本實(shí)用新型涉及一種中子檢測(cè)裝置，特別涉及一種可移動(dòng)包裹爆炸物中子檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
包裹爆炸物恐怖襲擊是當(dāng)前恐怖分子常用的襲擊手段，因此在反恐工作中對(duì)包裹爆炸物的檢測(cè)十分重要。包裹爆炸物檢測(cè)技術(shù)主要包括中子檢測(cè)、核四極共振檢測(cè)、射線成像檢測(cè)等。
在前述包裹爆炸物檢測(cè)技術(shù)中，中子檢測(cè)技術(shù)具有可進(jìn)行元素分析的特點(diǎn)，能夠檢測(cè)被檢對(duì)象的化學(xué)元素組成及元素含量比。而爆炸物通常指各種炸藥，其化學(xué)元素組成主要是C、H、O和N，其元素含量比具有特征性。因此，可利用中子檢測(cè)技術(shù)測(cè)定C，H，O和N的原子密度和相對(duì)含量來(lái)判定炸藥的存在，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)隱藏的爆炸物的有效無(wú)損檢測(cè)。
中子檢測(cè)技術(shù)主要有熱中子法(TNA)、快中子法(FNA)、脈沖快中子法(PFNA)、脈沖快中子熱中子相結(jié)合法(PFTNA)、快中子散射法(FN-SA)、伴隨ɑ粒子/中子飛行時(shí)間法(API/TOF)等。具體可參考文獻(xiàn)“中子檢測(cè)隱藏爆炸物技術(shù)的研究進(jìn)展，金大志，原子核物理理論，第23卷第1期，2006年3月”。
在上述中子檢測(cè)技術(shù)中，伴隨ɑ粒子/中子飛行時(shí)間法可以給出C，N和O三種元素含量的空間分布，具有相當(dāng)高的空間分辨本領(lǐng)和最強(qiáng)的爆炸物識(shí)別能力，其原理如下：
(1)利用由氘氚反應(yīng)產(chǎn)生的14MeV快中子與N、C、O三種元素作用發(fā)生非彈性散射：
n+14N→n′+14N+γ(5.11MeV)
n+12C→n′+12C+γ(4.43MeV)
n+16O→n′+16O+γ(6.13MeV)
這三種反應(yīng)的γ射線能量很高，易于探測(cè)，因此通過(guò)測(cè)量快中子引起的非彈性散射γ射線，就可以確定被檢測(cè)物品的C、N、O三種元素的含量，進(jìn)而判斷被檢測(cè)區(qū)域是否存在爆炸物。
(2)T(d，n)ɑ的核反應(yīng)中，產(chǎn)生的ɑ粒子與中子在質(zhì)心坐標(biāo)系下方向近似相反，時(shí)間相關(guān)聯(lián)，因此利用ɑ粒子位置靈敏探測(cè)器測(cè)定ɑ粒子的飛行方向，即可確定中子的飛行方向；測(cè)定ɑ粒子和中子引起的γ射線隨時(shí)間的變化，由中子飛行速度就可以確定中子飛行的距離；由中子的飛行方向和距離就可以確定被檢測(cè)元素含量的空間分布。由于伴隨ɑ粒子/ 中子飛行時(shí)間法可對(duì)所用的中子進(jìn)行標(biāo)記，因此可以有效降低檢測(cè)過(guò)程中14MeV中子與被檢測(cè)物品周圍環(huán)境作用產(chǎn)生的強(qiáng)γ輻射本底的影響。
申請(qǐng)?zhí)枮?2101973.4的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種爆炸物檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由快中子發(fā)生器、ɑ粒子位置靈敏探測(cè)器(ZnO)、γ射線探測(cè)器(BaF2)以及數(shù)據(jù)獲取、處理與控制計(jì)算機(jī)組成，其快中子發(fā)生器和γ射線探測(cè)器位于被檢測(cè)包裹兩側(cè)。具體檢測(cè)過(guò)程為：來(lái)自快中子發(fā)生器的中子束穿透被測(cè)物，與被測(cè)物中C、N、O的原子核相互作用，產(chǎn)生各自的特征γ射線，特征γ射線由γ射線探測(cè)器接受并形成特征能譜，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后得到被測(cè)物中C、N、O的含量及比例，從而判定被測(cè)物是否為爆炸物。與此同時(shí)，通過(guò)ɑ粒子位置靈敏探測(cè)器對(duì)同時(shí)產(chǎn)生的ɑ粒子進(jìn)行探測(cè)，確定中子的發(fā)射方向和產(chǎn)生時(shí)間。利用ɑ-γ符合測(cè)量方法分析出每一個(gè)中子的飛行路程，從而確定監(jiān)測(cè)區(qū)域各位置C、N、O元素的含量信息。
