RU114368U1

RU114368U1 - PORTABLE HAZARDOUS HIDDEN DETECTOR

Info

Publication number: RU114368U1
Application number: RU2011149378/28U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Михайлович Быстрицкий; Николай Иванович Замятин; Андрей Борисович Садовский; Михаил Григорьевич Сапожников; Вячеслав Михайлович Слепнёв
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Нейтронные технологии"
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2012-03-20

Abstract

1. Переносной обнаружитель опасных скрытых веществ, содержащий источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, заключенные в вакуумную камеру, детектор γ-излучения и регистрирующую электронику, включающую блок электроники сбора данных, пульт управления, блок программ приема и обработки данных, интерфейс пользователя и источники питания, устройство выполнено в виде двух переносных модулей - досмотрового модуля и модуля управления, соединенных кабелями Ethernet-соединения и питания, имеющих длину, обеспечивающую безопасную работу оператора, при этом в досмотровом модуле размещены источник меченых монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, детекторы γ-излучения и регистрирующая электроника; в модуле управления размещены пульт управления, блок программ приема и обработки данных, интерфейс пользователя и источник питания; при этом детектор γ-излучения размещен под углом, близким к 45° относительно направления потока меченых монохроматических нейтронов, перпендикулярно передней плоскости модуля, и снабжен защитой от потока меченых монохроматических нейтронов; притом досмотровый модуль снабжен жестко связанной с источником меченых монохроматических нейтронов системой наведения на объект досмотра на основе лазерных генераторов линий, для которой в корпусе досмотрового модуля предусмотрено светопрозрачное окно; в качестве детектора α-частиц используется многоэлементный кремниевый детектор, отличающийся тем, что снабжен дополнительным внешним детектором γ-излучения, соединенным с досмотровым моду 1. A portable detector of hazardous hidden substances containing a source of monochromatic neutrons and their accompanying monochromatic α-particles, an α-particle detector enclosed in a vacuum chamber, a γ-radiation detector and recording electronics, including a data collection electronics unit, a control panel, a reception program unit and data processing, user interface and power supplies, the device is made in the form of two portable modules - an inspection module and a control module, connected by Ethernet-connection and power cables, having a length that ensures the safe operation of the operator, while the source of tagged monochromatic neutrons is located in the inspection module and their accompanying monochromatic α-particles, an α-particle detector, γ-ray detectors and recording electronics; the control module contains a control panel, a block of programs for receiving and processing data, a user interface and a power source; the γ-radiation detector is located at an angle close to 45 ° relative to the direction of the flux of tagged monochromatic neutrons, perpendicular to the front plane of the module, and is equipped with a protection against the flux of tagged monochromatic neutrons; moreover, the inspection module is equipped with a system for guiding the object of inspection based on laser line generators rigidly connected to the source of labeled monochromatic neutrons, for which a translucent window is provided in the body of the inspection module; a multi-element silicon detector is used as an α-particle detector, characterized in that it is equipped with an additional external γ-radiation detector connected to the inspection mode

Description

Полезная модель 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. Кроме того, в пассивном режиме, при выключенном источнике нейтронов, изделие может служить детектором радиоактивных веществ.The utility model relates to the field of research or analysis of materials by radiation methods with the measurement of secondary emission of gamma rays using neutrons, in particular, for identification in field and stationary conditions of explosive, narcotic or potent toxic substances hidden in various types of cars. In addition, in passive mode, with the neutron source turned off, the product can serve as a detector of radioactive substances.

Известно устройство для идентификации скрытых веществ (переносной обнаружитель опасных скрытых веществ) - патент РФ №2380690, содержащее источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, заключенные в вакуумную камеру, детектор γ-излучения и регистрирующую электронику, включающую блок электроники сбора данных, пульт управления, блок программ приема и обработки данных, интерфейс пользователя и источники питания, устройство выполнено в виде двух переносных модулей - досмотрового модуля и модуля управления, соединенных кабелями Ethernet-соединения и питания, имеющих длину, обеспечивающую безопасную работу оператора, при этом в досмотровом модуле размещены источник меченых монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, детекторы γ-излучения и регистрирующая электроника; в модуле управления размещены пульт управления, блок программ приема и обработки данных, интерфейс пользователя и источник питания; при этом детектор γ-излучения размещен под углом близким к 45⁰ относительно направления потока меченых монохроматических нейтронов, перпендикулярно передней плоскости модуля, и снабжен защитой от потока меченых монохроматических нейтронов; при том досмотровый модуль снабжен жестко связанной с источником меченых монохроматических нейтронов системой наведения на объект досмотра на основе лазерных генераторов линий, для которой в корпусе досмотрового модуля предусмотрено светопрозрачное окно; в качестве детектора α-частиц используется многоэлементный кремниевый детектор.A device for identifying hidden substances (portable detector of dangerous hidden substances) is patent of the Russian Federation No. 2380690, containing a source of monochromatic neutrons and their accompanying monochromatic α-particles, an α-particle detector enclosed in a vacuum chamber, a γ-radiation detector and recording electronics, including data collection electronics block, control panel, data reception and processing program block, user interface and power sources, the device is made in the form of two portable modules - inspection module Control module connected cables Ethernet-connection and power supply having a length that ensures the safe operation of the operator, the in Inspection module has a source labeled monochromatic neutrons and associated monochromatic α-particles, α-particle detector, the detectors of γ-radiation and recording electronics; the control module contains a control panel, a block of data reception and processing programs, a user interface and a power source; wherein the γ-radiation detector is placed at an angle close to 45 ⁰ relative to the direction of the flux of labeled monochromatic neutrons, perpendicular to the front plane of the module, and is protected from the flux of labeled monochromatic neutrons; moreover, the inspection module is equipped with a guidance system on the basis of laser line generators, rigidly connected with the source of labeled monochromatic neutrons, for which a translucent window is provided in the case of the inspection module; a multi-element silicon detector is used as an α-particle detector.

