этапов e1, e2 для формирования нормированного спектра случайного шума Sa(n) на основании событий, хранящихся в базе данных B₂, и этап 6 вычитания спектра шума Sb гамма-излучения и нормированного спектра случайного шума Sa(n) для формирования спектра Sn гамма-излучения, не содержащего случайного шума, который содержит только события неупругого взаимодействия, индуцированные быстрыми нейтронами в исследуемом объекте.

За этапами 1, 2 и 3 построения спектров следуют этапы обработки спектров, а именно:

- этап 7 поиска химического(их) элемента(ов) на основании спектров S₀ и S₁, и

- этап 8 поиска химического(их) элемента(ов) на основании спектра Sn.

После этапов 7 и 8 обработки спектров следует этап 9 принятия решения.

Под этапом построения спектра на основании хранящихся данных следует понимать сам по себе известный этап построения гистограмм значений энергии событий, связанных с этими данными.

Далее следует описание этапа 3 построения спектра Sn, не содержащего случайного шума, на основании данных, хранящихся в базе данных B₂.

События неупругого взаимодействия и захвата нейтрона EV2, которые хранятся в базе данных B₂, представляют собой только события, которые происходят между нейтронными импульсами. Для этого электронная схема E содержит средства, которые на основании сигнала S₂, поступающего из пульсирующего генератора G2, выбирают события, обнаруживаемые детектором D1 в требуемых временных диапазонах.

Как было указано выше, этап 3 содержит этап 4 выбора событий, хранящихся в базе данных B₂. Этап 4 выбора событий, хранящихся в базе данных B₂, основан на известном методе связанной частицы. Этот этап является известным этапом, который позволяет определить среди всех событий, хранящихся в базе данных B₂, события, касающиеся исследуемого объекта.

На основании событий, выбранных таким образом на этапе 4, строят спектр Sb шума гамма-излучения исследуемого объекта на этапе 5. Этап 5 является известным этапом, аналогично вышеупомянутым этапам 1 и 2. За этапом 5 следует этап 6, на котором из спектра Sb вычитают нормированный спектр случайного шума Sa(n). Нормированный спектр Sa(n) случайного шума строят на последовательных этапах e1 и e2 на основании спектральных данных, хранящихся в базе данных B₂. Сначала на основании спектральных данных, хранящихся в базе данных B₂, формируют спектр Sa случайного шума (этап e1), a затем на основании спектра Sa случайного шума формируют нормированный спектр Sa(n) случайного шума (этап e2). Формирование нормированного спектра случайного шума Sa(n) подробнее описано ниже со ссылками на фиг.4.

На фиг.4 показан пример временного спектра, полученного при помощи метода связанной частицы. Этот спектр отображает время, разделяющее момент обнаружения альфа-частицы и гамма-излучения, на основании которого можно вывести значение времени пролета нейтронов. Например, спектр, показанный на фиг.4, содержит уровень шума b, характеризующий уровень случайных совпадений, выше которого находятся пик p1 очень слабой амплитуды, который соответствует γ-квантам, индуцированным в генераторе G1, пик p2 сильной амплитуды, который отображает истинные совпадения исследуемого объекта, и пик p3 средней амплитуды, который отображает события, не соответствующие исследуемому объекту. Временная ширина Δt пика p2 является временным диапазоном, относящимся к исследуемому объекту. На этапе e1, например, выбирают события временного спектра во временном диапазоне Δt(Sa), отрицательном относительно временного диапазона, связанного с исследуемым объектом, и отличным от временного диапазона, связанного с исследуемым объектом, затем на основании этих выбранных событий строят спектр Sa случайного фона, связанный со случайными совпадениями. Предпочтительно продолжительность Δt(Sa) превышает или равна временному диапазону Δt исследуемого объекта, что позволяет получить более высокую статистическую точность. Затем на этапе e2 спектр Sa нормируют по ширине Δt временного диапазона исследуемого объекта. Коэффициент нормирования равен Δt/Δt(Sa).

Нормированный спектр Sa(n), полученный после завершения этапа е2, вычитают из спектра шума Sb на этапе 6. В результате получают спектр Sn гамма-излучения исследуемого объекта, не содержащий случайного шума. Затем осуществляют поиск химического(их) элемента(ов) на основании спектра Sn при помощи алгоритма обработки, который применяют известным образом на этапе 8 (см. фиг.3). Поиск химического(их) элемента(ов) осуществляют при помощи контрольных данных, заранее внесенных в список, хранящийся в базе данных Bs. База данных Bs содержит данные полного спектра для каждого из химических элементов, которые могут быть обнаружены. Энергетическое разрешение детектора D1 не позволяет производить обработку по линиям в отличие от детектора D2. Следовательно, на этапе 8 применяют обратную свертку всего спектра Sn для выделения относительного участия каждого присутствующего элемента. Обратную свертку осуществляют с применением алгоритма коррекции при помощи данных, содержащихся в базе Bs. Затем часть событий в Sn, связанную с элементом X, нормируют по общему числу импульсов в Sn. Затем вычисляют процентное содержание F_x элемента в полном спектре со связанной с ним дисперсией σ(F_x). Элемент X считают обнаруженным, если, например, выполняется следующее неравенство:

σ(F_x)/F_x<50%

Этап 7 (фиг.3) поиска химического(их) элемента(ов) на основании спектров S₀ и S₁ осуществляют при помощи алгоритма обработки A1.