該專利申請(qǐng)的爆炸物檢測(cè)系統(tǒng)具有較高的空間分辨本領(lǐng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)包裹爆炸物的有效探測(cè)。然而，該系統(tǒng)的中子發(fā)生器和γ射線探測(cè)器位于被檢測(cè)物體的兩側(cè)，且只能放置在固定位置，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)傳送帶上包裹的檢測(cè)，但對(duì)隨機(jī)場(chǎng)所的可疑包裹爆炸物的檢測(cè)卻十分不便。另外，現(xiàn)有技術(shù)中也沒(méi)有適用的同類檢測(cè)裝置可供使用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有采用伴隨ɑ粒子/中子飛行時(shí)間法的包裹爆炸物檢測(cè)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，便于對(duì)隨機(jī)場(chǎng)所可疑包裹爆炸物進(jìn)行檢測(cè)，本實(shí)用新型提供了一種可移動(dòng)包裹爆炸物中子檢測(cè)裝置。
該檢測(cè)裝置包括中子發(fā)生器、ɑ粒子位置靈敏探測(cè)器、屏蔽體、γ射線探測(cè)器、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)獲取與處理系統(tǒng)；所述中子發(fā)生器和γ射線探測(cè)器位于被檢測(cè)物的同一側(cè)，所述屏蔽體設(shè)置于中子發(fā)生器和γ射線探測(cè)器之間。
所述中子發(fā)生器優(yōu)選為氘氚中子發(fā)生器。
所述ɑ粒子位置靈敏探測(cè)器由多個(gè)ɑ粒子探測(cè)器形成的陣列構(gòu)成為優(yōu)選。
所述ɑ粒子位置靈敏探測(cè)器采用的探測(cè)材料可選用ZnO閃爍體、Si半導(dǎo)體或YAP：Ce。
所述γ射線探測(cè)器，其閃爍體可選用BaF2閃爍體、LaBr3閃爍體、NaI閃爍體或LYSO閃爍體。
所述屏蔽體優(yōu)選為鎢屏蔽體。
本實(shí)用新型的可移動(dòng)包裹爆炸物中子檢測(cè)裝置的檢測(cè)原理如下：
第一步，利用中子發(fā)生器發(fā)出快中子：中子發(fā)生器內(nèi)的核反應(yīng)為：D(氘)+T(氚)→n(中子)+ɑ，所產(chǎn)生中子的能量約為14.3MeV，ɑ粒子的能量約為3.5MeV。
第二步進(jìn)行中子標(biāo)記：記錄ɑ粒子在ɑ粒子位置靈敏探測(cè)器的位置和被探測(cè)時(shí)間。其中，ɑ粒子的被探測(cè)位置和氚靶的連線即為ɑ粒子的飛行方向；由于中子和ɑ粒子的發(fā)生方向可近似認(rèn)為方向相反，進(jìn)而可確定中子的飛行方向。ɑ粒子和中子的初始速度是已知的(ɑ粒子的速度為1.3cm/ns，中子的速度為5.2cm/ns)，根據(jù)ɑ粒子的被探測(cè)時(shí)間可確定ɑ粒子和中子的產(chǎn)生時(shí)間，進(jìn)而可確定一定的時(shí)間內(nèi)中子的飛行距離。如此，通過(guò)對(duì)伴隨ɑ粒子的探測(cè)即可獲得中子在檢測(cè)區(qū)域的空間位置分布。
第三步進(jìn)行γ射線探測(cè)：當(dāng)能量為14.3MeV的中子與被檢測(cè)物質(zhì)發(fā)生非彈性散射，被檢測(cè)物質(zhì)的部分原子核進(jìn)入激發(fā)態(tài)，原子核由不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶓B(tài)時(shí)會(huì)輻射出γ射線，以γ射線探測(cè)器探測(cè)輻射出的γ射線，即可獲得反映被檢測(cè)物質(zhì)成分的信號(hào)。