Все данные существенные признаки, кроме выполнения детектора γ-излучения на основе кристалла LYSO есть и в предлагаемом техническом решении.All these essential features, except for the implementation of the γ-radiation detector based on the LYSO crystal, are also in the proposed technical solution.

Недостатками данного устройства, препятствующими его внедрению в практику обнаружения и идентификации скрытых опасных веществ в автомобилях являются следующие:The disadvantages of this device that impede its implementation in the practice of detection and identification of hidden dangerous substances in cars are the following:

1. Использование детектора гамма-квантов на основе кристалла LYSO, обладающего достаточно высоким уровнем собственной радиоактивности, не позволяет получить хорошее энергетическое разрешение по спектрометрическому каналу регистрации гамма-квантов и накладывает ограничение на величину минимально возможной интенсивности регистрируемого характеристического гамма-излучения. Энергетическое разрешение спектрометрического гамма-канала составляет 20% на линии гамма-излучения с энергией 0,511 МэВ.1. The use of a LYSO crystal gamma-ray detector with a sufficiently high level of intrinsic radioactivity does not allow a good energy resolution through the spectrometric channel for registering gamma-quanta and imposes a limitation on the minimum possible intensity of the recorded characteristic gamma radiation. The energy resolution of the spectrometric gamma channel is 20% on the line of gamma radiation with an energy of 0.511 MeV.

2. Габариты устройства не позволяют его использовать при обнаружении скрытых веществ в труднодоступных местах или при обследовании объектов досмотра удаленных от устройства на расстояния более 1,5 метра.2. The dimensions of the device do not allow it to be used when detecting hidden substances in hard-to-reach places or when inspecting objects of inspection that are more than 1.5 meters away from the device.

3. Отсутствие термокоррекции спектров гамма-излучения, полученных с помощью гамма-детектора, приводит к смещению положения пиков характеристического гамма-излучения, что, в свою очередь, приводит к ошибкам в определении искомых веществ и увеличивает число ложных тревог.3. The absence of thermal correction of the gamma-ray spectra obtained using the gamma-detector leads to a shift in the position of the peaks of the characteristic gamma-radiation, which, in turn, leads to errors in the determination of the desired substances and increases the number of false alarms.

4. Система наведения пучка меченых нейтронов на объект досмотра на основе лазерного генератора вертикальной линии, проходящей через центр пучка меченых нейтронов, позволяет совмещать ее только с вертикальной линией проходящей через центральную точку области обследования объекта досмотра, без учета его реальной формы.4. The system for pointing a tagged neutron beam to an object of inspection based on a laser generator of a vertical line passing through the center of a tagged neutron beam allows you to combine it only with a vertical line passing through the center point of the inspection area of the object of inspection, without taking into account its real shape.

Предлагаемая полезная модель предназначена для решения следующих технических задач - повышение светосилы устройства и чувствительности его по отношению к регистрируемому характеристическому ядерному гамма-излучению, повышение энергетического разрешения спектрометрического канала регистрации гамма-излучения, обеспечение возможности обнаружения и идентификации опасных скрытых веществ в труднодоступных местах, снижение количества ошибок, связанных с отсутствием термокоррекции гамма-спектров, необходимой при изменении температуры окружающей среды, повышение точности наведения потока меченых нейтронов на подозрительную область объекта досмотра. Дополнительно решается техническая задача уменьшения минимально регистрируемой массы скрытого опасного вещества, а также задача удобства эксплуатации устройства.The proposed utility model is intended to solve the following technical problems - increasing the luminosity of the device and its sensitivity with respect to the recorded characteristic nuclear gamma radiation, increasing the energy resolution of the spectrometric channel for detecting gamma radiation, providing the ability to detect and identify dangerous hidden substances in hard-to-reach places, reducing the number errors associated with the lack of thermal correction of gamma-ray spectra required when the temperature changes environment, improving the accuracy of aiming the neutron flux of labeled suspicious area on the inspection object. Additionally, the technical problem of reducing the minimum recorded mass of a hidden hazardous substance is solved, as well as the problem of ease of use of the device.

