ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
1. Разработка и создание полупроводниковых детекторов заряженных частиц для работы в условиях статического (не откачиваемого) вакуума.
Разработанный в Лаборатории прикладной физики метод наносекундного нейтронного анализа (ННА) на базе портативного нейтронного генератора потребовал создания нового вида полупроводниковых детекторов заряженных частиц, основными достоинствами которого являются возможность работать в условиях статического (не откачиваемого) вакуума и высокого фона электронного и рентгеновского излучения. Разработанные детекторы обладают высокой радиационной стойкостью по отношению к нейтронному излучению и альфа-излучению и сохраняют неизменными свои основные характеристики как во время технологических операций по изготовлению нейтронного генератора, так и во время всего периода эксплуатации нейтронного генератора. На рисунке представлены образцы изготовленных и успешно эксплуатируемых внутри нейтронных генераторов полупроводниковых детекторов.
|
|
|
Полупроводниковые детекторы сопутствующих альфа-частиц для работы в условиях статического вакуума внутри нейтронного генератора (однопиновый, девятипиновый).
|
В настоящее время в Лаборатории прикладной физики ведутся работы по созданию более сложных полупроводниковых детекторов (25-100-пиновых).
2. Усовершенствование технологий изготовления и изготовление кремниевых поверхностно-барьерных детекторов; восстановление Ge(Li) детекторов, а также детекторов из особо чистого германия.
В лаборатории отработана технология изготовления детекторов для спектрометрии короткопробежных (альфа-частицы, осколки деления и др.) и длиннопробежных (протоны, электроны и др.) заряженных частиц с площадью чувствительной поверхности от 10 до 4000 мм2 (для потоков частиц малой интенсивности) с энергетическим разрешением для альфа-частиц энергии 5,5 МэВ от 12 до 80 кэВ (в зависимости от площади детектора). Толщина чувствительной области от 0,3 до 2 мм. Толщина входного окна (по золотому эквиваленту) порядка 100 Å.
Выпускаются канальные детекторы с цилиндрической чувствительной поверхностью, предназначенные для измерения газовых мишеней на пучках ускорителей, а также для изготовления детектирующих сборок и реализации 4π-геометрии измерений. Энергетическое разрешение для альфа-частиц энергии 5 МэВ от 25 до 50 кэВ (в зависимости от размеров детектора).
3. Получение экспериментальных и расчётных данных по переносу ионизирующих излучений через вещество
В Лаборатории прикладной физики накоплен значительный опыт расчетов переноса нейтронного и гамма-излучений в различных средах методом Монте-Карло. Основной решаемой задачей является анализ возможностей поиска взрывчатых, наркотических и других опасных веществ, а также специальных ядерных материалов методами, использующими нейтронное, рентгеновское и гамма-излучения.
Основой для расчетов служат программа Monte Carlo N-Particle Transport Code System (MCNP4C2, лицензия MCNP4C2/MCNPDATA C00701ALLCP00 & D00200ALLCP02), а также программы собственной разработки.
Так, в 2001 г. расчетным путем была продемонстрирована перспективность метода наносекундного нейтронного анализа (ННА) с использованием портативного нейтронного генератора и определены пределы его применимости для задачи поиска противопехотных мин. В дальнейшем с помощью расчетов были разработаны физические основы метода ННА, были проведены оценки применимости метода для решения различных задач по поиску опасных веществ.
В 2002-2003 гг. расчетным путем было обосновано применение метода ННА для поиска взрывчатых, наркотических и токсичных веществ, специальных ядерных материалов в ручном багаже, авиационных грузовых контейнерах, морских грузовых контейнерах увеличенной вместимости, а также показаны преимущества метода ННА по сравнению с другими существующими методами - рентгеновскими, нейтронными и др.
Проведенные расчеты, а также опыт работы с изготовленными в Лаборатории прикладной физики действующими прототипами устройств для обнаружения и идентификации взрывчатых веществ являются основой для проектирования серии принципиально новых устройств для обнаружения опасных веществ.
