И некоторых органических материалов общего применения

№ п/п	Вещество	Формула	Молеку­ляр­ная масса	Содержа­ние азота, %	Содержание кислорода, %	Плотность, г/см^3
	Нитро­­глицерин	C3H5O9N3		18,50	63,36	1,47
	Тротил	C7H5O6N3		18,50	42,24	1,64
	Тетрил	C7H5O8N5		24,39	44,54	1,73
	Пикрино­вая кислота	C6H3O7N3		18,34	48,83
	Гексоген	C3H6O6N6		37,83	43,20	1,81
	ТЭН	C5H8O12N4		17,77	60,76	1,77
	Октоген	C4H8O8N8		37,83	43,25	1,96
	Меламин	C3H6N6		66,67	-	1,57
	Поли­уретан	полимер	более 10000	15,30	37,00	1,17-1,21
	Полиамид­ное полотно (нейлон, капрон)	полимер	более 10000	12,40	14,20	1,09-1,14
	Поли­­акрило­вое полотно (орлон, ПАН)	полимер	более 40000	25,40	-	1,15-1,17

В настоящее время используется несколько вариантов ИАБН. Так, в методе просвечивающей радиографии веерообразный пучок нейтронов со сплошным энергетическим спектром до значений 8,2 МэВ сканирует предмет багажа или контейнер, а находящаяся за досматриваемым объектом решетка детекторов измеряет спектры энергии нейтронов, прошедших сквозь объект. Азот, кислород, углерод и водород в различной степени ослабляют энергию нейтронов, и спектральный анализ должен определить элементный состав веществ, сквозь которые проходит сканирующий пучок. В результате возникает двумерное изображение энергетических спектров, служащее информацией при обнаружении ВВ.

Опытный образец, разработанный в Орегонском университете, содержит линейную решетку из 16 детекторов, формирующую изображение с размерами его элемента на поверхности досматриваемого предмета, равными 30 мм. Досматриваемый предмет продвигается на 30 мм за время пересечения им пучка нейтронов. Досмотр чемодана длиной 62 см занимает 26,7 минуты. Разработчики системы считают, что это время может быть сокращено до 8 с, если применить более мощный пучок нейтронов, быстродействующую электронику и плоскую решетку размерами детекторов.

Система была испытана путем досмотра 50 чемоданов с проведением 130 измерений. В половине чемоданов содержались ВВ различных типов в разных количествах и формах. Масса ВВ содержалась в пределах 150-650 г при толщине около 6 мм. Получены следующие результаты испытаний: один случай ложной тревоги (2%), семь случаев необнаружения (11%) и 54 правильных обнаружения (87%). Несколько чемоданов досматривались под различными углами просвечивания, и пластические ВВ были надежно обнаружены при воспроизведении трехмерных изображений.

Анализ неупругого рассеяния быстрых нейтронов состоит в том, что под воздействием быстрых нейтронов происходит возбуждение атомных ядер с последующим испусканием гамма-квантов, энергии которых строго фиксированы для каждого нуклида. Для нейтронов с энергиями 8-14 МэВ сечения неупругого рассеяния на ядрах углерода-12, азота-14, кислорода-16 более чем на порядок превышают сечение захвата тепловых нейтронов ядрами азота-14. Вследствие этого, а также благодаря возможности одновременного определения концентрации азота, углерода и кислорода, следует ожидать лучших обнаружительных способностей для метода, основанного на анализе процессов неупругого рассеяния быстрых нейтронов (Fast Neutron Analysis – FNA) по сравнению с методом TNA. Кроме того, высокаяпроникающая способность быстрых нейтронов позволяет обеспечить проведение контроля объектов толщиной около 1 м.

Наибольшее развитие получил метод, в котором используются импульсные источники нейтронов на основе ускорителей протонов или дейтонов (Pulsed Fast Neutron Analysis – PFNA) определяется трехмерное пространственное распределение концентрации азота, кислорода и углерода в объекте. Фирмой SAIC с использованием импульсного d,t -генератора нейтронов с энергией 14 МэВ разработана установка PFNA для инспектирования объектов больших размеров, вплоть до грузовых контейнеров. Установка, близкая по техническим параметрам разрабатывалась в Аргоннской национальной лаборатории (США) на основе нейтронного генератора непрерывного действия.

Перспективность метода обнаружения ВВ на основе изучения гамма-излучения, сопровождающего бомбардировку изучаемого предмета быстрыми нейтронам, обусловлена тем, что, в отличие от обычных веществ, большинство ВВ имеют уникальное сочетание высоких концентраций атомов углерода, азота и кислорода (табл. 10.1). При этом существуют только два распространенных вещества (меланин и полиуретан), которые имеют близкое к ВВ содержание азота и могут приводить к ложным тревогам.