Для решения данных технических задач переносной обнаружитель опасных скрытых веществ, содержащий источник монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, заключенные в вакуумную камеру, детектор γ-излучения и регистрирующую электронику, включающую блок электроники сбора данных, пульт управления, блок программ приема и обработки данных, интерфейс пользователя и источники питания, устройство выполнено в виде двух переносных модулей - досмотрового модуля и модуля управления, соединенных кабелями Ethernet-соединения и питания, имеющих длину, обеспечивающую безопасную работу оператора, при этом в досмотровом модуле размещены источник меченых монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, детектор γ-излучения и регистрирующая электроника; в модуле управления размещены пульт управления, блок программ приема и обработки данных, интерфейс пользователя и источник питания; при этом детектор γ-излучения размещен под углом близким к 45° относительно направления потока меченых монохроматических нейтронов, перпендикулярно передней плоскости модуля, и снабжен защитой от потока меченых монохроматических нейтронов; при том досмотровый модуль снабжен жестко связанной с источником меченых монохроматических нейтронов системой наведения на объект досмотра на основе лазерных генераторов линий, для которой в корпусе досмотрового модуля предусмотрено светопрозрачное окно; в качестве детектора α-частиц используется многоэлементный кремниевый детектор, в отличие от прототипа снабжен дополнительным внешним детектором γ-излучения, соединенным с досмотровым модулем линией высоковольтного питания и спектрометрическим каналом, при этом оба детектора γ-излучения (расположенный внутри модуля досмотра и внешний детектор) выполнены на основе кристаллов BGO; лазерные генераторы линий установлены с возможностью указания на объекте досмотра габаритных размеров области облучения его потоком меченых монохроматических нейтронов; спектрометрические каналы обоих детекторов γ-излучения снабжены системой термокоррекции, состоящей из термодатчиков, закрепленных на кристаллах BGO, в тепловом контакте с ними, амплитудно-цифрового преобразователя и одноплатного миникомпьютера, при этом термодатчики соединены линией связи и линией питания с амплитудно-цифровым преобразователем, который соединен системной шиной с одноплатным миникомпьютером, подключенным к системе питания устройства и к модулю управления.To solve these technical problems, a portable detector of dangerous hidden substances, containing a source of monochromatic neutrons and their accompanying monochromatic α-particles, an α-particle detector enclosed in a vacuum chamber, a γ-radiation detector and recording electronics, including a data acquisition electronics unit, a control panel, block of programs for receiving and processing data, user interface and power sources, the device is made in the form of two portable modules - an inspection module and a control module connected by cable fuses of an Ethernet connection and power having a length that ensures the safe operation of the operator, while the inspection module contains a source of labeled monochromatic neutrons and their accompanying monochromatic α-particles, an α-particle detector, a γ-radiation detector and recording electronics; the control module contains a control panel, a block of data reception and processing programs, a user interface and a power source; wherein the γ-radiation detector is placed at an angle close to 45 ° relative to the direction of the flux of labeled monochromatic neutrons, perpendicular to the front plane of the module, and is protected from the flux of labeled monochromatic neutrons; moreover, the inspection module is equipped with a guidance system on the basis of laser line generators, rigidly connected with the source of labeled monochromatic neutrons, for which a translucent window is provided in the case of the inspection module; a multi-element silicon detector is used as an α-particle detector, unlike the prototype, it is equipped with an additional external γ-radiation detector connected to the inspection module by a high-voltage power line and a spectrometric channel, both γ-radiation detectors (located inside the inspection module and an external detector) made on the basis of BGO crystals; laser line generators are installed with the possibility of indicating on the object of inspection the overall dimensions of the irradiation region by its flux of labeled monochromatic neutrons; The spectrometric channels of both γ-radiation detectors are equipped with a thermal correction system consisting of temperature sensors mounted on BGO crystals in thermal contact with them, an amplitude-to-digital converter and a single-board minicomputer, while the temperature sensors are connected by a communication line and a power line to the amplitude-to-digital converter connected by a system bus to a single-board minicomputer connected to the device’s power system and to the control module.

Дополнительно, для повышения чувствительности прибора в плане обнаружения минимально возможной массы скрытого опасного вещества, сигнальные элементы многоканального кремниевого детектора α-частиц выполнены в виде полос (стрипов) и расположены на обеих, перпендикулярных потоку α-частиц, сторонах полупроводникового кристалла, при этом, полосы на одной стороне кристалла параллельны друг другу и перпендикулярны направлению полос на другой стороне кристалла, при том пересечения полос сигнальных элементов образуют пиксели детектора α-частиц; лазерные генераторы линий установлены с возможностью указания на объекте досмотра областей облучения, соответствующих пикселям детектора α-частиц. Для повышения удобства работы с разноудаленными объектами обнаружитель содержит модуль намотки соединительных кабелей Ethernet и питания в виде катушки.Additionally, to increase the sensitivity of the device in terms of detecting the smallest possible mass of a hidden hazardous substance, the signal elements of a multi-channel silicon detector of α particles are made in the form of strips (strips) and are located on both sides of the semiconductor crystal perpendicular to the stream of α particles, while on one side of the crystal are parallel to each other and perpendicular to the direction of the bands on the other side of the crystal, while the intersection of the bands of the signal elements form the α-hour detector pixels tic; laser line generators are installed with the possibility of indicating on the object of inspection the irradiation areas corresponding to the pixels of the α-particle detector. To improve the convenience of working with objects with different distances, the detector contains a module for winding Ethernet connecting cables and power in the form of a coil.