На фиг.5 показаны элементарные этапы алгоритма A1. Алгоритм A1 определяет присутствие химических элементов, которые соответствуют линиям гамма-излучения, внесенным в базу контрольных данных B_RC. Алгоритм А1 включает поиск возможных интерференций излучения неупругого взаимодействия посредством анализа спектра S₀.

Как известно, любой искомый элемент X характеризуется набором из n линий захватного гамма-излучения со значениями энергии E1^x, E2^x, …, En^x, характерными для природных изотопов элемента X. В рамках изобретения существует риск интерференции захватных линий, которые соответствуют искомым элементам, с линиями захватного излучения элементов, отличных от искомых элементов, или с линиями неупругого взаимодействия, связанными с остаточной эмиссией генератора G1 между интенсивными импульсами, излучаемыми генератором G2. Целью алгоритма А1 является выбор в списке линий, связанных с каждым искомым элементом X, - линий, имеющих достаточную интенсивность и с низким риском интерференции.

Алгоритм А1 содержит этап ES1 обработки спектра S₁, этап N нормирования спектра S₀, этап ES2 обработки нормированного спектра S₀, этап 16 вычитания, на котором результат этапа ES2 обработки вычитают из результата обработки ES1, этап 17 подтверждения линии и этап 18 определения присутствия элемента.

Этап ES1 обработки последовательно содержит этап 10 поиска пиков, этап 11 выделения чистых зон и этап 12 подтверждения обнаружения линий. Каждый из этих этапов сам по себе известен. За этапом 10 поиска пиков для каждого обнаруженного пика следует этап выделения чистой зоны А пика. На фиг.6 показан пик спектра гамма-излучения. Чистая зона А пика, показанного на фиг.6, является поверхностью пика, которая превышает уровень фона Комптона Вс. Линия E^x _i элемента X считается обнаруженной в спектре, если чистая зона A_S1(E^x _i) линии E^x _i удовлетворяет, например, уравнению:

σ[A_S1(E^x _i)]/A_S1(E^x _i)<50%,

при σ[A_S1(E^x _i)]=[A_S1(E^x _i)+2Bc_S1(E^x _i)]^1/2, где Bc_S1(E^x _i) является фоном Комптона, соответствующим линии E^x _i.

Этот критерий примерно соответствует уровню надежности 95% и может быть скорректирован в зависимости от требуемой степени ложной тревоги.

Целью этапа нормирования N является устранение нежелательных составляющих, содержащихся в спектре S₀. Этими нежелательными составляющими являются пики, соответствующие излучениям неупругого взаимодействия, связанным с остаточным испусканием генератора G2 между интенсивными импульсами, и находящиеся в такой близости от одной из линий захвата E1^x, E2^x, …, En^x искомого элемента, при которой способность энергетического разделения детектора D2 не позволяет отличить линию неупругого взаимодействия от линии захватного излучения. Этап нормирования N содержит вычисление коэффициента нормирования F. Коэффициент нормирования F по существу пропорционален числу нейтронов интенсивностью I₄, испускаемых в течение продолжительности T4, которая разделяет два импульса, и по существу обратно пропорционален числу нейтронов, испускаемых в течение продолжительности T2 нейтронного импульса интенсивностью I₂.

Коэффициент F можно, например, получить при помощи уравнения:

F=(I₄×Т₄)/(I₂×T₂)×[(1-ТМ(Т₄))/(1-ТМ(Т₂))],

где ТМ(Т4) и ТМ(Т2) являются соответственно временем ожидания электроники обработки E, которая обрабатывает электрические сигналы, поступающие в результате обнаружения гамма-излучений, обнаруживаемых в течение продолжительностей T4, и временем ожидания электроники обработки E, которая обрабатывает электрические сигналы, поступающие в результате обнаружения гамма-излучений, обнаруживаемых в течение продолжительностей T2.

Коэффициент F можно также получить эмпирическим путем, измерив значения интенсивности линий гамма-излучений неупругого взаимодействия во время фазы калибровки, осуществляемой в условиях, аналогичных условиям измерения при осмотре, в течение продолжительностей T2 и T4. При этом линии гамма-излучения, используемые для вычисления коэффициента F, выбирают точно по их интенсивности, по их энергии, а также поскольку они не имеют известной интерференции с захватным излучением. Затем строят нормированный спектр S₀(n), умножая число импульсов в каждом энергетическом канале спектра S₀ гамма-излучения на коэффициент F.

