Детекторы взрывчатки и жирности ягнят

Как устроен нейтронный детектор на взрывчатку и наркотики

Почему нам не разрешают проносить в самолет жидкости?

— 9.02.12 14:08 —

ЛЕКТОР: Михаил Сапожников

ФОТО: ntech.jinr.ru/

Переносной детектор взрывчатых веществ ДВИН-1

О том, почему в самолеты нельзя проносить жидкости, чем нейтронный детектор отличается от рентгеновского и как он «видит» состав подозрительного пузырька, рассказывает доктор физико-математических наук, директор ООО «Нейтронные технологии» Михаил Сапожников.

Михаил Сапожников

Краткая биография ► Все лекции автора

доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики элементарных частиц МГУ, начальник сектора Лаборатории физики высоких энергий Объединенного института ядерных исследований (Дубна), генеральный директор ООО "Нейтронные технологии". Автор 125 научных работ и 3 патентов РФ, работает в ОИЯИ с 1975 года. Область научных интересов - экспериментальные исследования по физике антипротонов, изучение роли странных кварков в нуклоне, измерения поляризации гиперонов в глубоко-неупругом рассеянии лептонов, применение ядерно-физических методов для прикладных целей. Принимал участие в следующих экспериментах: 1. Изучение пион-ядерных взаимодействий с помощью стримерной камеры на фазотроне ОИЯИ (1975-1979 гг.) 2. Изучение аннигиляции антипротонов с ядрами с помощью стримерной камеры на накопителе LEAR (эксперимент CERN PS 179) (1979-1986). 3. Изучение аннигиляции антипротонов с протонами и нейтронами на установке OBELIX (эксперимент ЦЕРН PS 201). В 1990-1997 гг. Был руководителем группы ОИЯИ в эксперименте OBELIX. В настоящее время принимает участие в эксперименте CERN NA 58 (COMPASS). В 1996-2005 гг. - заместитель руководителя группы ОИЯИ в эксперименте COMPASS.

Свернуть ▲

— Почему нам не разрешают проносить в самолет жидкости?

— Современные рентгеновские сканеры в аэропортах прекрасно различают мельчайшие предметы в багаже пассажиров. Однако рентген — это жесткое электромагнитное излучение. А электромагнитное излучение, как мы помним из школы, чувствительно только к заряду вещества Z и его плотности.

Поэтому рентгеновские аппараты, в принципе, могут отличать вещества с различным Z, но сказать что-то об его элементном составе — как много в веществе кислорода, углерода или других элементов — этого они не могут принципиально.

Они прекрасно различают мельчайшие контрасты плотности. Для них нет проблем увидеть пистолет, нож, другие опасные предметы.

Они с легкостью могут обнаружить бутылку в багаже пассажира. Но определить, что за вещество находится в бутылке, — это рентгеновским аппаратам не под силу.

Ответ об элементном составе вещества можно получить, облучая объект быстрыми нейтронами с достаточной энергией.

Такие нейтроны возбуждают ядра вещества, которые затем испускают жесткие гамма-кванты. В результате под действием быстрых нейтронов объект досмотра начинает «светиться» — излучать гамма-кванты с энергиями 1—10 МэВ. Это «свечение» индивидуально для каждого элемента, и именно по характеру спектра гамма-квантов можно определить, как много в веществе того или иного элемента.

Пример спектра гамма-квантов для ТНТ (тротила) и гексогена показан на рисунке ниже.

Энергетические спектры гамма-квантов для тротила (желтая гистограмма) и гексогена (зеленая гистограмма)//Михаил Сапожников

Видно, что энергетический спектр состоит из отдельных линий. Большой пик при энергии 4,43 МэВ отвечает углероду. В элементном составе ТНТ (С₇N₃O₆) углерода больше, чем в гексогене (С₃N₆O₆), поэтому и углеродный пик в ТНТ (желтая гистограмма) намного больше, чем в гексогене.

— Взрывчатка не похожа на кашу

— Идентификация взрывчатых, наркотических и других опасных веществ основана на том факте, что элементный состав опасных веществ отличается от элементного состава обычных веществ. Это показано на рисунке ниже, где приведены доли водорода, кислорода, азота и углерода в обычных веществах, а также в наркотиках и взрывчатках.

Доли водорода Н, кислорода О, азота N и углерода C в обычных веществах (нижняя часть таблицы), а также в наркотиках (середина) и взрывчатках (верхняя часть)//Михаил Сапожников

В методе меченых нейтронов (ММН) источником нейтронов служит портативный ускоритель дейтронов (дейтрон — ядро изотопа водорода дейтерия, дейтрон состоит из одного протона и одного нейтрона. — «Газета.Ru»), который ускоряет дейтроны до энергии порядка 100 кэВ. Дейтроны попадают на тритиевую мишень и рождают нейтроны с энергией 14 МэВ в реакции d+t=α+n. Эта реакция примечательна тем, что альфа-частица (ядро гелия) и нейтрон разлетаются практически на 180 градусов. Поэтому, зная, куда попала α-частица, можно определить, куда полетел нейтрон в плоскости, перпендикулярной направлению его движения.