Отличительными признаками предлагаемого технического решения от известного, принятого за прототип, являются следующие: обнаружитель снабжен дополнительным внешним детектором γ-излучения, соединенным с досмотровым модулем линией высоковольтного питания и спектрометрическим каналом, при этом оба детектора γ-излучения выполнены на основе кристаллов BGO; лазерные генераторы линий установлены с возможностью указания на объекте досмотра габаритных размеров области облучения его потока меченых монохроматических нейтронов; спектрометрические каналы обоих детекторов γ-излучения снабжены системой термокоррекции, состоящей из термодатчиков, закрепленных на кристаллах BGO, в тепловом контакте с ними, амплитудно-цифрового преобразователя и одноплатного миникомпьютера, при этом термодатчики соединены линией связи и линией питания с амплитудно-цифровым преобразователем, который соединен системной шиной с одноплатным миникомпьютером, подключенным к системе питания устройства и к модулю управления. Дополнительно, сигнальные элементы многоканального кремниевого детектора α-частиц выполнены в виде полос (стрипов) и расположены на обеих, перпендикулярных потоку α-частиц, сторонах полупроводникового кристалла, при этом, полосы на одной стороне кристалла параллельны друг другу и перпендикулярны направлению полос на другой стороне кристалла, при том пересечения полос сигнальных элементов образуют пиксели детектора α-частиц; лазерные генераторы линий установлены с возможностью указания на объекте досмотра областей облучения, соответствующих пикселям детектора α-частиц. Также обнаружитель содержит модуль намотки соединительных кабелей Ethernet и питания в виде катушки.Distinctive features of the proposed technical solution from the well-known adopted for the prototype are the following: the detector is equipped with an additional external γ-radiation detector connected to the inspection module by a high-voltage power line and a spectrometric channel, while both γ-radiation detectors are based on BGO crystals; laser line generators are installed with the possibility of indicating at the object of inspection the overall dimensions of the irradiation region of its flux of labeled monochromatic neutrons; The spectrometric channels of both γ-radiation detectors are equipped with a thermal correction system consisting of temperature sensors mounted on BGO crystals in thermal contact with them, an amplitude-to-digital converter and a single-board minicomputer, while the temperature sensors are connected by a communication line and a power line to the amplitude-to-digital converter connected by a system bus to a single-board minicomputer connected to the device’s power system and to the control module. Additionally, the signal elements of the multi-channel silicon α-particle detector are made in the form of strips (strips) and are located on both sides of the semiconductor crystal perpendicular to the flow of α particles, while the strips on one side of the crystal are parallel to each other and perpendicular to the direction of the strips on the other side crystal, while the intersection of the bands of the signal elements form the pixels of the detector of α-particles; laser line generators are installed with the possibility of indicating on the object of inspection the irradiation areas corresponding to the pixels of the α-particle detector. The detector also contains a module for winding Ethernet connecting cables and power in the form of a coil.

Благодаря наличию данных отличительных признаков в совокупности с известными из прототипа достигаются следующие технические результаты:Due to the presence of these distinctive features in conjunction with the known from the prototype, the following technical results are achieved:

1. Детекторы гамма-квантов на основе кристаллов BGO имеют энергетическое разрешение на линии ¹³⁷Cs в 2 раза лучше, чем у детектора на основе LYSO. Это обстоятельство крайне важно для достоверной идентификации скрытых взрывчатых, наркотических и сильнодействующих ядовитых веществ, базирующейся на определении интенсивностей пиков характеристического гамма-излучения, возникающего в результате взаимодействия потока быстрых нейтронов с энергией 14.1 МэВ с ядрами углерода, азота и кислорода.1. GGO-based gamma-ray detectors based on BGO crystals have an energy resolution on the ¹³⁷ Cs line 2 times better than that of a LYSO-based detector. This circumstance is extremely important for the reliable identification of hidden explosive, narcotic, and potent toxic substances, based on determining the intensities of the peaks of characteristic gamma radiation resulting from the interaction of a fast neutron flux with an energy of 14.1 MeV with carbon, nitrogen, and oxygen nuclei.

2. Наличие дополнительного внешнего гамма-детектора на основе кристалла ВGO, который может располагаться как можно ближе к области облучения объекта потоком меченых нейтронов, но вне его, позволяет выявлять и идентифицировать скрытые опасные вещества в труднодоступных местах (например, подозрительный предмет внутри припаркованного к стене автомобиля вблизи дальнего борта), тем самым существенно повысить чувствительность переносного устройства.2. The presence of an additional external gamma detector based on a BGO crystal, which can be located as close as possible to the area of the object irradiated with a labeled neutron flux, but outside it, it allows to detect and identify hidden dangerous substances in hard-to-reach places (for example, a suspicious object inside a parked wall vehicle near the far side), thereby significantly increasing the sensitivity of the portable device.

3. Система термокоррекции гамма-детекторов позволяет без проведения калибровки гамма-канала стандартными источниками квантов автоматически производить учет эффекта температурного сдвига положения пиков характеристического гамма-излучения в диапазоне температур - 20÷50С°. Наличие данной системы обеспечивает идентификацию скрытых опасных веществ на уровне 98% вероятности, при вероятности ложных срабатываний 2%.3. The system of thermal correction of gamma detectors allows automatic calibration of the effect of the temperature shift of the position of the peaks of characteristic gamma radiation in the temperature range - 20 ÷ 50 ° C without carrying out calibration of the gamma channel by standard sources of quanta. The presence of this system ensures the identification of latent hazardous substances at a level of 98% probability, with a probability of false positives of 2%.

