Способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете

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.

 

Область техники

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.

Предшествующий уровень

Необходимость контроля больших потоков почтовых отправлений или проведения досмотра ручной клади и багажа пассажиров, прежде всего, на авиационном транспорте, в условиях ограниченного времени, отводимого для контроля или досмотра, требует применения способов обнаружения взрывчатых веществ и реализующих их технических средств, которые не предусматривают вскрытие и визуальный досмотр каждого контролируемого предмета, но обеспечивают оперативное обнаружение взрывчатых веществ с высокой вероятностью правильного обнаружения при малом количестве ошибок ложной тревоги.

В настоящее время среди многочисленных известных способов обнаружения взрывчатых веществ, которые основаны на нейтронно-радиационном анализе, широкое практическое применение нашли способы обнаружения взрывчатого вещества с использованием облучения тепловыми нейтронами для определения химических элементов, входящих в состав взрывчатого вещества. Такие известные способы обнаружения взрывчатого вещества и реализующие их установки (US 5078952 А, 1992; US 5114662 А, 1992; US 5144140 А, 1992; US 5153439 А, 1992; ЕР 0336634 В1, 1993; RU 2009475 С1, 1994; RU 2011974 С1, 1994; US 5388128 А, 1995, RU 2046324 С1, 1995, RU 2065156 С1, 1996; RU 2206080 С1, 2003; RU 2262097 С1, 2004; RU 2280248 С1, 2006; RU 65650 U1, 2007; RU 2343460 С1, 2009; RU 100271 U1, 2010) в общей для них части предусматривают размещение контролируемого предмета в камере с радиационной защитой, облучение его тепловыми нейтронами, регистрацию испускаемого контролируемым предметом гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ, получение на основании результатов регистрации гамма-излучения распределения концентрации азота в контролируемом предмете и определение наличия в нем взрывчатого вещества по факту повышенной концентрации азота.

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

Однако при осуществлении указанных известных способов некорректное определение предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов приводит либо к пропуску взрывчатого вещества, либо к ошибкам обнаружения типа ложной тревоги.

Кроме космического гамма-излучения, которое достаточно стабильно, может быть измерено и поэтому учтено, фоновое гамма-излучение с энергиями квантов, близкими к 10,8 МэВ, обусловлено, прежде всего, следующими причинами:

- взаимодействием тепловых нейтронов с ядрами атомов азота наполняющего камеру и окружающего ее воздуха;

- взаимодействием не претерпевших замедления быстрых нейтронов, формируемых нейтронным генератором или радионуклидным источником, например, на основе калифорния-252, с ядрами атомов йода йодистого натрия, который используется в качестве сцинтилляторов в детекторах гамма-излучения;

- взаимодействием тепловых нейтронов с ядрами атомов целого ряда других химических элементов, испускающими гамма-излучение с энергиями гамма-квантов, достаточно близкими по значению к 10,8 МэВ, в частности, с ядрами атомов хрома и железа;

- одновременностью регистрации двух или более испускаемых гамма-квантов меньших энергий, сумма которых близка к значению 10,8 МэВ.

Поэтому при осуществлении всех указанных известных способов необходимо экспериментальное определение предполагаемого количества регистрируемых фоновых гамма-квантов в процессе предварительной калибровки установки для обнаружения взрывчатого вещества без размещения в ней контролируемого предмета перед вводом ее в эксплуатацию.

Однако при применении установки по назначению из-за размещения в камере контролируемых предметов, состав химических элементов содержимого которых не известен, количество регистрируемых фоновых гамма-квантов указанной выше энергии весьма существенно изменяется. В результате этого, если при обнаружении взрывчатого вещества в контролируемом предмете реальное фоновое гамма-излучение окажется выше предполагаемого значения фонового гамма-излучения, экспериментально определенного в процессе калибровке при отсутствии в камере контролируемого предмета, возрастет вероятность ложной тревоги. При противоположном соотношении реального и предполагаемого значений фонового гамма-излучения, наоборот, повысится вероятность пропуска взрывчатого вещества.

Поэтому недостатками всех перечисленных известных способов обнаружения взрывчатого вещества, основанных на нейтронно-радиационном анализе, являются высокие значения вероятностей ложной тревоги и пропуска взрывчатого вещества. Данное обстоятельство связано с тем, что указанные способы на стадии принятия решения о наличии взрывчатого вещества не предусматривают учета изменения фонового гамма-излучения с энергией квантов около 10,8 МэВ, которое происходит в результате размещения в камере контролируемого предмета.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является известный способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете (RU 2276352 С2, 2006).

При осуществлении известного способа, являющегося ближайшим аналогом, сначала облучают тепловыми нейтронами камеру с радиационной защитой при отсутствии в ней контролируемого предмета, регистрируют испускаемое гамма-излучение, определяют энергетический спектр гамма-излучения камеры в диапазоне энергии гамма-квантов от 1 до 13 МэВ, размещают контролируемый предмет в камере, облучают его тепловыми нейтронами и определяют энергетический спектр гамма-излучения камеры с размещенным в ней контролируемым предметом в том же диапазоне энергии. Определяют предполагаемое количество фоновых гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ, зарегистрированных при облучении тепловыми нейтронами камеры с контролируемым предметом, с учетом трех поправочных коэффициентов, определяемых отношениями количеств гамма-квантов с энергиями, соответственно, 2,0-2,4 МэВ, 2,7-2,9 МэВ и 3,5-10,1 МэВ, зарегистрированных при облучении пустой камеры и при облучении камеры с контролируемым предметом. Затем на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней контролируемым предметом подсчитывают количество зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 9,2 до 10,2 МэВ и количество зарегистрированных гамма-квантов с энергиями от 3,4 до 7,7 МэВ, определяют их отношение и сравнивают полученное отношение с пороговым значением, равным 0,0007. В случае, если полученное отношение не превышает порогового значения, выделяют и подсчитывают гамма-кванты с энергией, находящейся в заданном интервале 9,9-11,0 МэВ и принимают решение о наличии взрывчатого вещества при превышении количеством выделенных гамма-квантов предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов. В случае превышения полученным отношением указанного порогового значения выделяют и подсчитывают гамма-кванты с энергией, находящейся в заданном интервале 10,2-11,0 МэВ и принимают решение о наличии взрывчатого вещества при превышении количеством выделенных гамма-квантов предполагаемого количества зарегистрированных фоновых гамма-квантов.

