[發(fā)明專利]用于非侵入性檢測(cè)化學(xué)元素的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980150280.1
• 申請(qǐng)日: 2009-12-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102246024A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賽德瑞·加拉士高;貝爾納·珀羅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 原子能與替代能源委員會(huì)
• 主分類號(hào): G01N23/222
• 分類號(hào): G01N23/222;G01V5/00
• 代理公司: 北京泰吉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11355
• 代理人: 張雅軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種檢測(cè)液體或固體中存在的至少一化學(xué)元素的非侵入性檢測(cè)方法。

本發(fā)明適用于，例如，在民事安全(行李檢查、貨物集裝箱等)領(lǐng)域中檢測(cè)一種爆裂物(或多種爆裂物)、一種化學(xué)武器(或多種化學(xué)武器)或一種藥物(或多種藥物)，搜尋禁運(yùn)品(海關(guān)檢查)，掃雷(民事安全及軍事應(yīng)用)，并且還適用于構(gòu)成核工業(yè)產(chǎn)生的放射性廢棄物的材料鑒別。

背景技術(shù)

關(guān)于化學(xué)元素的非侵入性檢測(cè)已知有多種方法。這些方法中有些是以應(yīng)用中子測(cè)量為基礎(chǔ)。

以應(yīng)用中子測(cè)量為基礎(chǔ)的方法當(dāng)中，有些是通過(guò)檢測(cè)由熱中子誘發(fā)俘獲伽馬射線(n，γ)來(lái)鑒別化學(xué)元素，或通過(guò)檢測(cè)非彈性散射伽馬射線(n，n′γ)，或在快中子所引起的其他反應(yīng)之后檢測(cè)伽馬射線，即(n，p)、(n，d)、(n，t)、(n，α)等，來(lái)鑒別化學(xué)元素。在本說(shuō)明的其余部分中，“非彈性伽馬射線”一詞用于所有由快中子誘發(fā)的伽馬射線。

由于信噪比(在信號(hào)為俘獲射線而噪聲為非彈性射線的情況下)在脈沖之間會(huì)達(dá)到最大值，故使用一脈沖中子發(fā)生器來(lái)發(fā)射中子，在檢測(cè)由熱中子誘發(fā)的俘獲射線上更為靈敏。此種檢測(cè)類型的說(shuō)明見(jiàn)于美國(guó)專利US?6?393?085?B1。在這個(gè)文獻(xiàn)中，也記載了可行的非彈性伽馬射線檢測(cè)，這回則是在脈沖期間，但是此方法的檢測(cè)靈敏度遠(yuǎn)低于使用一伴隨粒子管(TPA)；TPA能夠讓受檢物體從一中子的飛行時(shí)間測(cè)量就被空間定位，其原理詳細(xì)記載在美國(guó)專利申請(qǐng)案US?2007/0241283?A1中。簡(jiǎn)言之，每一個(gè)中子均與一個(gè)α粒子同時(shí)發(fā)射，并且是往相反方向。檢測(cè)α粒子使得中子發(fā)射方向得以被確定，而測(cè)量α粒子檢測(cè)與中子誘發(fā)的非彈性γ射線檢測(cè)的時(shí)間，使得中子飛行時(shí)間能夠被確定。因此，就有了一種可供用來(lái)對(duì)發(fā)生交互作用的位置進(jìn)行3D定位的方法，且因此可用來(lái)消除關(guān)注區(qū)域之外出現(xiàn)的事件，導(dǎo)致相比于脈沖探詢法，信噪比得到大幅改善。然而，由于TPA發(fā)射是連續(xù)的，故利用此方法來(lái)檢測(cè)俘獲射線就信噪比而言并不是最佳的。有一個(gè)問(wèn)題在于，這兩種方法，一種以脈沖管為基礎(chǔ)，另一種以TPA為基礎(chǔ)，都不能以最佳的靈敏度同時(shí)檢測(cè)俘獲射線及非彈性射線，并從而令人滿意地鑒別所有要尋找的元素。一旦完成了第一種方法，即必需再完成第二種方法，以便擴(kuò)大可檢測(cè)元素的范圍，或者，需要改善與通過(guò)這兩種方法可以檢測(cè)到的那些元素的存在相關(guān)的置信水平。因此，一檢測(cè)操作的總持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，從安全性來(lái)說(shuō)，是一個(gè)大缺點(diǎn)。