4. Использование лазерных генераторов линии с индикацией на объекте досмотра габаритных размеров пучка монохроматических нейтронов позволяет сократить и визуализировать как процесс наведения пучка меченых нейтронов на объект досмотра, так и определение места расположения опасных веществ. Использование многоэлементного стрипового кремниевого альфа-детектора позволяет существенно уменьшить минимально детектируемую массу опасного вещества до 25 г.4. The use of line laser generators with indication of the overall dimensions of a beam of monochromatic neutrons at the inspection site allows you to reduce and visualize the process of pointing a tagged neutron beam at the inspection site, as well as determining the location of hazardous substances. The use of a multi-element strip silicon alpha detector can significantly reduce the minimum detectable mass of a hazardous substance to 25 g.

6. Наличие модуля намотки в виде катушки соединительных кабелей Ethernet и питания между досмотровым модулем и модулем управления, входящего в состав переносного детектора скрытых опасных веществ, делает его удобным при эксплуатации в различных условиях.6. The presence of a winding module in the form of a coil of Ethernet connecting cables and power between the inspection module and the control module, which is part of the portable detector of hidden dangerous substances, makes it convenient for use in various conditions.

Предлагаемое техническое решение может найти применение в различных мобильных и стационарных системах проверки наличия и идентификации скрытых опасных веществ в объектах малого и среднего размера. Переносные системы могут быть также использованы для досмотра неопознанных объектов в метро, на железнодорожных вокзалах, в аэропортах и других общественных местах, а также для дистанционного досмотра легковых автомобилей.The proposed technical solution can find application in various mobile and stationary systems for checking the presence and identification of hidden dangerous substances in small and medium-sized objects. Portable systems can also be used to search for unidentified objects in the subway, at railway stations, at airports and other public places, as well as for remote inspection of cars.

Предлагаемое техническое решение поясняется фиг.1, 2 и 3.The proposed technical solution is illustrated in figures 1, 2 and 3.

На фиг.1 изображена общая схема устройства.Figure 1 shows a General diagram of the device.

На фиг.2 изображена функциональная схема работы системы термокоррекции.Figure 2 shows a functional diagram of the thermal correction system.

На фиг.3 изображен разрез многоканального стрипового детектора α-частиц.Figure 3 shows a section of a multi-channel strip detector of α-particles.

В состав изображенного на фиг.1 обнаружителя входит модуль досмотра 12, модуль управления 14, модуль намотки - катушка 16 и соединительные кабели Ethernet и питания 13. В модуле досмотра 12 находится источник монохроматических нейтронов -нейтронный генератор (НГ) 10 с блоком управления 3, детектор γ-излучения 6 на основе кристалла ВGO, защита 7 кристалла ВGO детектора γ-излучения 6, блок его питания 1, блок электроники сбора данных 2 со встроенным блоком питания, Ethernet-разветвитель 4 и блок питания 11 детектора α-частиц. Детектор α-частиц на схеме не обозначен, поскольку встроен в нейтронный генератор 10. Дополнительный внешний детектор γ-излучения 17 (также на основе кристалла BGO), соединен с досмотровым модулем 12 линией высоковольтного питания 18 и спектрометрическим каналом 19. При этом в программе приема данных в блоке управления 3 устройством предусмотрено переключение с детектора 6 расположенного внутри модуля досмотра на внешний гамма-детектор 17. Модуль досмотра выполнен на базе универсального контейнера с габаритными размерами 740×510×410 мм. Общий вес контейнера с аппаратурой 31 кг. Наведение на объект досмотра осуществляется с помощью генераторов лазерных линий 9. Соединение с модулем управления 14 осуществляется через разъемы 5. Модули соединены между собой двумя кабелями 13, по которым осуществляется Ethernet-соединение и передается питание 220 В. В модуле управления 14 находится ноутбук с программами приема-обработки данных и интерфейсом пользователя и источник питания 15 на 220 В. Для наведения на объект контроля в передней стенке контейнера модуля досмотра 12 имеется светопрозрачное окно 8.The detector shown in FIG. 1 includes an inspection module 12, a control module 14, a winding module - a coil 16 and connecting Ethernet and power cables 13. The inspection module 12 contains a source of monochromatic neutrons — a neutron generator (NG) 10 with a control unit 3, γ radiation detector 6 based on a BGO crystal, protection 7 of a BGO crystal of γ radiation detector 6, its power supply unit 1, data acquisition electronics 2 with integrated power supply, Ethernet splitter 4 and power supply 11 of the α-particle detector. The α-particle detector is not indicated in the diagram because it is built into the neutron generator 10. An additional external γ-ray detector 17 (also based on a BGO crystal) is connected to the inspection module 12 by a high-voltage power supply line 18 and a spectrometric channel 19. In this case, in the reception program data in the control unit 3 of the device provides switching from the detector 6 located inside the inspection module to an external gamma detector 17. The inspection module is made on the basis of a universal container with overall dimensions of 740 × 510 × 410 mm. The total weight of the container with the equipment is 31 kg. Guidance on the object of inspection is carried out using laser line generators 9. Connection to the control module 14 is via connectors 5. The modules are interconnected by two cables 13 through which an Ethernet connection is made and 220 V power is transmitted. The control module 14 contains a laptop with programs receiving and processing data and a user interface and a power supply 15 to 220 V. For pointing at the object of control in the front wall of the container of the inspection module 12 there is a translucent window 8.