Метод резонансного поглощения гамма-излучения состоит в генерировании и анализе гамма-излучения с энергией 9,17 МэВ, которое преимущественно поглощается азотом. Применение этого метода на авиатранспорте окупается, если он допускает досмотр полного авиационного контейнера LD-3. При этом остается открытым вопрос о влиянии высокоэнергетического излучения на продукты питания.

В последнее время наблюдается достаточно бурный всплеск интереса к применению нейтрон-гамма-методов обнаружения ВВ. В Радиевом институте им. В.Г. Хлопина (Санкт-Петербург) развит модифицированный вариант нейтрон-гамма-метода (ННА), основанный на регистрации гамма-квантов в узких (наносекундных) временных интервалах. Основной принцип метода ННА состоит в использовании наносекундной временной привязки к испущенному нейтрону, позволяющей определить время прихода каждого гамма-кванта в детектор относительно момента испускания нейтрона из источника. Для каждой «ячейки» обследуемого объема получается свой спектр вторичных гамма-квантов. ННА, в отличие от многих других нейтронных способов обнаружения ВВ, фактически «помечает» индивидуальные нейтроны путем регистрации сопутствующих им альфа-частиц, анализ спектров которых позволяет получить трехмерное отображение химического состава объекта. Развитие метода ННА позволило уменьшить фоновую компоненту гамма-спектров на два порядка и тем самым существенно сократить время идентификации объекта. При этом наиболее эффективно совмещение ННА-установок с РТИ и средствами компьютерной томографии.

Дистанционно управляемый прибор SENNA разработан учеными Радиевого института именно по принципу ННА. Он размещается в одном чемодане, и первоначально имел два гамма-детектора и дистанционную систему обработки данных. Позднее в Радиевом институте была разработана многодетекторная модификация прибора SENNA с несколькими альфа-, гамма- и нейтронными детекторами. Обнаружитель SENNA v.3 использует портативный нейтронный генератор НГ-27 и два детектора гамма-квантов. Прибор наносекундного анализа SENNA v.3 был протестирован для сценариев обнаружения:

- малых количеств ВВ (100-300 г) в запаянной железной банке;

- ВВ (300-1000 г) в багаже в окружении обычных предметов;

- ВВ (500-1000 г) в небольших контейнерах (36 коробок со стиральным порошком);

- 1 кг ВВ в металлическом контейнере на расстоянии 50-100 см;

- ядерных материалов.

Следует также отметить разрабатываемый в НИИЭФА им. Д.В. Ефремова (Санкт-Петербург) комплекс для обнаружения ВВ и делящихся веществ с использованием импульсного малогабаритного ускорителя ионов водорода. Нейтрон-гамма-метод (НГА) обнаружения ВВ, применённый в разработанной установке, также состоит в облучении исследуемого объекта импульсным потоком нейтронного излучения и измерении энергетических спектров вторичного гамма-излучения от исследуемого образца.

В состав комплекса для обнаружения ВВ и делящихся веществ на базе высокочастотного ускорителя ионов водорода входят ускорительная система дейтронов с энергией 3,5 МэВ, мишенный узел, матричная детектирующая система и биологическая защита. Ускоряющая система состоит из линейного малогабаритного высокочастотного (433 МГц) ускорителя дейтронов с энергией 1 МэВ и резонатора той же частоты, обеспечивающего доускорение дейтронов до 3,5 МэВ.

На трехмерной картине, где представляются расчетные соотношения концентраций отдельных элементов к суммарной концентрации углерода, азота или кислорода, ВВ сгруппированы в некоторой ограниченной области пространства, куда обычные вещества не попадают. Обнаружение ВВ в исследуемом объекте может быть выполнено следующим образом: если вектор, соответствующий отношению концентраций углерода, азота и кислорода к их суммарному содержанию, попадает в данную область, то в исследуемом объекте находится ВВ.

Значительный вклад в развитие метода «меченых нейтронов» для обнаружения ВВ, а также других разнообразных нейтронных методов той же направленности внесли ученые Курчатовского института РАН.

По мнению экспертов, метод ИАБН (ННА, НГА) является наиболее перспективным среди перечисляемых в данной работе, так как он дает возможность идентифицировать атомы различных элементов, входящих в состав молекул ВВ. Потенциальными недостатками данной технологии остаются высокая стоимость и сложность.

Серьезной проблемой, ограничивающей возможности данного метода, является уменьшение потока нейтронов за счет их ослабления и снижения первоначальной энергии при замедлении в веществе контролируемого объекта. Кроме того, использование технологии с применением радиоактивного излучения проблематично для проведения личного досмотра пассажиров из-за вреда, причиняемого их здоровью.

Дата добавления: 2015-08-18