用14MeV中子进行违禁品检测的实验装置屏蔽研究

摘要

近几十年来，由于世界政治格局的大变动，各种形式的恐怖事件不断发生，各种贩毒集团从没停止过他们的贩毒活动，为了制止毒品泛滥、防止恐怖事件发生，很多国家对毒品、爆炸物等违禁品的检查、检测都非常重视。特别是美国911事件发生后，各国也更加重视了危险品探测技术的研究和产品开发工作。 过去检测非特殊物质应用X射线或人工抽样检查，人工检查被认为可靠但劳动强度大，且它面临小流量毒品走私的挑战，难于截获藏于集装箱或行李箱中的极小量的爆炸物；若把毒品加工成其他形态或形状，X射线则无能为力，都不能满足国家反恐和反毒走私的要求。在这种情况下，中子瞬发次生γ射线分析方法就以其快速、不破坏样品、自动等特点的无损检测技术，日益充当其重要分析手段。 毒品、爆炸物以及走私物品，都含有多种化学元素，例如：H、C、N、O等，但它们在数量和比率上各不相同，而且也区别于其它的无毒物质<'[1]>。中子具有深层穿透物质的能力，因此，无论是小的手提箱还是大货物它都可以对其进行无损检测。中子与物质发生核反应时，它们都会释放出特征γ射线，就如同该元素的“指纹”一样，包含着这种元素的特有信息，通过分析特征γ射线能谱便可以确定待测物质的成分和含量，以判定它是否是违禁物。 随着中子管设计和核电子学的等工作的进展，利用中子进行检测是最有希望的方法之一，可以满足对毒品、爆炸物检测分析的要求。为此，我们设计了毒品、爆炸物检测装置系统，包括14MeV直流中子发生器，BGO探测器，2048道MCA和相应的电路。但在实际测量中，由于我们所检测的违禁品的含量较少，易受外界的干扰，如何消除非违禁物品和周围其他外界环境的所产生的γ射线干扰、提高探测精度，成为判断分析违禁物能力的一个主要指标。为消除干扰，我们需对装置进行改进设计与防护。 本文介绍了利用中子瞬发次生Y射线分析技术对毒品、爆炸物等违禁品进行检测的基础实验装置的防护研究。实验中，建立了相应的实验装置，为防止外界射线的干扰，对装置各个部分进行了精心的防护设计。经分析，外界干扰γ射线主要来自中子发生器一侧的中子防护材料中，我们采用增加样品测试室的左侧铅厚的方法对减少其干扰进行了对比研究；另外，由于探测器一侧的装置辅助物品受中子辐照也会产生干扰Y射线，利用铅筒屏蔽体对探测器也进行了屏蔽研究。最后，在改进后的装置上对违禁品模拟物进行了实验研究。 通过实验确定了最佳的探测屏蔽条件和检测效果：当靠近中子发生器一侧的铅层厚度达到8cm时，探测器外围屏蔽铅筒刚好与探头平齐时，探测效果最好。在此套装置下我们可以检测出400g违禁品模拟物。

目录

文摘

英文文摘

声明

引 言

第一章违禁物检测方法研究现状

第一节违禁品的种类及其检测的意义

第二节传统X射线和其他检测法的弊端

第三节中子检测法的优势及发展现状

第二章中子法检测违禁品的理论基础

第一节中子的产生

第二节中子与物质的主要核反应

第三节中子感生瞬发γ射线分析法的检测原理

第三章实验器材的选定及各部分屏蔽设计

第一节中子源的选取

第二节中子准直器的设计

第三节样品测试室的设计

第四节不同铅层厚度对干扰γ射线屏蔽效果的影响与比较

第五节探测器的选定

第六节探测器屏蔽体的几何位置对探测效果的影响与比较

第四章整套实验装置及探测结果

第一节实验装置的构成及探测条件的选定

第二节在本套装置屏蔽下进行违禁物的探测结果

第三节实验结果的不足与分析

结 语

参考文献

致 谢