На фиг.2 изображена функциональная схема системы термокоррекции спектров характеристического γ-излучения, регистрируемого детекторами γ-излучения 6 или 17. Система термокоррекции включает в себя термодатчик 20, амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП) 21, одноплатный компьютер 22, подключенный к модулю управления 14 с интерфейсом и блоком управления программ приема и обработки данных.Figure 2 shows a functional diagram of a system of thermal correction of the spectra of characteristic γ radiation detected by γ-radiation detectors 6 or 17. The thermal correction system includes a temperature sensor 20, an amplitude-to-digital converter (ADC) 21, a single-board computer 22 connected to the control module 14 with an interface and control unit for data reception and processing programs.

Термодатчик 20 установлен в корпусах детекторов γ-излучения 6 и 17, непосредственно на кристаллах BGO в тепловом контакте с ними (детекторы γ-излучения 6 и 17 включают в себя кристаллы BGO), фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 23 и высоковольтный делитель 24 к нему. Высоковольтное питание детекторов γ-излучения 6 и 17 осуществляется с помощью блока высоковольтного питания 1. На термодатчик 20 подается постоянное напряжение +5 В через плату АЦП 21. Сигнал с термодатчика 17, пропорциональный температуре кристалла BGO преобразовывается в цифровой код. С помощью одноплатного компьютера 22, на котором установлена плата АЦП 21, обрабатывается цифровой сигнал с термодатчика 20 и определяется коэффициент температурной коррекции амплитуды сигнала, поступившего с детекторов γ-излучения 6 и 17 в данный момент на модуль управления 14 с блоком программ приема и обработки данных. Сигнал с детектора γ-излучения 6 или 17 поступает в компьютер блока электроники сбора данных блока управления 3 и преобразуется в цифровой код. Все компьютеры системы термокоррекции и блока электроники сбора данных объединены в общую компьютерную сеть с помощью Ethernet-разветвителя 4. Цифровая информация о коэффициентах термокоррекции и об амплитуде сигнала с детектора γ-излучения 6 передается с помощью сетевого Ethemet-разветвителя 4 в модуль управления 14 с интерфейсом и блоком программ приема и обработки данных, с помощью которых производится анализ и построение амплитудных спектров сигналов с детектора γ-излучения 6 или 17, как с использованием найденных коэффициентов термокоррекции (корректированный спектр), соответствующих определенной температуре окружающей среды, так и без их учета (спектр без коррекции). Питание одноплатного компьютера осуществляется от блока питания постоянного напряжения +5 В (собственного или общего для других элементов, например, 11).The temperature sensor 20 is installed in the cases of γ-radiation detectors 6 and 17, directly on the BGO crystals in thermal contact with them (γ-radiation detectors 6 and 17 include BGO crystals), a photomultiplier tube (PMT) 23 and a high-voltage divider 24 to it. The high-voltage power supply of the γ-radiation detectors 6 and 17 is carried out using the high-voltage power supply unit 1. A constant voltage +5 V is supplied to the temperature sensor 20 through the ADC board 21. The signal from the temperature sensor 17, which is proportional to the temperature of the BGO crystal, is converted into a digital code. Using a single-board computer 22, on which the ADC board 21 is installed, the digital signal from the temperature sensor 20 is processed and the coefficient of temperature correction of the amplitude of the signal received from the γ-radiation detectors 6 and 17 is currently determined on the control module 14 with a block of data reception and processing programs . The signal from the γ-ray detector 6 or 17 enters the computer of the data acquisition electronics of the control unit 3 and is converted into a digital code. All computers of the thermal correction system and the data acquisition electronics block are connected to a common computer network using an Ethernet splitter 4. Digital information about the thermal correction coefficients and the signal amplitude from the γ-radiation detector 6 is transmitted using the network Ethemet splitter 4 to the control module 14 with an interface and a block of programs for receiving and processing data, with the help of which the analysis and construction of amplitude spectra of signals from a γ-ray detector 6 or 17 are performed, using the found thermal correction coefficients and (corrected spectrum) corresponding to the particular ambient temperature, and without taking them into account (the spectrum without compensation). A single-board computer is powered by a +5 V DC power supply (internal or common to other elements, for example, 11).