第四步進(jìn)行ɑ-γ符合探測(cè)：當(dāng)記錄的γ射線信號(hào)與ɑ粒子同步時(shí)，則表明該γ射線信號(hào)來(lái)源于中子與被探測(cè)物質(zhì)的相互作用，因此僅記錄與ɑ粒子位置靈敏探測(cè)器記錄的ɑ粒子有確定時(shí)間關(guān)系的快中子產(chǎn)生的γ射線，從而有效抑制散射的γ射線與中子的干擾，顯著改善信噪比，從而提高檢測(cè)精度。
第五步分析ɑ-γ符合探測(cè)得到的γ能譜：根據(jù)數(shù)據(jù)分析對(duì)被檢測(cè)物中C、N、O元素的含量做出判斷，在此基礎(chǔ)上給出是否存在炸藥的結(jié)論。
綜上所述，本實(shí)用新型的可移動(dòng)包裹爆炸物中子檢測(cè)裝置通過(guò)將中子發(fā)生器和γ射線探測(cè)器設(shè)置于被檢測(cè)物的同一側(cè)，并通過(guò)屏蔽體屏蔽中子發(fā)生器發(fā)出的快中子與周圍環(huán)境物質(zhì)作用產(chǎn)生的γ射線，避免在γ射線探測(cè)器上產(chǎn)生干擾信號(hào)，從而方便的實(shí)現(xiàn)了對(duì)隨機(jī)場(chǎng)所可疑包裹爆炸物的無(wú)損定性檢測(cè)，具有檢測(cè)效率高，可移動(dòng)性好，能夠快速移動(dòng)到可疑包裹位置進(jìn)行檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的檢測(cè)裝置還可用于建筑結(jié)構(gòu)體內(nèi)爆炸物的檢測(cè)。
附圖說(shuō)明
圖1本實(shí)用新型的可移動(dòng)包裹爆炸物中子檢測(cè)裝置工作原理圖。
附圖標(biāo)記：1.中子發(fā)生器，2.γ射線探測(cè)器，3.被檢測(cè)物，4.爆炸物，5.鎢屏蔽體，6.ɑ粒子位置靈敏探測(cè)器，7.氚靶，8.ɑ粒子，9.快中子，10.γ射線，11.數(shù)據(jù)獲取與處理系統(tǒng)。具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式做進(jìn)一步的說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的可移動(dòng)包裹爆炸物中子檢測(cè)裝置的一種典型實(shí)施方式如下：
該檢測(cè)裝置包括中子發(fā)生器1、ɑ粒子位置靈敏探測(cè)器6、鎢屏蔽體5、γ射線探測(cè)器2、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)獲取與處理系統(tǒng)11；所述中子發(fā)生器1和γ射線探測(cè)器2位于被檢測(cè)物3的同一側(cè)，所述鎢屏蔽體5設(shè)置于中子發(fā)生器1和γ射線探測(cè)器2之間。
所述中子發(fā)生器1采用俄羅斯自動(dòng)化所研制的ING-27型氘氚中子發(fā)生器，該中子發(fā)生器1能夠發(fā)出14MeV中子束，同時(shí)相反方向產(chǎn)生ɑ粒子8，其中子產(chǎn)額為5×107n/s，壽命為500小時(shí)。該中子發(fā)生器1出廠時(shí)配備ɑ粒子位置靈敏探測(cè)器，ɑ粒子探測(cè)器數(shù)量為9個(gè)，ɑ粒子探測(cè)材料采用Si半導(dǎo)體。
所述γ射線探測(cè)器2由LaBr3閃爍體與光電倍增管構(gòu)成。LaBr3探測(cè)器的能量分辨率相對(duì)較高，可準(zhǔn)確確定被檢測(cè)區(qū)域的感興趣元素含量。為提高探測(cè)效率，本實(shí)施例中采用了兩個(gè)γ射線探測(cè)器。
實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將本實(shí)施例的檢測(cè)裝置置于移動(dòng)小車上，以便快速移動(dòng)至被檢測(cè)物附近，從而實(shí)現(xiàn)可疑包裹的爆炸物遠(yuǎn)程檢測(cè)。