За этапом N нормирования следует этап обработки ES2. Этап обработки ES2, как известно, содержит поиск пиков, присутствующих в нормированном спектре S₀(n) (этап 13), выделение чистых зон A_S0(nor)(E^x _i) пиков нормированного спектра (этап 14) и этап подтверждения обнаружения линии (этап 15). Из каждой чистой зоны захвата A_S1(E^x _i) линии E^x _i, полученной на этапе 12, вычитают на этапе 16 нормированную чистую зону A_S0(nor)(E^x _i), полученную на этапе 15. В случае, если на этапе 13 не обнаружено пика (что происходит чаще всего), нормированную чистую зону A_S0(nor)(E^x _i), связанную с энергией E^x _i, определяют как равную нулю. На выходе этапа 16 получают чистую зону An_S1(E^x _i), не содержащую влияний неупругого взаимодействия, а именно:

An_S1(E^x _i)=A_S1(E^x _i)-A_S0(nor)(E^x _i).

Линию захватного излучения элемента X подтверждают на этапе 17, если, например, выполняется следующее соотношение:

σ[An_S1,(E^x _i)]/An_S1(E^x _i)<50%, при:

σ[An_S1(E^x _i)]²=σ[A_S1(E^x _i)²+σ[A_S0(nor)(E^x _i)]²=[A_sl(E^xi)+2Bc_S1(E^x _i)]+F²[A_S0(E^x _i)+2Bc_S0(E^x _i)]

База данных B_RC содержит данные весовых коэффициентов W, относящиеся к каждой линии, которая может быть обнаружена. Весовые данные W линии элемента X зависят от вероятности обнаружения линии, от риска интерференции линии с идентичными линиями элементов, отличных от элемента X, и от общего числа линий, которые соответствуют элементу X. Сумма весовых коэффициентов всех линий одного элемента равна 1. На основании данных весовых коэффициентов W, хранящихся в базе B_RC, и информации подтверждения dV(E^x _i), полученной на этапе 17, для каждой линии захватного излучения со значением энергии E^x _i на этапе 18 вычисляют взвешенную сумму весовых коэффициентов линий, обнаруженных для элемента X. Использование нескольких линий, а не только одной наиболее интенсивной линии позволяет ограничить возможность того, что наиболее интенсивная линия может принадлежать на самом деле к элементу, не являющемуся предметом поиска, для которой возможность интерференции с этой линией не была предусмотрена. Таким образом, другие линии, ожидаемые для элемента X, хотя и являются потенциально менее интенсивными, позволяют подтвердить присутствие элемента. В принципе наиболее интенсивная линия имеет самый высокий весовой коэффициент W, если только она не имеет возможной известной интерференции с элементом, не являющимся предметом поиска, часто встречающимся в осматриваемых объектах или в их окружении. Определение весового коэффициента каждой линии E1^x, E2^x, …, En^x искомого элемента является результатом компромисса между чувствительностью обнаружения и риском интерференции. Элемент X считают обнаруженным, если вычисленная сумма весовых коэффициентов обнаруженных линий превышает регулируемый порог S, например, равный 0,5. В результате этапа 18 получают двоичные данные d_j ^x для отображения результата - произошло обнаружение элемента X или нет.

Этап 9 (см. фиг.3) является этапом принятия решения, который осуществляют при помощи алгоритма А4 на основании данных d_I ^x и d_j ^x, полученных на соответствующих этапах 8 и 7. По завершении этапа принятия решения производят тревожный сигнал S(alerte), если данные d_I ^x или d_j ^x подтверждают присутствие элемента X. На этапе принятия решения выдается сигнал отсутствия химического элемента, если данные, которые могут подтвердить или опровергнуть наличие химического элемента, не подтверждают его присутствие. Для некоторых запрещенных веществ наличие этих веществ позволяет исключить определение содержания некоторых химических элементов. Для этого, согласно усовершенствованному варианту способа в соответствии с настоящим изобретением, предусмотрено вычисление относительного содержания некоторых обнаруженных химических элементов, например, относительное содержание углерода (C), азота (N) и кислорода (O), чтобы отличить наркотики и взрывчатые вещества от безобидных веществ, которые тоже содержат эти химические элементы.

1. Способ обнаружения химического элемента (X) в объекте с помощью нейтронного облучения объекта, характеризующийся тем, что нейтронное облучение объекта представляет собой непрерывное испускание нейтронов из нейтронного генератора (G1) связанных частиц и испускание нейтронных импульсов, которые накладываются на указанное непрерывное испускание нейтронов, при этом нейтронные импульсы получают посредством импульсного генератора (G2) нейтронов, который генерирует нейтронные импульсы с длительностью импульса T2, при этом два последовательных нейтронных импульса разделены интервалом T4, при этом непрерывное и импульсное нейтронное облучение объекта вызывает захватное гамма-излучение и гамма-излучение неупругого взаимодействия.