На фиг.3 изображен разрез многоэлементного двухстороннего стрипового детектора α-частиц, который содержит сигнальные элементы в виде полосок 25 и 26 (р⁺- и n⁺- стрипы соответственно), расположенных на обеих, перпендикулярных потоку α-частиц, сторонах полупроводникового (Si) кристалла 24, при этом сигнальные элементы 25, 26 выполнены в виде параллельных полос, направление которых, на одной стороне кристалла 27 перпендикулярно направлению полос на другой стороне кремниевого кристалла 27. При том, пересечения полос сигнальных элементов 25 и 26 образуют пиксели детектора α-частиц. Измерение координат α-частицы происходит в момент совпадения сигналов с любых двух сигнальных элементов 25 и 26, расположенных на противоположных сторонах детектора α-частиц.Figure 3 shows a section of a multi-element double-sided strip detector of α particles, which contains signal elements in the form of strips 25 and 26 (p ⁺ and n ⁺ strips, respectively) located on both sides of the semiconductor (perpendicular to the stream of α particles) (Si ) of the crystal 24, while the signal elements 25, 26 are made in the form of parallel strips, the direction of which, on one side of the crystal 27 is perpendicular to the direction of the strips on the other side of the silicon crystal 27. Moreover, the intersections of the bands of the signal elements 25 and 26 form pixels of an α-particle detector. The measurement of the coordinates of the α-particle occurs at the moment of coincidence of the signals from any two signal elements 25 and 26 located on opposite sides of the α-particle detector.

Лазерные генераторы линий 9 установлены на нейтронном генераторе 10 и предназначены для отображения на объекте горизонтальных и вертикальных линий, указывающих область облучения объекта потоком меченых нейтронов, соответствующую пикселям детектора α-частиц.Laser line generators 9 are mounted on a neutron generator 10 and are designed to display horizontal and vertical lines on an object that indicate the area of the object being irradiated with a labeled neutron flux corresponding to the pixels of an α-particle detector.

Предложенное устройство работает следующим образом. При использовании внутреннего детектора γ-излучения 6 досмотровый модуль 12 подносится к объекту контроля. Соединительные провода 13 разматываются с катушки 16 на требуемую длину для безопасного размещения модуля управления 14. Включается система лазерного наведения 9, которая позволяет правильно выставить меченые пучки нейтронов для облучения требуемой области на объекте контроля. Лазерные генераторы линий 9, жестко связаны с корпусом НГ 10, показывают направление меченых пучков. Модуль досмотра 12 облучает объект контроля несколькими пучками меченых нейтронов. Ось меченых пучков НГ 10 направлена под углом к плоскости передней стенки чемодана. Это обусловлено тем, что размещение аппаратуры в модуле досмотра 12 выбиралось так, чтобы расстояние между объектом и нейтронным генератором 10 и расстояние между объектом и детектором γ-излучения 6 были минимальными. Это условие необходимо для повышения скорости набора статистики. Кроме того, детектор γ-излучения 6 должен быть защищен от излучений НГ 10. Для этого введена защита 7 детектора гамма - излучения 6.The proposed device operates as follows. When using the internal γ-ray detector 6, the inspection module 12 is brought to the object of control. The connecting wires 13 are unwound from the coil 16 to the required length for the safe placement of the control module 14. A laser guidance system 9 is turned on, which allows you to correctly set the labeled neutron beams to irradiate the desired area at the control object. Laser generators of lines 9, are rigidly connected with the body of NG 10, show the direction of the labeled beams. The search module 12 irradiates the control object with several beams of tagged neutrons. The axis of the labeled bundles of NG 10 is directed at an angle to the plane of the front wall of the suitcase. This is because the placement of the equipment in the inspection module 12 was chosen so that the distance between the object and the neutron generator 10 and the distance between the object and the γ-radiation detector 6 were minimal. This condition is necessary to increase the speed of statistics collection. In addition, the γ-radiation detector 6 must be protected from emissions of NG 10. For this, protection 7 of the gamma-radiation detector 6 is introduced.

При использовании внешнего детектора γ-излучения 17 досмотровый модуль 12 также приближается к объекту контроля. Соединительные провода 13 разматываются с катушки 16 на требуемую длину для безопасного размещения модуля управления 14. Включается система лазерного наведения 9, которая позволяет правильно выставить меченые пучки нейтронов для облучения требуемой области на объекте контроля. Лазерные генераторы линий 9, жестко связаны с корпусом НГ 10, показывают направление меченых пучков. В отличие от предыдущего варианта работы детектор γ-излучения 17 подносится непосредственно к объекту облучения, но вне зоны облучения мечеными пучками нейтронов (соответственно разматываются провода линии высоковольтного питания 18 и спектрометрического канала 19, которые могут стыковаться к досмотровому модулю 12 разъемом). При этом защита детектора γ-излучения 17 от излучений НГ 10 не требуется. Модуль досмотра 12 облучает объект контроля несколькими пучками меченых нейтронов.When using an external γ-ray detector 17, the inspection module 12 also approaches the control object. The connecting wires 13 are unwound from the coil 16 to the required length for the safe placement of the control module 14. A laser guidance system 9 is turned on, which allows you to correctly set the labeled neutron beams to irradiate the desired area at the control object. Laser generators of lines 9, are rigidly connected with the body of NG 10, show the direction of the labeled beams. Unlike the previous version of the operation, the γ-radiation detector 17 is brought directly to the irradiated object, but outside the irradiated zone with labeled neutron beams (respectively, the wires of the high-voltage power line 18 and the spectrometric channel 19 are unwound, which can be connected to the inspection module 12 by a connector). In this case, the protection of the γ-radiation detector 17 from emissions of NG 10 is not required. The search module 12 irradiates the control object with several beams of tagged neutrons.