本發(fā)明并沒(méi)有這個(gè)缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

實(shí)際上，本發(fā)明涉及一種通過(guò)向一物體發(fā)射中子來(lái)檢測(cè)物體中是否存在一化學(xué)元素的方法，其特征在于，向物體發(fā)射中子的操作由以下步驟組成：首先，連續(xù)發(fā)射來(lái)自一伴隨粒子中子發(fā)生器的中子，其次，發(fā)射與連續(xù)發(fā)射的中子疊加的中子脈沖；其中，中子脈沖來(lái)自一產(chǎn)生脈沖持續(xù)時(shí)間T2的中子脈沖的脈沖中子發(fā)生器，兩個(gè)連續(xù)的中子脈沖之間相間隔的間隔時(shí)間為T(mén)4，且向物體連續(xù)發(fā)射及脈沖發(fā)射中子，產(chǎn)生一俘獲伽馬射線及一非彈性伽馬射線。

根據(jù)本發(fā)明的一附加特征，此方法包括：

-在將持續(xù)時(shí)間T2的脈沖間隔開(kāi)的T4間隔時(shí)段內(nèi)，使用伴隨粒子技術(shù)進(jìn)行非彈性伽馬射線及俘獲伽馬射線的檢測(cè)，

-在相對(duì)于物體的一中子飛行時(shí)間段內(nèi)，以使用伴隨粒子技術(shù)的檢測(cè)步驟中所檢測(cè)到的非彈性伽馬射線及俘獲伽馬射線為基礎(chǔ)，形成一第一伽馬光譜，

-在與相對(duì)于物體的中子飛行時(shí)間段或相對(duì)于可能在物體附近的任何其它物體的任何其它中子飛行時(shí)間段分離的一時(shí)間段內(nèi)，以使用伴隨粒子技術(shù)的檢測(cè)步驟中所檢測(cè)到的非彈性伽馬射線及俘獲伽馬射線為基礎(chǔ)，形成相對(duì)于偶然符合的一隨機(jī)背景噪聲譜，

-以相對(duì)于偶然符合的隨機(jī)背景噪聲譜為基礎(chǔ)，在相對(duì)于物體的整個(gè)時(shí)間段，形成一標(biāo)準(zhǔn)化隨機(jī)背景噪聲譜，

-減去第一伽馬光譜及標(biāo)準(zhǔn)化隨機(jī)背景噪聲譜以形成一第二伽馬光譜，及

-以第二伽馬光譜及可被檢測(cè)出來(lái)的參考化學(xué)元素之光譜為基礎(chǔ)，搜尋物體中是否存在一化學(xué)元素的步驟，以傳送能夠顯示物體中是否存在化學(xué)元素的一第一數(shù)據(jù)項(xiàng)。

根據(jù)本發(fā)明之另一附加特征，此方法還包括：

-首先在T2脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)，其次在將持續(xù)時(shí)間T2的脈沖間隔開(kāi)的T4間隔時(shí)間內(nèi)，使用脈沖中子探詢技術(shù)來(lái)檢測(cè)俘獲伽馬射線及非彈性伽馬射線。

-以在T4間隔時(shí)間內(nèi)，使用脈沖中子探詢技術(shù)檢測(cè)到的俘獲伽馬射線及非彈性伽馬射線為基礎(chǔ)，形成一第三伽馬光譜，

-以據(jù)第三伽馬光譜為基礎(chǔ)，形成代表化學(xué)元素的至少一俘獲線的一第一數(shù)據(jù)項(xiàng)，