Использование при осуществлении известного способа, являющегося ближайшим аналогом, результатов анализа зарегистрированных спектров гамма-излучения в диапазонах энергии гамма-квантов 2,0-2,4 МэВ, 2,7-2,9 МэВ и 3,5-10,1 МэВ, полученных при облучении пустой камеры и камеры с размещенным в ней контролируемым предметов, обеспечило по сравнению с другими перечисленными выше аналогами снижение вероятностей ложной тревоги и пропуска взрывчатого вещества за счет более корректного определения предполагаемого значения фонового гамма-излучения путем частичного учета изменений указанных выше трех основных составляющих фонового гамма-излучения, обусловленных влиянием размещенного в камере контролируемого предмета.

Кроме того, результат дополнительного анализа полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней контролируемым предметом в диапазонах энергии гамма-квантов 9,2-10,2 МэВ и 3,4-7,7 МэВ позволил по сравнению с рассмотренными выше аналогами более рационально выбирать диапазон энергии тех зарегистрированных гамма-квантов с энергиями около 10,8 МэВ, на основании количества которых принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете, что в некоторой степени дополнительно снижает вероятность ложной тревоги, обусловленной возможным наличием в контролируемом предмете материалов, содержащих хром, железо и селен.

Однако, как показали дальнейшие исследования авторов настоящего изобретения, некоторые из которых являются также авторами и ближайшего аналога, возможности снижения вероятности ложной тревоги из-за возможного наличия в контролируемом предмете хрома и железа техническим решением, являющимся ближайшим аналогом, далеко не исчерпаны.

Вместе с тем, в условиях, когда в контролируемом предмете содержатся материалы, содержащие хром и железо, ядра атомов этих химических элементов при взаимодействии с тепловыми нейтронами также испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов достаточно широкого диапазона спектра, в том числе, с энергиями, достаточно близкими по значению к 10,8 МэВ. Как известно, ядра атомов хрома испускают гамма-кванты с энергией около 9,7 МэВ, 8,8 МэВ, 8,5 МэВ, 7,9 МэВ, 7,4 МэВ и 6,6 МэВ, а железа - с энергией около 10,0 МэВ, 9,3 МэВ, 8,9 МэВ, 8,4 МэВ, 7,6 МэВ, 7,3 МэВ, 6,0 МэВ и 4,8 МэВ. При регистрации гамма-излучения в процессе выделения испущенных ядрами атомов азота гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале, включающем значение 10,8 МэВ, могут быть выделены и ошибочно зарегистрированы в качестве гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, якобы испущенных ядрами атомов азота, испущенные ядрами атомов хрома и железа как одиночные гамма-кванты, имеющие большие из указанных значений энергии, так и два или более гамма-квантов меньших энергий, зарегистрированных одновременно. Данное обстоятельство вызывает увеличение вероятности ложной тревоги при обнаружении взрывчатого вещества.

Поэтому недостатком способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, являющегося ближайшим аналогом, как и всех перечисленных выше известных способов обнаружения взрывчатого вещества, основанных на нейтронно-радиационном анализе с использованием облучения тепловыми нейтронами, являются высокое значение вероятности ложной тревоги в случае наличия в контролируемом предмете материалов, содержащих железо или хром.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения явилось создание способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, который обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в снижении вероятности ложной тревоги в случае наличия в контролируемом предмете материалов, содержащих железо или хром.

Поставленная задача решена и технический результат достигнут, согласно настоящему изобретению, тем, что способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, включающий, в соответствии с ближайшим аналогом, 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 с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, подсчет количества зарегистрированных при облучении камеры фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями, включающем значение 10,8 МэВ, размещение контролируемого предмета в камере, облучение находящегося в камере контролируемого предмета тепловыми нейтронами, определение энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с контролируемым предметом в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, подсчет количества N зарегистрированных при облучении находящегося в камере контролируемого предмета гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями, включающем значение 10,8 МэВ, определение предполагаемого количества фоновых гамма-квантов путем введения поправки к количеству зарегистрированных при облучении камеры фоновых гамма-квантов на основании изменения энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с контролируемым предметом по отношению к энергетическому спектру зарегистрированного гамма-излучения камеры и принятие решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении количеством N зарегистрированных при облучении находящегося в камере контролируемого предмета гамма-квантов предполагаемого количества фоновых гамма-квантов, отличается от ближайшего аналога тем, что перед размещением контролируемого предмета размещают в камере эталонный железосодержащий материал с известным массовым содержанием железа, облучают тепловыми нейтронами находящийся в камере эталонный железосодержащий материал, определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней эталонным железосодержащим материалом в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения эталонного железосодержащего материала, извлекают из камеры эталонный железосодержащий материал, размещают в камере эталонный хромсодержащий материал с известным массовым содержанием хрома, облучают тепловыми нейтронами находящийся в камере эталонный хромсодержащий материал, определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней эталонным хромсодержащим материалом в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения эталонного хромсодержащего материала и извлекают из камеры хромсодержащий материал, а для определения поправки к количеству зарегистрированных при облучении камеры фоновых гамма-квантов определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения контролируемого предмета, на основании энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения контролируемого предмета подсчитывают количество N₁ гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями, включающем значение 10,8 МэВ, а также количество N₂ гамма-квантов с энергией, находящейся в оставшемся интервале энергетического спектра, на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения эталонного железосодержащего материала подсчитывают количество N_Ж1 гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, а также количество N_Ж2 гамма-квантов с энергией, находящейся в оставшемся интервале энергетического спектра, на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения эталонного хромсодержащего материала подсчитывают количество N_X1 гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, а также количество N_X1 гамма-квантов с энергией, находящейся в оставшемся интервале энергетического спектра, определяют обусловленную наличием в контролируемом предмете железосодержащих и хромсодержащих материалов поправку к количеству зарегистрированных фоновых гамма-квантов на основании известных массового содержания железа и хрома в эталонных материалах и полученных количеств гамма-квантов с энергиями, находящимися в двух указанных выше интервалах энергии энергетических спектров контролируемого предмета, эталонного железосодержащего материала и эталонного хромсодержащего материала, и определяют предполагаемое количество фоновых гамма-квантов путем суммирования с полученной поправкой количества зарегистрированных при облучении камеры фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями, включающем значение 10,8 МэВ.

При этом определение энергетических спектров зарегистрированного гамма-излучения камеры, контролируемого предмета, эталонного железосодержащего материала и эталонного хромсодержащего материала осуществляют для гамма-квантов с энергиями от 5 до 11 МэВ.

Подсчет количеств зарегистрированных гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями, включающем значение 10,8 МэВ, в энергетических спектрах зарегистрированного гамма-излучения камеры, контролируемого предмета, эталонного железосодержащего материала и эталонного хромсодержащего материала осуществляют в диапазоне от 9,9 до 11,0 МэВ.