Цикл измерения включает в себя: запуск генератора нейтронов 10, накопление и анализ данных поступающих с детектора α-частиц и детектора γ-излучения 6 или 17, принятие решений в автоматическом режиме, протоколирование результатов измерения и архивирование данных, набранных за время измерения. В процессе измерения при изменении температуры окружающей среды автоматически производится термокоррекция амплитудных распределений сигналов регистрируемых с помощью детектора γ-излучения, что исключает необходимость проведения калибровки спектрометрического канала детектора γ-излучения.The measurement cycle includes: starting the neutron generator 10, accumulating and analyzing the data coming from the α-particle detector and the γ-radiation detector 6 or 17, making decisions in automatic mode, recording measurement results and archiving the data collected during the measurement. During the measurement, when the ambient temperature changes, the amplitude distributions of the signals recorded using the γ-radiation detector are automatically corrected, which eliminates the need for calibration of the spectrometric channel of the γ-radiation detector.

При выключенном нейтронном генераторе 10 (в пассивном режиме), изделие используется как детектор радиоактивных веществ. Для реализации этого предлагаемое устройство содержит блок программ, предназначенных для контроля уровня радиоактивности в объекте досмотра. Программа анализа данных автоматически производит сравнение результата измерения (усредненной скорости счета зарегистрированных событий в интервале энергий гамма-квантов 50-3000 кэВ) с соответствующей величиной, измеренной ранее в фоновых экспозициях. При этом производится сравнение чисел гамма-квантов, зарегистрированных досмотровым модулем в диапазоне энергий 50-3000 кэВ, при наличии и отсутствии (фоновое измерение) объекта контроля. В случае превышения измеренной скорости счета событий, зарегистрированных детектором γ-излучения над уровнем естественного фона, на экране монитора модуля управления 14 появляется информация, свидетельствующая о том, что объект досмотра содержит радиоактивное вещество.When the neutron generator 10 is off (in passive mode), the product is used as a detector of radioactive substances. To implement this, the proposed device contains a block of programs designed to control the level of radioactivity in the object of inspection. The data analysis program automatically compares the measurement result (the averaged count rate of recorded events in the gamma-ray energy range of 50-3000 keV) with the corresponding value measured previously in the background exposures. In this case, a comparison is made of the numbers of gamma rays recorded by the inspection module in the energy range of 50-3000 keV, in the presence and absence (background measurement) of the control object. If the measured count rate of events recorded by the γ-radiation detector exceeds the level of the natural background, information appears on the monitor screen of the control module 14, indicating that the object of inspection contains a radioactive substance.

Claims

1. A portable detector of dangerous hidden substances containing a source of monochromatic neutrons and their accompanying monochromatic α-particles, an α-particle detector enclosed in a vacuum chamber, a γ-radiation detector and recording electronics, including a data acquisition electronics unit, a control panel, a reception program unit and data processing, user interface and power sources, the device is made in the form of two portable modules - an inspection module and a control module connected by Ethernet-connection and power cables, having having a length that ensures the safe operation of the operator, while the inspection module contains a source of labeled monochromatic neutrons and their accompanying monochromatic α particles, an α particle detector, γ radiation detectors, and recording electronics; the control module contains a control panel, a block of data reception and processing programs, a user interface and a power source; wherein the γ-radiation detector is placed at an angle close to 45 ° relative to the direction of the flux of labeled monochromatic neutrons, perpendicular to the front plane of the module, and is protected from the flux of labeled monochromatic neutrons; moreover, the inspection module is equipped with a guidance system on the basis of laser line generators, rigidly connected with the source of labeled monochromatic neutrons, for which a translucent window is provided in the case of the inspection module; as an α-particle detector, a multi-element silicon detector is used, characterized in that it is equipped with an additional external γ-radiation detector connected to the inspection module by a high-voltage power line and a spectrometric channel, while both γ-radiation detectors are based on BGO crystals; laser line generators are installed with the possibility of indicating at the object of inspection the overall dimensions of the irradiation region of its flux of labeled monochromatic neutrons; The spectrometric channels of both γ-radiation detectors are equipped with a thermal correction system consisting of temperature sensors mounted on BGO crystals in thermal contact with them, an amplitude-to-digital converter and a single-board minicomputer, while the temperature sensors are connected by a communication line and a power line to the amplitude-to-digital converter connected by a system bus to a single-board minicomputer connected to the device’s power system and to the control module.

2. The detector according to claim 1, characterized in that the signal elements of the multichannel silicon detector of α particles are made in the form of strips and are located on both sides of the semiconductor crystal perpendicular to the flow of α particles, while the strips on one side of the crystal are parallel to each other and perpendicular to the direction of the bands on the other side of the crystal, while the intersection of the bands of the signal elements form the pixels of the α-particle detector; laser line generators are installed with the possibility of indicating on the object of inspection the irradiation areas corresponding to the pixels of the α-particle detector.

3. The detector according to any one of claims 1 and 2, characterized in that it comprises a module for winding Ethernet connecting cables and power in the form of a coil.