Самое замечательное свойство ММН — это то, что можно получить информацию и о третьей пространственной координате, направленной вдоль направления полета нейтрона.

Для этого определяют время пролета, которое протекает между попаданием альфа-частицы в альфа-детектор и приходом гамма-кванта из объекта досмотра в соответствующий гамма-детектор. Зная время пролета, можно по формуле S=vt легко вычислить расстояние S до той точки, из которой вылетел гамма-квант, поскольку скорость нейтрона постоянна и равна v = 5 см/нс.

Обычные источники быстрых нейтронов испускают их во все стороны, как обычная лампочка испускает фотоны во все стороны.

В методе меченых нейтронов объект досмотра облучается как бы набором узких нейтронных пучков, своеобразным аналогом лазерных указок.

Метод меченых нейтронов. Справа – источник нейтронов, которые рождаются при взаимодействии дейтронов d с тритиевой мишенью t. Альфа-детектор показан в виде матрицы 3х3. Два гамма-детектора регистрируют "свечение" из объекта досмотра//http://ntech.jinr.ru/

В ММН объект досмотра разбивается на отдельные элементарные объемы, информация из каждого объема обрабатывается независимо, и за одно облучение можно узнать об элементном составе как в плоскости объекта досмотра, так и по его толщине. То есть можно сказать не только есть или нет опасное вещество, но и дать информацию о его 3D-координатах.

Исключительно важно то, что нахождение скрытого вещества происходит автоматически, без участия оператора, который должен смотреть на экран и что-то решать.

ММН не ограничен обнаружением какого-то одного вещества, например азота. Напротив, для идентификации вещества используются линии углерода, кислорода, азота, серы, хлора, кремния и других элементов. Это дает возможность использовать ММН не только для обнаружения взрывчатых веществ и наркотиков, но и для контроля за качеством угля, цемента, поисков нефти (нейтронный каротаж).

Одним из наиболее экстравагантных применений ММН является его использование для определения жирности молодых ягнят in vivo — этот опыт выполнили новозеландские ученые.

Они показали, что радиационная доза, которую получили ягнята при облучении мечеными нейтронами, намного меньше, чем при облучении обычными радиоактивными источниками. В этом проявляется еще одно замечательное качество ММН — практически отсутствует наведенная активность в объекте досмотра.

Дело в том, что быстрые нейтроны с энергией 14 МэВ не так сильно взаимодействуют с веществом, как тепловые или медленные нейтроны. При сертификации детектора взрывчатки ДВИН-1 на основе ММН специалистами Роспотребнадзора были выполнены измерения, которые показали, что при типичном акте обследования, который занимает не более 10 минут, отсутствует наведенная активность как в объекте досмотра, так и в окружающей среде. Была определена также безопасная зона, на которой должен находиться оператор во время обследования.

Она составляет 3—8 м, в зависимости от интенсивности нейтронного излучения.

Важно, что методикой использования детекторов на основе ММН не разрешается и не предполагается облучение людей.

Детекторы будут работать только для досмотра забытых вещей и подозрительных объектов.

Тeги: нейтронный детектор, наркотики, взрывчатка

zolono | 23:55, вторник, 21.02.2012

кого они лечат..
хотят чтобы газировку покупали за кордоном, а не с собой вносили.
в других аэропортах же можно напитки проносить, даже в израильскоих например

freedeepdiver | 17:13, воскресенье, 19.02.2012

Нельзя проносить не потому, что нет

метода экспресс анализа. А потому, что лоббируются интересы держателей торговых точек по продаже всякого г.вна, расположенных уже после пунктов досмотра. Ничего, кроме омерзения, такая "забота о безопасности" не вызывает.

dedyaga_2010 | 19:38, понедельник, 13.02.2012

тема жидкостей в самолете не раскрыта

frank_fqc | 22:46, четверг, 09.02.2012

Сказано же, что быстрые нейтроны в отличии от более медленных не так интенсивно взаимодействуют с веществом (а именно - с ядрами атомов), и вместо их поглощения в подавляющем числе случаев происходит упругое рассеяние, при котором часть энергии нейтрона переходит ядру и затем эта энергия освобождается вторичным излучением, после чего ваша каша ничем не отличается от необследованной.
Рентгеновское излучение взаимодействует не с ядром, а с элекронными оболочками.

puckshooter | 18:16, четверг, 09.02.2012

А про методику

XANES автор слышал? Вообще-то каждый элемент можно легко увидеть по характерному поглощению рентгена. Рентген возбуждает электроны нижних орбит (К и L-оболочки) и в спектре появляются характерные линии. Так можно определить состав вещества, поскольку для каждого элемента они свои.

Другой вопрос, что на практике требуется достаточно интенсивный пучок рентгена. Не факт, что это не более опасно, чем нейтроны.

_iga | 15:18, четверг, 09.02.2012

"нейтроны возбуждают ядра вещества, которые затем испускают жесткие гамма-кванты"

Я правильно понимаю, что нейтроны изменяют атомную массу атомов моей каши, то есть порятят её?

Всего комментариев: 22