Определение энергетических спектров зарегистрированного гамма-излучения эталонного железосодержащего материала, эталонного хромсодержащего материала и контролируемого предмета осуществляют путем вычитания энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры из энергетических спектров зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней эталонным железосодержащим материалом, камеры с находящимся в ней эталонным хромсодержащим материалом и камеры с находящимся в ней контролируемым предметом, соответственно.

Обусловленную наличием в контролируемом предмете железосодержащих и хромсодержащих материалов поправку к количеству зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, определяют согласно зависимости ΔN_Ф=m_Ж(N_Ж1+М_Ж2)/М_Ж+m_Х(N_Х1+М_Х2)/М_Х, где m_Ж - массовое содержание железа в материалах, находящихся в контролируемом предмете, m_Ж=M_X(N₁N_X2-N₂N_X1)/(N_Ж1N_Ж2-N_Ж2N_X1), m_X - массовое содержание хрома в материалах, находящихся в контролируемом предмете, m_X=M_X(N₁-N_Ж1(N₁N_X2-N₂N_X1)/(N_Ж1N_X2-N_Ж2N_X1))/N_X1, М_Ж - массовое содержание железа в эталонном железосодержащем материале, М_Х - массовое содержание хрома в эталонном хромсодержащем материале.

Для сравнения количества N зарегистрированных гамма-квантов с полученным с учетом поправки предполагаемым количеством зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, определяют логарифм отношения правдоподобия следующего вида L=(Nln(1+N_O/(N_Ф+ΔN_Φ))-N_O), где N_O - полученное экспериментально при предварительной калибровке количество регистрируемых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, в случае наличия в контролируемом предмете азотосодержащего взрывчатого вещества минимальной обнаруживаемой массы, N_Ф - количество зарегистрированных при облучении камеры фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями, включающем значение 10,8 МэВ, и сравнивают полученный логарифм L отношения правдоподобия с нижним и верхним пороговыми значениями, равными соответственно L₁=ln((1-Р_ПО)/(1-Р_ЛТ)) и L₂=ln(Р_ПО/Р_ЛТ), где Р_ПО - требуемая вероятность правильного обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете; Р_ЛТ - требуемая вероятность ложной тревоги. Размещение в камере эталонного железосодержащего материала с известным массовым содержанием железа перед размещением контролируемого предмета, облучение его тепловыми нейтронами, определение энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения эталонного железосодержащего материала в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, а также после извлечения из камеры эталонного железосодержащего материала размещение в ней 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 с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, позволяет оценить влияние на энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения наличие в камере материалов с известными массовыми содержаниями железа и хрома.

Последующее определение энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения контролируемого предмета, подсчет с его использованием количества N₁ гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями, включающем значение 10,8 МэВ, а также количества N₂ гамма-квантов с энергией, находящейся в оставшемся интервале энергетического спектра, подсчет с использованием полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения эталонного железосодержащего материала количества N_Ж1 гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, а также количества N_Ж2 гамма-квантов с энергией, находящейся в оставшемся интервале энергетического спектра, и подсчет с использованием полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения эталонного хромсодержащего материала количества N_X1 гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, а также количества N_X2 гамма-квантов с энергией, находящейся в оставшемся интервале энергетического спектра, позволяют определить сначала массовые содержания железа и хрома, содержащихся в материалах, находящихся в контролируемом предмете, а затем обусловленную наличием в контролируемом предмете железосодержащих и хромсодержащих материалов необходимую поправку к количеству зарегистрированных при облучении пустой камеры фоновых гамма-квантов.

Суммирование с полученной поправкой количества зарегистрированных при облучении пустой камеры фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями, включающем значение 10,8 МэВ, позволяет достаточно точно и корректно определить предполагаемое количество фоновых гамма-квантов при облучении в камере контролируемого предмета с учетом находящихся в нем материалов, содержащих железо и хром.

В результате этого при принятии решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете в случае превышения количеством зарегистрированных при облучении находящегося в камере контролируемого предмета гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями, включающем значение 10,8 МэВ, предполагаемого количества фоновых гамма-квантов снижается вероятность ложной тревоги в условиях наличия в контролируемом предмете материалов, содержащих железо или хром.

Указанные обстоятельства подтверждают достижение декларированного в задаче настоящего изобретения технического результата благодаря наличию у заявляемого способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете перечисленных отличительных признаков.

В соответствии с настоящим изобретением, сущность заявляемого способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете заключается в следующем:

- перед размещением контролируемого предмета облучают тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ камеру, оснащенную радиационной защитой и, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения;

- регистрируют гамма-излучение путем преобразования гамма-квантов, по меньшей мере, одним детектором гамма-излучения в электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов, и сравнения амплитуд электрических импульсов с пороговыми значениями;

- определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ. На практике предпочтительным является определение энергетического спектра в диапазоне значений энергии от 5 до 11 МэВ;

- на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры подсчитывают количество N_Ф зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ. На практике количество таких зарегистрированных фоновых гамма-квантов подсчитывают в интервале значений энергии от 9,9 до 11,0 МэВ;

- затем размещают в камере эталонный железосодержащий материал с известным массовым содержанием М_Ж железа;

- облучают тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ находящийся в камере эталонный железосодержащий материал;

- регистрируют гамма-излучение путем преобразования гамма-квантов в электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов, и сравнения амплитуд электрических импульсов с пороговыми значениями;

- определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней эталонным железосодержащим материалом в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, а затем энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения эталонного железосодержащего материала путем вычитания из полученного энергетического спектра энергетического спектра пустой камеры, полученного ранее. На практике предпочтительным является определение энергетического спектра в диапазоне значений энергии от 5 до 11 МэВ;

- затем извлекают из камеры эталонный железосодержащий материал и размещают в ней эталонный хромсодержащий материал с известным массовым содержанием М_Х хрома;

- облучают тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ находящийся в камере эталонный хромсодержащий материал;

- регистрируют гамма-излучение путем преобразования гамма-квантов в электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов, и сравнения амплитуд электрических импульсов с пороговыми значениями;

- определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней эталонным хромсодержащим материалом в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, а затем энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения эталонного хромсодержащего материала путем вычитания из полученного энергетического спектра энергетического спектра пустой камеры, полученного ранее. На практике предпочтительным является определение энергетического спектра в диапазоне значений энергии от 5 до 11 МэВ;

- затем извлекают из камеры хромсодержащий материал и размещают в ней контролируемый предмет;

- облучают тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ находящийся в камере контролируемый предмет;

- регистрируют гамма-излучение путем преобразования гамма-квантов в электрические импульсы с амплитудами, пропорциональными энергиям гамма-квантов, и сравнения амплитуд электрических импульсов с пороговыми значениями;

- определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней контролируемым предметом в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ. На практике предпочтительным является определение энергетического спектра в диапазоне значений энергии от 5 до 11 МэВ;

- на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения подсчитывают количество N гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ. При этом на практике подсчитывают гамма-кванты с энергией в интервале 9,9-11,0 МэВ;

- для сравнения количества N зарегистрированных гамма-квантов с полученным количеством N_Ф зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, определяют логарифм отношения правдоподобия, например, следующего вида L=(Nln(1+N_О/N_Ф)-N_О), где N_О - полученное экспериментально при предварительной калибровке количество регистрируемых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, в случае наличия в контролируемом предмете азотосодержащего взрывчатого вещества минимальной обнаруживаемой массы;

- сравнивают полученный логарифм L отношения правдоподобия с нижним и верхним пороговыми значениями, равными соответственно L1=ln((1-Р_ПО)/(1-Р_ЛТ)) и L₂=ln(Р_ПО/Р_ЛТ), где Р_ПО - требуемая вероятность правильного обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете; Р_ЛТ - требуемая вероятность ложной тревоги. Если величина логарифма L отношения правдоподобия лежит между нижним и верхним пороговыми значениями L₁ и L₂ (L₁<L<L₂), решение о наличии или отсутствии взрывчатого вещества с требуемыми вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги на этом этапе принято быть не может. В этом случае продолжают регистрацию гамма-излучения и сравнивают текущее значение полученного логарифма L отношения правдоподобия до тех пор, пока оно не станет меньше нижнего или больше верхнего пороговых значений. Если в результате сравнения логарифм L отношения правдоподобия окажется меньше нижнего порогового значения L₁(L<L₁), принимают решение об отсутствии взрывчатого вещества и контролируемый предмет извлекают из камеры и снимают с контроля;

- при превышении логарифмом L отношения правдоподобия установленного для него верхнего порогового значения L₂(L>L₂) определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения контролируемого предмета путем вычитания из энергетического спектра камеры с находящимся в ней контролируемым предметом энергетического спектра пустой камеры;

- на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения контролируемого предмета подсчитывают количество N₁ гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, а также количество N₂ гамма-квантов с энергией, находящейся в оставшемся интервале энергетического спектра. При этом на практике выделяют гамма-кванты с энергиями в заданном интервале от 9,9 до 11,0 МэВ и в оставшемся интервале от 5,0 до 9,9 МэВ;

- на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения эталонного железосодержащего материала подсчитывают количество N_Ж1 гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, а также количество N_Ж2 гамма-квантов с энергией, находящейся в оставшемся интервале энергетического спектра. При этом на практике выделяют гамма-кванты с энергиями в заданном интервале от 9,9 до 11,0 МэВ и в оставшемся интервале от 5,0 до 9,9 МэВ;

- на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения эталонного хромсодержащего материала подсчитывают количество N_X1 гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, а также количество N_X2 гамма-квантов с энергией, находящейся в оставшемся интервале энергетического спектра. При этом на практике выделяют гамма-кванты с энергиями в заданном интервале от 9,9 до 11,0 МэВ и в оставшемся интервале от 5,0 до 9,9 МэВ;

- определяют массовые содержания железа и хрома в материалах, находящихся в контролируемом предмете, на основании полученных значений количеств N₁, N₂, N_Ж1, N_Ж2, N_X1 и N_X2 зарегистрированных гамма-квантов, а также известных массового содержания М_Ж железа и массового содержания М_Х хрома в эталонных материалах. Определение массового содержания m_Ж железа и массового содержания m_Х хрома в материалах, находящихся в контролируемом предмете, осуществляют путем решения системы двух линейных уравнений

которое имеет следующий вид:

- определяют обусловленную наличием в контролируемом предмете железосодержащих и хромсодержащих материалов поправку ΔN_Ф к предполагаемому количеству N_Φ зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, согласно следующей зависимости:

- для сравнения количества N зарегистрированных гамма-квантов с полученным с учетом поправки предполагаемым количеством (N_Ф+ΔN_Ф) зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, определяют логарифм отношения правдоподобия, например, следующего вида L=(Nln(1+N_О/(N_Ф+ΔN_Φ))-N_O);

- сравнивают полученный логарифм L отношения правдоподобия с нижним и верхним пороговыми значениями, равными соответственно L₁=ln((1-Р_ПО)/(1-Р_ЛТ)) и L₂=ln(Р_ПО/Р_ЛТ). Если величина логарифма L отношения правдоподобия лежит между нижним и верхним пороговыми значениями L₁ и L₂ (L₁<L<L₂), решение о наличии или отсутствии взрывчатого вещества с требуемыми вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги на этом этапе принято быть не может. В этом случае продолжают регистрацию гамма-излучения и сравнивают текущее значение полученного логарифма L отношения правдоподобия до тех пор, пока оно не станет меньше нижнего или больше верхнего пороговых значений. Если в результате сравнения логарифм L отношения правдоподобия окажется меньше нижнего порогового значения L₁ (L<L₁), принимают решение об отсутствии взрывчатого вещества и контролируемый предмет извлекают из камеры и снимают с контроля. При превышении логарифмом L отношения правдоподобия установленного для него верхнего порогового значения L₂ (L>L₂) принимают решение о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете.

Затем контролируемый предмет извлекают из камеры и в случае принятия решения о наличии в нем взрывчатого вещества его направляют на вскрытие и визуальный досмотр.

Краткое описание чертежей

Осуществление способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 показана реализующая способ система для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, где 1 - контролируемый предмет, 2 - установка для нейтронно-радиационного анализа, 3 - горизонтальная шахта, 4 - транспортер, 5 - компьютер и 6 - сигнализатор тревоги.

На фиг. 2 показан продольный разрез по А-А установки 2 для нейтронно-радиационного анализа, показанной на фиг. 1, где 7 - корпус, 8 - радиационная защита, 9 - камера, 10 - излучатель тепловых нейтронов, 11 - детектор гамма-излучения, 12 - боковой отражатель нейтронов и 13 - нижний отражатель нейтронов.

На фиг. 3 показан продольный разрез детектора 11 гамма-излучения, где 14 - корпус детектора, 15 - стакан нейтронного фильтра, 16 - сцинтиллятор и 17 - фотоэлектронный умножитель.

На фиг. 4 показана структурная схема входящей в установку 2 для нейтронно-радиационного анализа электронной аппаратуры, где 18 - усилитель и 19 - аналого-цифровой преобразователь.