2. Способ по п.1, в котором:
обнаруживают гамма-излучение неупругого взаимодействия и захватное гамма-излучение при помощи технологии связанной частицы в течение интервалов T4, разделяющих импульсы длительностью T2,
формируют (4, 5) в диапазоне времени пролета нейтронов относительно объекта первый спектр (S_b) гамма-излучения на основании гамма-излучения неупругого взаимодействия и захватного гамма-излучения, обнаруженных на этапе обнаружения при помощи технологии связанной частицы,
формируют (e1) в диапазоне времени, отличном от диапазона времени пролета нейтронов относительно объекта, или в любом другом диапазоне времени пролета нейтронов относительно любого другого объекта, который находится рядом с указанным объектом, случайный спектр (Sa) фона, связанного со случайными совпадениями, на основании гамма-излучения неупругого взаимодействия и захватного гамма-излучения, обнаруженных на этапе обнаружения при помощи технологии (4) связанной частицы,
формируют (e2) на основании случайного спектра (Sa) фона, связанного со случайными совпадениями, нормированный случайный спектр (Sa(n)) фона по указанному временному диапазону относительно объекта,
вычитают (6) первый спектр (S_b) гамма-излучения и нормированный случайный спектр (Sa(n)) фона для формирования второго спектра (S_n) гамма-излучения, и
выполняют этап (8) поиска присутствия химического элемента в объекте при помощи второго спектра (S_n) гамма-излучения и контрольных спектров (B_s) химических элементов, подлежащих обнаружению, для получения первых данных (d_I ^x), свидетельствующих о присутствии или отсутствии химического элемента (X) в объекте.

3. Способ по п.2, в котором дополнительно:
обнаруживают захватное гамма-излучение и гамма-излучение неупругого взаимодействия при использовании метода импульсного нейтронного опроса в течение длительности импульсов T2 и во время интервалов T4, разделяющих импульсы с длительностью T2,
формируют (2) третий спектр (S₁) гамма-излучения на основании захватного гамма-излучения и гамма-излучения неупругого взаимодействия, обнаруженных во время интервалов T4 при использовании метода импульсного нейтронного опроса,
формируют (ES1) на основании третьего спектра (S₁) гамма-излучения первые данные (A_S1(E^x _i)), характеризующие по меньшей мере одну линию (E₁ ^x, E₂ ^x, …, E_n ^x) захватного излучения химического элемента (X),
формируют (1) четвертый спектр (S₀) гамма-излучения, состоящий из множества энергетических каналов, на основании излучения неупругого взаимодействия, обнаруженного в течение длительности импульсов T2 при использовании метода импульсного нейтронного опроса,
формируют (N) нормированный спектр (S_(nor)) гамма-излучения на основании четвертого спектра (S₀) гамма-излучения, при этом формирование нормированного спектра (S_(nor)) гамма-излучения осуществляют путем умножения содержимого каждого энергетического канала четвертого спектра гамма-излучения на коэффициент нормирования (F), по существу пропорциональный числу нейтронов, излученных во время интервала T4, и по существу обратно пропорциональный числу нейтронов, излученных в течение длительности T2,
формируют (ES2) на основании нормированного спектра (S_(nor)) гамма-излучения вторые данные (A_S0(nor)(E^x _i)), характеризующие фон гамма-излучения неупругого взаимодействия,
выполняют этап вычитания (16) первых данных (A_s1(E^x _i)) и вторых данных (A_S0(nor)(E^x _i)),
выполняют этап подтверждения (17) присутствия или отсутствия химического элемента (X) в объекте в зависимости от результата этапа вычитания, и
если присутствие химического элемента (X) в объекте подтверждено, выполняют дополнительный этап (18), на котором получают вторые данные (d_J ^x), позволяющие подтвердить или отменить подтверждение присутствия химического элемента (X) на основании результата этапа подтверждения (17) и данных весовых коэффициентов (W(E1^x), W(E2^x), …, (WEn^x)), относящихся к различным линиям захватного гамма-излучения химического элемента (X), причем значения весовых коэффициентов присваивают в зависимости от вероятности обнаружения и риска интерференции, связанных с каждой линией.

4. Способ по п.3, в котором коэффициент нормирования F получают при помощи уравнения:
F=(I₄×T4)/(I₂×T2)×[(1-ТМ(Т4))/(1-ТМ(Т2))],
где ТМ(Т4) и ТМ(Т2) соответственно представляют собой мертвое время обрабатывающей электроники (E), которая обрабатывает электрические сигналы, получаемые при обнаружении гамма-излучения во время интервалов T4, и мертвое время обрабатывающей электроники (E), которая обрабатывает электрические сигналы, получаемые при обнаружении гамма-излучения в течение длительностей T2.