Наилучшее осуществление изобретения

Реализующая заявляемый способ система для обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете содержит (см.: фиг. 1) установку 2 для нейтронно-радиационного анализа, проходящий через горизонтальную шахту 3 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа транспортер 4, компьютер 5 с сигнализатором 6 тревоги и электронную аппаратуру, структурная схема которой приведена на фиг. 4. Транспортер 4 предназначен для перемещения контролируемого предмета 1 через горизонтальную шахту 3 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа и выполнен с возможностью останова с малым выбегом. В качестве компьютера 5 может быть использована персональная ЭВМ.

Установка 2 для нейтронно-радиационного анализа содержит (см.: фиг. 2) корпус 7, внутри которого размещена радиационная защита 8, выполненная из борированного полиэтилена для снижения уровня нейтронного излучения и свинца для снижения уровня гамма-излучения до допустимых значений. Сквозь корпус 7 и радиационную защиту 8 проходит горизонтальная шахта 3 с расположенной вдоль нее в нижней ее части лентой транспортера 4. В центральной части горизонтальной шахты

3 находится камера 9, образованная двумя боковыми отражателями 12 нейтронов и нижним отражателем 13 нейтронов и предназначенная для размещения контролируемого предмета 1 при его облучении тепловыми нейтронами. Боковые отражатели 12 нейтронов и нижний отражатель 13 нейтронов выполнены из полиэтилена в виде пластин с размерами, не менее соответствующих габаритных размеров камеры 9, и установлены вдоль нее соответственно вертикально и горизонтально заподлицо с ее соответствующими стенками. Боковые отражатели 12 нейтронов и нижний отражатель 13 нейтронов предназначены для увеличения доли тепловых нейтронов за счет замедления в материале отражателей быстрых нейтронов, попавших из излучателя 10 тепловых нейтронов, и обеспечения равномерности распределения тепловых нейтронов по объему контролируемого предмета 1. Над камерой 9 в выполненной в радиационной защите 8 полости установлен излучатель 10 тепловых нейтронов, который выполнен в виде радионуклидного источника быстрых нейтронов на основе калифорния-252 с возможностью их последующего замедления полиэтиленом до тепловых значений энергии около 0,025 эВ и подобен по конструкции излучателю тепловых нейтронов, используемому при осуществлении одного из известных способов (RU 2065156 С1, 1996). В выполненной в радиационной защите 8 полости под камерой 9 за нижним отражателем 13 нейтронов установлены детекторы 11 гамма-излучения. Для обеспечения возможности останова ленты транспортера 4, когда контролируемый предмет 1 по горизонтальной шахте 3 попадает в камеру 9, установка 2 для нейтронно-радиационного анализа снабжена датчиком останова, который размещен в камере 9, может быть выполнен в виде концевых контактов или на основе источника и приемника оптического излучения и на фигурах не показан.

Детектор 11 гамма-излучения (см.: фиг. 3) содержит выполненный из алюминия корпус 14 детектора с размещенным внутри его фотоэлектронным умножителем 17, находящимся в оптическом контакте с помещенным в стакан 15 нейтронного фильтра сцинтиллятором 16. В качестве сцинтиллятора 16 наиболее предпочтительно применение неорганического сцинтиллятора на основе йодистого натрия, активированного таллием. Для уменьшения воздействия на сцинтиллятор 16 тепловых нейтронов, проникающих из камеры 9, он размещен в стакане 15 нейтронного фильтра, который выполнен герметичным с двойными стенками и двойным дном, полость между которыми заполнена материалом, снижающим поток тепловых нейтронов, например, карбонатом лития, фторидом лития или фосфатом лития.

Входящая в состав установки 2 для нейтронно-радиационного анализа электронная аппаратура содержит несколько идентичных по структуре каналов, количество которых равно числу используемых детекторов 11 гамма-излучения. Каждый канал содержит (см.: фиг. 4) последовательно соединенные фотоэлектронный умножитель 17 детектора 11 гамма-излучения, усилитель 18 и аналого-цифровой преобразователь 19, выход которого подключен к входу компьютера 5. Кроме того, выходы компьютера 5 соединены с входом сигнализатора 6 тревоги, предназначенного для формирования сигналов наличия или отсутствия взрывчатого вещества в контролируемом предмете 1, а также с приводом транспортера 4 для подачи сигналов пуска и останова транспортера 4, который на фигурах не показан.

Система, реализующая заявляемый способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, работает следующим образом.

На этапе ввода в эксплуатацию системы обнаружения взрывчатого вещества первоначально облучают тепловыми нейтронами пустую камеру 9 без размещения в ней каких-либо предметов для получения энергетического спектра ее гамма-излучения. Для этого открывают не показанную на фигурах заслонку излучателя 10 тепловых нейтронов, который испускает тепловые нейтроны с энергией около 0,025 эВ во внутреннюю полость камеры 9. При облучении тепловыми нейтронами камеры 9, радиационной защиты 8, детекторов 11 гамма-излучения и других узлов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа происходит радиационный захват тепловых нейтронов ядрами атомов химических элементов, входящих в состав использованных в них материалов, а также азота воздуха, в результате чего эти ядра атомов переходят в возбужденное состояние. Переход ядер атомов из возбужденного состояния в основное сопровождается испусканием гамма-квантов с различными значениями энергии.

Некоторая часть указанных гамма-квантов попадает в сцинтилляторы 16 детекторов 11 гамма-излучения (см.: фиг. 3) и вызывает в них световые вспышки, яркость которых пропорциональна энергиям попавших гамма-квантов. Фотоэлектронный умножитель 17 детектора 11 гамма-излучения преобразует испускаемое сцинтиллятором 16 оптическое излучение световой вспышки от каждого гамма-кванта в электрический импульс с амплитудой, пропорциональной энергии попавшего в сцинтиллятор 16 гамма-кванта. После усиления усилителем 18 (см.: фиг. 4) электрические импульсы от гамма-квантов поступают на аналого-цифровой преобразователь 19, который преобразует амплитудное значение каждого электрического импульса от гамма-кванта в цифровой код, который вводится в компьютер 5.

Компьютер 5 посредством сравнения с пороговыми значениями поступивших цифровых кодов, соответствующих амплитудным значениям электрических импульсов от гамма-квантов и, следовательно, энергиям зарегистрированных гамма-квантов, определяет, к какому из поддиапазонов энергии шириной, например, ΔЕ=12-13 кэВ в диапазоне энергии от 5 до 11 МэВ по значению своей энергии принадлежит каждый зарегистрированный гамма-квант, и подсчитывает и запоминает число зарегистрированных за время 5-10 минут гамма-квантов, имеющих значение энергии в пределах каждого поддиапазона. В результате этого получают энергетический спектр гамма-излучения, испускаемого материалами пустой камеры 9, радиационной защиты 8, детекторов 11 гамма-излучения и других элементов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа, который заносится в запоминающее устройство компьютера 5.

На основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения пустой камеры 9 компьютер 5 определяет и запоминает количество N_Ф зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ. На практике количество таких зарегистрированных фоновых гамма-квантов компьютер 5 определяет в интервале от 9,9 до 11,0 МэВ.

Затем закрывают не показанную на фигурах заслонку излучателя 10 тепловых нейтронов, размещают в камере 9 эталонный железосодержащий материал с известным массовым содержанием М_Ж железа, например, 1 кг железа, и вновь открывают не показанную на фигурах заслонку излучателя 10 тепловых нейтронов, обеспечивая облучение тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ находящегося в камере эталонного железосодержащего материала.

При облучении тепловыми нейтронами железосодержащего материла, камеры

9, радиационной защиты 8, детекторов 11 гамма-излучения и других узлов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа ядра атомов химических элементов, входящих в состав использованных в них материалов, а также азота воздуха испускают гамма-кванты с различными значениями энергии, которые аналогичным образом регистрируются в течение 5-10 минут. Компьютер 5 аналогичным образом определяет и запоминает энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения камеры 9 с находящимся в ней эталонным железосодержащим материалом в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ. На практике предпочтительным является определение энергетического спектра в диапазоне значений энергии от 5 до 11 МэВ. Затем компьютер 5 определяет и запоминает энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения эталонного железосодержащего материала путем вычитания из полученного энергетического спектра энергетического спектра пустой камеры, осуществляемого последовательным вычитанием количеств зарегистрированных гамма-квантов этих энергетических спектров, относящихся к каждому из указанных выше поддиапазонов энергии шириной ΔЕ=12-13 кэВ.

Далее закрывают не показанную на фигурах заслонку излучателя 10 тепловых нейтронов, извлекают из камеры 9 эталонный железосодержащий материал, размещают в камере 9 эталонный хромсодержащий материал с известным массовым содержанием М_Х хрома, например, 100 г оксида хрома, и вновь открывают не показанную на фигурах заслонку излучателя 10 тепловых нейтронов, обеспечивая облучение тепловыми нейтронами с энергией около 0,025 эВ находящегося в камере эталонного хромсодержащего материала.

При облучении тепловыми нейтронами хромсодержащего материла, камеры 9, радиационной защиты 8, детекторов 11 гамма-излучения и других узлов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа ядра атомов химических элементов, входящих в состав использованных в них материалов, а также азота воздуха испускают гамма-кванты с различными значениями энергии, которые аналогичным образом регистрируются в течение 5-10 минут, обеспечивая аналогичное определение и запоминание компьютером 5 сначала энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры 9 с находящимся в ней эталонным хромсодержащим материалом, а затем энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения эталонного железосодержащего материала в диапазоне значений энергии от 5 до 11 МэВ.

Далее вновь закрывают не показанную на фигурах заслонку излучателя 10 тепловых нейтронов и извлекают из камеры 9 эталонный хромсодержащий материал. В результате этих действий система готова к выполнению нейтронно-радиационного анализа контролируемого предмета 1.

Контролируемый предмет 1 устанавливают на ленту транспортера 4 и с клавиатуры компьютера 5 запускают транспортер 4. Когда контролируемый предмет 1 будет доставлен транспортером 4 в камеру 9 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа, сигналом с датчика останова, не показанного на фигурах, будет остановлена лента транспортера 4 с контролируемым предметом 1. Затем открывают не показанную на фигурах заслонку излучателя 10 тепловых нейтронов, которая также может открываться сигналом с датчика останова.

Тепловые нейтроны с энергией около 0,025 эВ испускаются излучателем 10 тепловых нейтронов во внутреннюю полость камеры 9 и облучают, в том числе, контролируемый предмет 1. При облучении тепловыми нейтронами контролируемого предмета 1, камеры 9, радиационной защиты 8, детекторов 11 гамма-излучения и других элементов установки 2 для нейтронно-радиационного анализа в результате их радиационного захвата ядрами атомов химических элементов, входящих в состав содержащихся в них материалов, ядра атомов испускают гамма-кванты с различными значениями энергии.

В частности, при облучении тепловыми нейтронами, в том числе, азотосодержащих материалов, находящихся в контролируемом предмете 1, будет происходить радиационный захват тепловых нейтронов ядрами атомов азота-14, в результате чего образуются ядра атомов азота-15 в возбужденном состоянии. Переход ядер атомов азота-15 из возбужденного состояния в основное будет происходить с испусканием гамма-квантов с энергией около 10,8 МэВ с вероятностью перехода около 0,14.

Кроме того, в условиях, когда в контролируемом предмете 1 содержатся материалы, содержащие хром и железо, ядра атомов этих химических элементов при взаимодействии с тепловыми нейтронами также испускают гамма-излучение с энергиями гамма-квантов достаточно широкого диапазона спектра, в частности, ядра атомов хрома испускают гамма-кванты с энергией около 9,7 МэВ, 8,8 МэВ, 8,5 МэВ, 7,9 МэВ, 7,4 МэВ и 6,6 МэВ, а железа - с энергией около 10,0 МэВ, 9,3 МэВ, 8,9 МэВ, 8,4 МэВ, 7,6 МэВ, 7,3 МэВ, 6,0 МэВ и 4,8 МэВ. При регистрации гамма-излучения в процессе выделения испущенных ядрами атомов азота гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале, включающем значение 10,8 МэВ, могут быть выделены и ошибочно зарегистрированы в качестве гамма-квантов с энергией 10,8 МэВ, якобы испущенных ядрами атомов азота, испущенные ядрами атомов хрома и железа как одиночные гамма-кванты, имеющие большие из указанных значений энергии, так и два или более гамма-квантов меньших энергий, зарегистрированных одновременно, что может привести к ложной тревоге при обнаружении азотосодержащего взрывчатого вещества.

Некоторая часть гамма-квантов, испускаемых при облучении тепловыми нейтронами камеры 9 с находящимся в ней контролируемым предметом 1, аналогичным образом регистрируется, обеспечивая аналогичное определение и запоминание компьютером 5 энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры 9 с находящимся в ней контролируемым предметом 1. На основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры 9 с находящимся в ней контролируемым предметом 1 компьютер 5 определяет и запоминает количество N зарегистрированных гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ. На практике количество таких зарегистрированных фоновых гамма-квантов компьютер 5 определяет в интервале от 9,9 до 11,0 МэВ.

Для сравнения количества N зарегистрированных гамма-квантов с полученным количеством N_Ф зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, в частности, в интервале от 9,9 до 11,0 МэВ, компьютер 5 определяет логарифм отношения правдоподобия следующего вида L=(Nln(1+N_О/N_Ф)-N_О), где N_О - полученное экспериментально при предварительной калибровке количество регистрируемых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, в частности, в интервале от 9,9 до 11,0 МэВ, в случае наличия в контролируемом предмете 1 азотосодержащего взрывчатого вещества минимальной обнаруживаемой массы.