5. Способ по п.3, в котором на этапе (9) принятия решения формируют тревожный сигнал (S(alerte)), если первые данные (d_I ^x) или вторые данные (d_J ^x) подтверждают присутствие химического элемента.

6. Способ по п.5, в котором, если подтверждается присутствие нескольких химических элементов, выполняют дополнительный этап, на котором вычисляют относительное содержание всех или части химических элементов, присутствие которых подтверждено.

7. Способ по п.2, в котором указанное обнаружение захватного гамма-излучения и гамма-излучения неупругого взаимодействия во время интервалов T4, разделяющих импульсы длительностью T2, осуществляют методом связанной частицы при помощи детектора (D1), предпочтительно выполненного с возможностью обнаружения гамма-излучения неупругого взаимодействия.

8. Способ по п.3, в котором указанное обнаружение при помощи технологии захватного гамма-излучения и гамма-излучения неупругого взаимодействия во время импульсов с длительностью T2 и во время интервалов T4, разделяющих импульсы длительностью T2, осуществляют методом импульсного нейтронного опроса при помощи детектора (D2), предпочтительно выполненного с возможностью обнаружения захватного гамма-излучения.

Использование: для определения золотоносности горных пород. Сущность: заключается в том, что осуществляют нейтронно-активационный анализ образца золотоносных сульфидов, формируют пробу в виде его зерна размером от 30-70 мкм, которую последовательно запаивают в полиэтиленовую пленку, упаковывают в фильтровальную бумагу и алюминиевую фольгу, подготовленную таким образом пробу подвергают облучению на реакторе в течение 15-17 час в потоке 1×1013 н/cм2×cек с последующим измерением в образце наведенной активности золота и его сателлитов на 7-12 день после облучения, параллельно с диапазоном измеряемой энергии 100-1800 кэВ и 50-160 кэВ по линии соответственно 1332 кэВ и 121.8 кэВ, после чего анализируют интенсивность ν - линии золота при 412 кэВ и путем сравнения с интенсивностью этой же линии в эталонных образцах рассчитывают количество золота в зернах.

Устройство для обнаружения и идентификации скрытых опасных веществ под водой // 2503955

Использование: для обнаружения и идентификации скрытых опасных веществ под водой. Сущность: заключается в том, что устройство для обнаружения и идентификации скрытых опасных веществ под водой содержит источник меченых монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, детектор γ-излучения с защитой от потока меченых монохроматических нейтронов, при этом рабочий модуль размещен в герметичном полимерном контейнере для подводных работ, выполненном с возможностью вакуумирования, снабженном соответствующими водонепроницаемыми разъемами для подвода кабелей Ethernet и питания, к стенке герметичного корпуса контейнера по направлению потока меченых монохроматических нейтронов крепится с помощью фланца водонепроницаемый патрубок, ось которого совпадает с направлением центрального пучка меченых монохроматических нейтронов; при этом патрубок выполнен в виде сильфона с возможностью продольных деформаций, а размер его поперечного сечения выбран исходя из условия пропускания всего потока меченых монохроматических нейтронов; контейнер для подводных работ снабжен опорами, а также системой его затопления.

Устройство для обнаружения и индентификации скрытых опасных веществ под водой (варианты) // 2503954

Использование: для обнаружения и идентификации скрытых опасных веществ под водой. Сущность заключается в том, что устройство для обнаружения и идентификации скрытых опасных веществ под водой содержит герметичный корпус, в котором размещены источник меченых монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, детектор γ-излучения с защитой от потока меченых монохроматических нейтронов, при этом герметичный корпус контейнера снабжен соединенным с ним водонепроницаемьм вакуумированным или газонаполненным патрубком, ось которого совпадает с направлением центрального пучка меченых монохроматических нейтронов; при этом патрубок выполнен в виде сильфона с возможностью продольных деформаций, а размер его поперечного сечения выбран исходя из условия пропускания всего потока меченых монохроматических нейтронов.

Способ элементного анализа сред и реализующее его устройство // 2478934

Изобретение относится к области элементного анализа - качественного обнаружения и количественного определения содержания элементов и элементного состава веществ, материалов и различных объектов.

Переносной обнаружитель опасных скрытых веществ // 2476864

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов радиационными методами с измерением вторичной эмиссии гамма-квантов с использованием нейтронов, в частности, для идентификации в полевых и стационарных условиях взрывчатых, наркотических или сильнодействующих ядовитых веществ, скрытых в различного типа легковых автомобилях.

Генератор меченых нейтронов // 2467317

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов радиационными методами с измерением вторичной эмиссии с использованием нейтронов, в частности для неразрушающего дистанционного контроля различных скрытых веществ.

Способ оценки загрязнения атмосферного воздуха тяжелыми металлами и другими химическими элементами с помощью эпифитных мхов // 2463584

Изобретение относится к области экологии, а именно к оценке загрязнения атмосферного воздуха населенных территорий тяжелыми металлами и другими химическими элементами по степени их накопления в эпифитном мхе Pylaisia polyantha (Hedw.) B.S.G.

Мобильное устройство для идентификации скрытых веществ (варианты) // 2457469

Способ идентификации скрытых взрывчатых веществ и наркотиков // 2444003

Изобретение относится к области обнаружения скрытых взрывчатых веществ (ВВ) и наркотических средств (НС) методом фотоядерного детектирования и может быть использовано в стационарных и подвижных установках, например, при досмотре багажа авиапассажиров, таможенном досмотре или разминировании территорий в рамках гуманитарных акций.

Устройство для обнаружения скрытых взрывчатых веществ и наркотических средств // 2442974

Изобретение относится к области обнаружения скрытых взрывчатых веществ (ВВ) и наркотических средств (НС) методом фотоядерного детектирования и может быть использовано в стационарных и подвижных установках при, например, досмотре багажа авиапассажиров, таможенном досмотре или разминировании территорий в рамках гуманитарных акций.

Способ и устройство для обнаружения алмазов в кимберлите // 2521723

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов радиационными методами с измерением вторичной эмиссии характерного ядерного гамма-излучения, возникающего под действием быстрых нейтронов, в частности, для обнаружения алмазов в породе - кимберлите. Устройство для обнаружения алмазов в кимберлите содержит транспортер подачи кимберлита в область облучения его потоком быстрых нейтронов, под которым расположен ускоритель дейтронов в качестве источника быстрых нейтронов, детекторы излучения, расположенные над транспортером, систему питания, систему приема и анализа данных с детекторов излучения, систему управления устройством, при этом в качестве источника быстрых нейтронов используется портативный нейтронный генератор, в котором протекает бинарная реакция d+t→α(3,5 МэВ)+n(14,1 МэВ), при этом портативный нейтронный генератор снабжен встроенным многоэлементным кремниевым альфа-детектором, устройство снабжено системой детекторов гамма-излучения, расположенной над транспортером, альфа-детектор и система детекторов гамма-излучения соединены с электроникой приема и анализа данных, которая с помощью линий связи соединена с системой управления устройством; устройство снабжено защитой детекторов гамма-излучения от прямого попадания в них нейтронного излучения от портативного нейтронного генератора. В изобретении используется принципиально другой физический способ обнаружения алмазов, основанный на регистрации характеристического гамма-излучения, возникающего при неупругом рассеянии нейтронов на ядрах исследуемого вещества. Технический результат - обнаружение крупных алмазов (более 5 каратов) в кимберлите до стадии дробления кусков породы, предотвращение разрушения крупных алмазов, повышение производительности добычи крупных алмазов. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Мобильный обнаружитель опасных скрытых веществ (варианты) // 2524754

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.

Досмотровый комплекс обнаружения опасных скрытых веществ (варианты) // 2549680

Использование: для обнаружения опасных скрытых веществ. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для обнаружения опасных скрытых веществ выполнено в виде двух модулей - досмотрового и модуля управления, соединенных кабелями Ethernet-соединения и питания, при этом досмотровый модуль содержит несколько источников меченых монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц с детекторами α-частиц и несколько детекторов γ-излучения, и выполнен в виде пункта для досмотра автомобилей, включающего площадку для размещения автомобиля и расположенную под ней досмотровую яму, где размещены источники меченых монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц с детекторами α-частиц, заключенные в вакуумные камеры и выполненные с возможностью облучения определенной области автомобиля по всей его ширине за одно измерение, а также защита детекторов γ-излучения от потока монохроматических нейтронов; детекторы γ-излучения расположены с обеих сторон площадки с возможностью их перемещения как по вертикали относительно автомобиля, так и в горизонтальном направлении, приближая или удаляя их от автомобиля; досмотровый модуль снабжен устройством поддержания определенных диапазонов температур и влажности воздуха в досмотровой яме. Технический результат: сокращение времени досмотра автомобилей, повышение надежности выявления опасных скрытых веществ, исключение использования ручной работы оператора при досмотре автомобиля, а также исключение участия водителя для перемещения автомобиля относительно источников монохроматических нейтронов, повышение радиационной безопасности при проведении досмотра и дополнительно обеспечение возможности использования установки в широких диапазонах рабочих температур и влажности. 4 н.п. ф-лы, 5 ил.