Затем компьютер 5 сравнивает полученный логарифм L отношения правдоподобия с хранящимися в его запоминающем устройстве нижним и верхним пороговыми значениями, равными L₁=ln((1-Р_ПО)/(1-Р_ЛТ)) и L₂=ln(Р_ПО/Р_ЛТ), соответственно, где Р_ПО - требуемая вероятность правильного обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете 1; Р_ЛТ - требуемая вероятность ложной тревоги.

Если величина логарифма L отношения правдоподобия лежит между нижним и верхним пороговыми значениями L₁ и L₂ (L₁<L<L₂), решение о наличии или отсутствии взрывчатого вещества с требуемыми вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги на этом этапе принято быть не может. В этом случае система продолжает регистрацию гамма-излучения, а ее компьютер 5 продолжает вычислять и сравнивать текущее значение полученного логарифма L отношения правдоподобия до тех пор, пока оно не станет меньше нижнего или больше верхнего пороговых значений.

Если в результате сравнения логарифм L отношения правдоподобия окажется меньше нижнего порогового значения L₁ (L<L₁), компьютер 5 выдает сигнал об отсутствии в контролируемом предмете 1 взрывчатого вещества на сигнализатор 6 тревоги, индицирующий его оператору системы, и подает сигнал на привод транспортера 4, запускающий транспортер 4, а контролируемый предмет 1 снимается с контроля, отправляясь по транспортеру 4 из зоны контроля.

При превышении логарифмом L отношения правдоподобия установленного для него верхнего порогового значения L₂ (L>L₂) проверяют, не является ли этот факт ложной тревогой, обусловленной возможным наличием в контролируемом предмете 1 железосодержащих и хромсодержаших материалов.

С этой целью компьютер 5 определяет и запоминает энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения контролируемого предмета 1 путем выполняемого аналогичным образом вычитания из энергетического спектра камеры 9 с находящимся в ней контролируемым предметом 1 энергетического спектра пустой камеры 9.

На основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения контролируемого предмета 1 компьютер подсчитывает количество N₁ гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, то есть в интервале от 9,9 до 11,0 МэВ, а также количество N₂ гамма-квантов с энергией, находящейся в оставшемся интервале энергетического спектра, то есть в интервале от 5,0 до 9,9 МэВ.

На основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения эталонного железосодержащего материала компьютер 5 подсчитывает количество N_Ж1 гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, то есть в интервале от 9,9 до 11,0 МэВ, а также количество N_Ж2 гамма-квантов с энергией, находящейся в оставшемся интервале энергетического спектра, то есть в интервале от 5,0 до 9,9 МэВ.

Кроме того, на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения эталонного хромсодержащего материала компьютер 5 подсчитывает количество N_X1 гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, то есть в интервале от 9,9 до 11,0 МэВ, а также количество N_X2 гамма-квантов с энергией, находящейся в оставшемся интервале энергетического спектра, то есть в интервале от 5,0 до 9,9 МэВ.

Затем компьютер 5 определяет массовое содержание m_Ж железа и массовое содержание m_Х хрома в материалах, находящихся в контролируемом предмете 1, на основании полученных значений количеств N₁, N₂, N_Ж1, N_Ж2, N_X1 и N_X2 зарегистрированных гамма-квантов, а также известных массового содержания М_Ж железа и массового содержания М_Х хрома в эталонных материалах в соответствии со следующими выражениями:

которые являются решением системы двух линейных уравнений следующего вида:

Далее компьютер 5 определяет обусловленную наличием в контролируемом предмете железосодержащих и хромсодержащих материалов поправку ΔN_Ф к предполагаемому количеству N_Ф зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, то есть в интервале от 9,9 до 11,0 МэВ, согласно следующей зависимости:

Для сравнения количества N зарегистрированных гамма-квантов с полученным с учетом поправки предполагаемым количеством (N_Ф+ΔN_Ф) зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, компьютер 5 определяет логарифм отношения правдоподобия следующего вида L=(Nln(1+N_O/(N_Φ+ΔN_Ф))-N_О) и сравнивает его с нижним и верхним пороговыми значениями, равными L₁=ln((1-Р_ПО)/(1-Р_ЛТ)) и L₂=ln(Р_ПО/Р_ЛТ), соответственно.

Если величина логарифма L отношения правдоподобия лежит между нижним и верхним пороговыми значениями L₁ и L₂ (L₁<L<L₂), решение о наличии или отсутствии взрывчатого вещества с требуемыми вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги на этом этапе принято быть не может. В этом случае система продолжает регистрацию гамма-излучения, а ее компьютер 5 продолжает аналогичным образом вычислять и сравнивать текущее значение полученного логарифма L отношения правдоподобия до тех пор, пока оно не станет меньше нижнего или больше верхнего пороговых значений.

Если в результате сравнения логарифм L отношения правдоподобия окажется меньше нижнего порогового значения L₁ (L<L₁), компьютер 5 выдает сигнал об отсутствии в контролируемом предмете 1 взрывчатого вещества на сигнализатор 6 тревоги, индицирующий его оператору системы, и подает сигнал на привод транспортера 4, запускающий транспортер 4, а контролируемый предмет 1 снимается с контроля, отправляясь по транспортеру 4 из зоны контроля.

При превышении логарифмом L отношения правдоподобия установленного для него верхнего порогового значения L₂ (L>L₂) компьютер 5 выдает сигнал о наличии в контролируемом предмете 1 взрывчатого вещества на сигнализатор 6 тревоги, индицирующий его оператору системы, и подает сигнал на привод транспортера 4, запускающий транспортер 4. Транспортер 4 перемещает контролируемый предмет 1 из горизонтальной шахты 3 установки 2 для нейтронно-радиационного анализа и после выхода контролируемого предмета 1 из горизонтальной шахты 3 его снимают с ленты транспортера 4 и отправляют на вскрытие и визуальный досмотр.

Промышленная применимость

Испытания опытного образца системы обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, созданной в соответствии с настоящим изобретением, показали принципиальную возможность обнаруживать с ее помощью современные азотосодержащие взрывчатые вещества с минимальной массой 100-200 г, например, в багаже авиапассажиров с типовой для такого багажа плотностью азота азотосодержащих материалов, не являющихся взрывчатыми веществами, от 2,3 до 2,4 г/дм³. Оцененная экспериментально по результатам испытаний вероятность правильного обнаружения азотосодержащего взрывчатого вещества минимальной массы 100 г в условиях наличия в контролируемых предметах железосодержащих и хромсодержащих материалов с суммарным массовым содержанием железа и хрома 600 г и 100 г, соответственно, составила не менее 0,98 при вероятности ложных тревог, не превышающей 0,015.

Приведенные материалы подтверждают возможность осуществления настоящего изобретения и решения поставленной задачи по созданию способа обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, который обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в снижении вероятности ложной тревоги в случае наличия в контролируемом предмете материалов, содержащих железо или хром.

1. Способ обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете, включающий 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 с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, подсчет количества зарегистрированных при облучении камеры фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями, включающем значение 10,8 МэВ, размещение контролируемого предмета в камере, облучение находящегося в камере контролируемого предмета тепловыми нейтронами, определение энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с контролируемым предметом в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, подсчет количества N зарегистрированных при облучении находящегося в камере контролируемого предмета гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями, включающем значение 10,8 МэВ, определение предполагаемого количества фоновых гамма-квантов путем введения поправки к количеству зарегистрированных при облучении камеры фоновых гамма-квантов на основании изменения энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры с контролируемым предметом по отношению к энергетическому спектру зарегистрированного гамма-излучения камеры и принятие решения о наличии взрывчатого вещества в контролируемом предмете при превышении количеством N зарегистрированных при облучении находящегося в камере контролируемого предмета гамма-квантов предполагаемого количества фоновых гамма-квантов, отличающийся тем, что перед размещением контролируемого предмета размещают в камере эталонный железосодержащий материал с известным массовым содержанием железа, облучают тепловыми нейтронами находящийся в камере эталонный железосодержащий материал, определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней эталонным железосодержащим материалом в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения эталонного железосодержащего материала, извлекают из камеры эталонный железосодержащий материал, размещают в камере эталонный хромсодержащий материал с известным массовым содержанием хрома, облучают тепловыми нейтронами находящийся в камере эталонный хромсодержащий материал, определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней эталонным хромсодержащим материалом в диапазоне энергии гамма-квантов с верхней границей, имеющей значение не менее 11 МэВ, определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения эталонного хромсодержащего материала и извлекают из камеры хромсодержащий материал, а для определения поправки к количеству зарегистрированных при облучении камеры фоновых гамма-квантов определяют энергетический спектр зарегистрированного гамма-излучения контролируемого предмета, на основании энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения контролируемого предмета подсчитывают количество N₁ гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями, включающем значение 10,8 МэВ, а также количество N₂ гамма-квантов с энергией, находящейся в оставшемся интервале энергетического спектра, на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения эталонного железосодержащего материала подсчитывают количество N_Ж1 гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, а также количество N_Ж2 гамма-квантов с энергией, находящейся в оставшемся интервале энергетического спектра, на основании полученного энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения эталонного хромсодержащего материала подсчитывают количество N_Х1 гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, а также количество N_Х2 гамма-квантов с энергией, находящейся в оставшемся интервале энергетического спектра, определяют обусловленную наличием в контролируемом предмете железосодержащих и хромсодержащих материалов поправку к количеству зарегистрированных фоновых гамма-квантов на основании известных массового содержания железа и хрома в эталонных материалах и полученных количеств гамма-квантов с энергиями, находящимися в двух указанных выше интервалах энергии энергетических спектров контролируемого предмета, эталонного железосодержащего материала и эталонного хромсодержащего материала, и определяют предполагаемое количество фоновых гамма-квантов путем суммирования с полученной поправкой количества зарегистрированных при облучении камеры фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями, включающем значение 10,8 МэВ.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение энергетических спектров зарегистрированного гамма-излучения камеры, контролируемого предмета, эталонного железосодержащего материала и эталонного хромсодержащего материала осуществляют для гамма-квантов с энергиями от 5 до 11 МэВ.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подсчет количеств зарегистрированных гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями, включающем значение 10,8 МэВ, в энергетических спектрах зарегистрированного гамма-излучения камеры, контролируемого предмета, эталонного железосодержащего материала и эталонного хромсодержащего материала осуществляют в диапазоне от 9,9 до 11,0 МэВ.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение энергетических спектров зарегистрированного гамма-излучения эталонного железосодержащего материала, эталонного хромсодержащего материала и контролируемого предмета осуществляют путем вычитания энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения камеры из энергетических спектров зарегистрированного гамма-излучения камеры с находящимся в ней эталонным железосодержащим материалом, камеры с находящимся в ней эталонным хромсодержащим материалом и камеры с находящимся в ней контролируемым предметом, соответственно.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обусловленную наличием в контролируемом предмете железосодержащих и хромсодержащих материалов поправку к количеству зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, определяют согласно зависимости ΔN_Ф=m_Ж(N_Ж1+N_Ж2)/M_Ж+m_Х(N_Х1+N_X2)/M_Х, где m_Ж - массовое содержание железа в материалах, находящихся в контролируемом предмете, m_Ж=М_Ж(N₁N_Х2-N₂N_Х1)/(N_Ж1N_Х2-N_Ж2N_Х1), m_Х - массовое содержание хрома в материалах, находящихся в контролируемом предмете, m_Х=M_Х(N₁-N_Ж1(N₁N_Х2-N₂N_Х1)/(N_Ж1N_X2-N_Ж2N_Х1))/N_Х1, М_Ж - массовое содержание железа в эталонном железосодержащем материале, М_Х - массовое содержание хрома в эталонном хромсодержащем материале.

6. Способ по п. 1 или 5, отличающийся тем, что для сравнения количества N зарегистрированных гамма-квантов с полученным с учетом поправки предполагаемым количеством зарегистрированных фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале значений энергии, включающем значение 10,8 МэВ, определяют логарифм отношения правдоподобия следующего вида: L=(Nln(1+N_О/(N_Ф+ΔN_Ф))-N_О), где N_О - полученное экспериментально при предварительной калибровке количество регистрируемых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями энергии, включающем значение 10,8 МэВ, в случае наличия в контролируемом предмете азотосодержащего взрывчатого вещества минимальной обнаруживаемой массы, N_Ф - количество зарегистрированных при облучении камеры фоновых гамма-квантов с энергией, находящейся в заданном интервале между нижним и верхним граничными значениями, включающем значение 10,8 МэВ, и сравнивают полученный логарифм L отношения правдоподобия с нижним и верхним пороговыми значениями, равными соответственно L₁=ln((1-Р_ПО)/(1-Р_ЛТ)) и L₂=ln(Р_ПО/Р_ЛТ), где Р_ПО - требуемая вероятность правильного обнаружения взрывчатого вещества в контролируемом предмете; Р_ЛТ - требуемая вероятность ложной тревоги.