Способ обнаружения и идентификации скрытых веществ // 2559309

Использование: для радиационных методов анализа материалов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют облучение исследуемого объекта потоком нейтронов, измерение энергетического спектра индуцированного гамма-излучения, одновременную регистрацию, как минимум, двух гамма-квантов одного ядерного каскада, используют, как минимум, два гамма-детектора, сигналы с которых снимаются при условии совпадения по времени, и осуществляют автоматизированный анализ полученного спектра с помощью ЭВМ, при этом сканируемый объект облучают направленным пучком нейтронов с энергией 14.1 МэВ, испускаемых генератором на основе T(d,n)4He реакции со встроенным детектором альфа-частиц, фиксируют момент времени и направление испускания нейтрона, регистрируют гамма-кванты от неупругих ядерных реакций в процессе прохождения быстрых нейтронов через исследуемый объект, анализируют пары гамма-квантов, совпадающие по времени с сигналом альфа-детектора с учетом времени пролета нейтрона, по измеренным энергиям пар гамма-квантов строят двумерный корреляционный спектр и на основе значений в области характеристических пиков интересующих химических элементов определяют их концентрацию в сканируемом объекте. Технический результат: экспресс-определение концентраций целевых элементов (С, N, О - для выявления взрывчатых веществ; С и О - для определения нефтенасыщенности горных пород; Са, Al, Si - для контроля сырья на цементных заводах) в исследуемом объекте, улучшение пространственного разрешения, снижение минимально детектируемой массы интересующего вещества (особенно в сложном материальном окружении), снижение уровня ложных тревог (ошибочных сигналов об обнаружении опасного вещества), а также сокращение времени обработки зарегистрированного спектра. 4 ил.

Способ определения скорости гравитационного оседания частиц летучей золы выбросов промышленных предприятий в приземном слое атмосферы // 2569767

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов с помощью нейтронно-активационного анализа мхов-биомониторов. Способ заключается в том, что в заданном направлении от промышленного предприятия на разных расстояниях от 1 до 5 км отбирают не менее 5 образцов эпифитного мха Pylaisia polyantha (Hedw.) B.S.G. с коры берез, осин и тополей на высоте 1,5-2 м. Кроме того, один образец мха отбирают на фоновой территории с природно-климатическими условиями, одинаковыми с исследуемой территорией, и удаленной на расстояние более 100 км от промышленных центров в направлении, противоположном преимущественной розе ветров. Очищают образцы мха от инородных примесей, промывают дистиллированной водой, сушат при температуре от 80 до 100°C и гомогенизируют. Изготавливают от 5 до 10 параллельных представительных проб, подвергают их облучению потоком тепловых нейтронов в течение не более 5 часов. После спада активностей Na24 до безопасного уровня определяют удельную активность каждой пробы путем сравнения интенсивности гамма-линий радионуклидов химических элементов в пробе с интенсивностью гамма-линий эталонов. Значения концентраций химических элементов в образцах мхов, определенные с помощью нейтронно-активационного метода, методом наименьших квадратов аппроксимируют заданной зависимостью, определяя при этом численные значения включенных в нее коэффициентов, а затем рассчитывают скорость гравитационного оседания частиц летучей золы выбросов промышленного предприятия в приземном слое атмосферы из заданного соотношения. Достигается повышение достоверности и надежности определения. 4 табл., 4 ил.

Способ определения коэффициента вертикальной диффузии выбросов промышленных предприятий в приземном слое атмосферы // 2570392

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов, а именно к определению коэффициента вертикальной диффузии выбросов промышленных предприятий в приземном слое атмосферы с помощью нейтронно-активационного анализа. Способ заключается в том, что в заданном направлении от промышленного предприятия на разных расстояниях от 1 до 5 км отбирают не менее 5 образцов эпифитного мха Pylaisia polyantha (Hedw.) B.S.G. с коры берез, осин и тополей на высоте от 1,5 до 2 м. Кроме того, один образец отбирают на фоновой территории с природно-климатическими условиями, одинаковыми с исследуемой территорией, и удаленной на расстояние более 100 км от промышленных центров в направлении, противоположном преимущественной розе ветров. Очищают образцы мха от инородных примесей, промывают дистиллированной водой, сушат при температуре от 80 до 100°С, гомогенизируют и изготавливают от 5 до 10 параллельных представительных проб. При использовании нейтронно-активационного анализа пробы подвергают облучению потоком тепловых нейтронов в течение 5 часов. После спада активностей Na24 до безопасного уровня определяют удельную активность каждой пробы путем сравнения интенсивности гамма-линий радионуклидов химических элементов в пробе с интенсивностью гамма-линий эталонов. Значения концентраций химических элементов в образцах мхов, определенные с помощью нейтронно-активационного метода, методом наименьших квадратов аппроксимируют зависимостью вида: где qф - фоновая (природная) концентрация химического элемента в пробе, отобранной на территории, удаленной от промышленных предприятий на расстоянии не менее 100 км; х - расстояние от точек пробоотбора мхов до промышленного предприятия, определяя при этом численные значения коэффициентов А, С и θ, затем рассчитывают коэффициент пропорциональности вертикальной диффузии k1: где n - безразмерный параметр для интерполяции вертикального профиля скорости ветра: u(z)=u1zn, где u1 - среднегодовая скорость ветра на высоте 1 м; Н - высота трубы промышленного предприятия, и используют его для определения коэффициента вертикальной диффузии выбросов промышленных предприятий в приземном слое атмосферы по формуле: kz=k1z, где k1 - коэффициент пропорциональности вертикальной диффузии; z - высота от поверхности земли. Достигается возможность использования для любой местности независимо от ее рельефа и с учетом реализованных за время экспозиции состояний атмосферы. 4 ил., 4 табл.

Мобильное автономное устройство для обнаружения скрытых опасных веществ под водой // 2571885

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.

Способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете // 2593766

Изобретение относится к области нейтронно-радиационного анализа материалов с использованием их облучения тепловыми нейтронами и преимущественно может быть использовано для обнаружения азотосодержащих взрывчатых веществ в контролируемых предметах без их вскрытия. Способ предусматривает облучение тепловыми нейтронами камеры, оснащенной радиационной защитой и по меньшей мере одним детектором гамма-излучения, определение энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры в диапазоне энергии гамма-квантов 5-11 МэВ, подсчет количества зарегистрированных при облучении камеры фоновых гамма-квантов с энергиями от 9,9 до 11,0 МэВ, размещение в камере эталонного железосодержащего материала с известным массовым содержанием железа, облучение его тепловыми нейтронами, определение энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения эталонного железосодержащего материала в диапазоне энергии гамма-квантов 5-11 МэВ, размещение в камере эталонного хромсодержащего материала с известным массовым содержанием хрома, облучение его тепловыми нейтронами, определение энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения эталонного хромсодержащего материала в диапазоне энергии гамма-квантов 5-11 МэВ, размещение в камере контролируемого предмета, облучение его тепловыми нейтронами, определение энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с контролируемым предметом в диапазоне энергии гамма-квантов 5-11 МэВ, подсчет количества зарегистрированных при облучении находящегося в камере контролируемого предмета гамма-квантов с энергиями от 9,9 до 11,0 МэВ, определение предполагаемого количества фоновых гамма-квантов путем суммирования с количеством зарегистрированных при облучении камеры фоновых гамма-квантов поправки, полученной на основании анализа энергетических спектров контролируемого предмета и эталонных железосодержащего и хромсодержащего материалов, и принятие решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении количеством зарегистрированных при облучении находящегося в камере контролируемого предмета гамма-квантов с энергиями от 9,9 до 11,0 МэВ предполагаемого количества фоновых гамма-квантов. Технический результат - снижение вероятности ложной тревоги в случае наличия в контролируемом предмете материалов, содержащих железо или хром. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ определения массы силикатных отложений на единицу длины канала и устройство для его реализации // 2594116

Изобретение относится к области измерительной техники. Способ определения массы силикатных отложений на единицу длины канала включает в себя этапы, на которых осуществляют облучение силикатных отложений нейтронами, регистрацию гамма-квантов, при этом облучение проводят быстрыми нейтронами, регистрацию гамма-квантов проводят после облучения, анализируют спектр гамма-квантов на наличие энергетического пика 1,78±0,18 МэВ от кремния, определяют массу силикатного отложения на единицу длины канала по количеству гамма-квантов указанной энергии в соответствии с градуировочной зависимостью. Технический результат - расширение области применения технического решения для определения массы силикатов. 1 ил.

Установка для сухого обогащения кимберлитовой руды методом меченых нейтронов // 2612734

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов радиационными методами с измерением вторичной эмиссии характерного ядерного гамма-излучения, возникающего под действием быстрых нейтронов, в частности, для обнаружения алмазов в породе - кимберлите. Установка для сухого обогащения кимберлитовой руды методом меченых нейтронов выполнена в виде соединенных между собой линиями связи и питания двух модулей - модуля оператора, включающего в себя систему приема и анализа данных с детекторов излучения, систему управления устройством, и досмотрового модуля-контейнера, в котором размещены устройство подачи кимберлитовой руды в область облучения ее потоком быстрых нейтронов, портативный нейтронный генератор со встроенным многоэлементным кремниевым альфа-детектором, система детекторов гамма-излучения и защита детекторов гамма-излучения, а также бункеры концентрата и пустой руды. Контейнер снабжен загрузочным бункером с дозатором, оборудование досмотрового модуля размещено на раме. Устройство подачи кимберлитовой руды в область облучения ее потоком быстрых нейтронов выполнено в виде привода с лотком с возможностью высыпания его содержимого в зависимости от результата облучения. Спектроскопический канал детекторов гамма-излучения снабжен системой термокоррекции. Защита детекторов гамма-излучения выполнена из материалов с атомным номером Z больше 70. Технический результат – повышение вероятности обнаружения алмазов, находящихся в кусках кимберлитовой руды. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.