4. Разработка методов и устройств для обнаружения и идентификации опасных, в том числе наркотических и взрывчатых веществ
4.1 Обнаружение взрывчатых веществ с применением электромагнитного излучения СВЧ диапазона (СВЧ-радар)
4.2 Обнаружение взрывчатых и других опасных веществ
с применением нейтрон-гамма методов
4.2.1. Метод наносекундного нейтронного анализа (ННА)
4.2.2.Портативная установка для обнаружения опасных веществ на основе метода ННА с изотопным источником нейтронов
4.2.3.Портативная установка для обнаружения опасных веществ
на базе портативного нейтронного генератора со встроенным детектором сопутствующих частиц
4.2.4.Перспективы развития технологии ННА
для обнаружения опасных веществ в багаже и грузах
4.1. Обнаружение взрывчатых веществ с применением электромагнитного излучения СВЧ диапазона (СВЧ-радар)
Разработанный в Радиевом институте прототип СВЧ-радара для обнаружения ВВ в гомогенных средах и багаже - радиолокатор подповерхностного зондирования со ступенчатым изменением частоты излучения (Stepped Frequency Continuous Wave Radar) позволяет производить сканирование среды и производить предварительную идентификацию обнаруженных объектов, исходя из их формы и диэлектрических характеристик.
Глубина сканирования СВЧ-радаром гомогенной среды: для песчаного грунта с влажностью менее 0.1% - 50 см, для песчаного грунта с влажностью около 16% - 5 см, для бетона - 20 см. Мощность СВЧ излучения не превышает 1 мВт, масса - 5 кг.
|
|
СВЧ-радар для обнаружения ВВ, скрытых в гомогенных средах и багаже
|
4.2. Обнаружение взрывчатых и других опасных веществ с применением нейтрон-гамма методов
4.2.1. Метод наносекундного нейтронного анализа (ННА)
Основная идея известных "нейтрон-гамма" методов анализа состоит в облучении подозрительного объекта нейтронами и измерении вторичного гамма-излучения, порожденного нейтронами в материале объекта. Разлагая измеренный спектр гамма-излучения на вклады от разных химических элементов, можно определить элементный состав исследуемого объекта, и, таким образом, определить, содержит этот объект ВВ или другие опасные материалы, или не содержит.
Развитый в Лаборатории прикладной физики модифицированный вариант "нейтрон-гамма" метода (Наносекундный Нейтронный Анализ - ННА) основан на регистрации гамма-квантов в узких (наносекундных) временных интервалах. Развитие этого метода позволило значительно (на два порядка) уменьшить фоновую компоненту гамма-спектров, и тем самым существенно сократить время, необходимое для идентификации объекта.
4.2.2. Портативная установка для обнаружения опасных веществ на основе метода ННА с изотопным источником нейтронов
Действующий прототип мобильного прибора для поиска взрывчатых веществ, скрытых в грунте, стенах и ручном багаже. В приборе используются миниатюрная ионизационная камера с изотопным источником нейтронов (252Cf, 4·106 нейтронов/с) и специально изготовленный электронный блок с питанием от аккумуляторных батарей. Существующий прототип прибора идентифицирует 400 грамм скрытого взрывчатого вещества в течение 5 минут. Вес установки не превышает 30 кг. Прибор полностью энергонезависим и питается от аккумуляторных батарей.
|
|
Прототип мобильного прибора для обнаружения взрывчатых веществ
|
4.2.3. Портативная установка для обнаружения опасных веществ
на базе портативного нейтронного генератора со встроенным детектором сопутствующих частиц
Создан действующий прототип портативного устройства для обнаружения и идентификации ВВ, базирующийся на нейтронном генераторе (1.108 нейтронов/с) со встроенным позиционно-чувствительным полупроводниковым детектором альфа-частиц, сопутствующих нейтронам в реакции t(d,n)α идущей внутри нейтронного генератора .
|
|
Действующий прототип портативного устройства для обнаружения и идентификации ВВ, базирующийся на нейтронном генераторе со встроенным детектором сопутствующих частиц
|
Применение в методе ННА сегментированного детектора сопутствующих частиц позволяет определить область взаимодействия нейтрона с веществом и существенно повысить отношение сигнал/шум. Во время измерения ("on-line") информация с гамма-детектора и сегментов альфа-детектора автоматически анализируется и оператору выдается информация о том, какое опасное вещество содержится в досматриваемом объеме, в каком количестве и в каком месте.
Созданный действующий прототип устройства обнаруживает и идентифицирует 100 граммов взрывчатого вещества в течение примерно минуты с пространственным разрешением 10 см. Одновременно досматриваемая область пространства 30х30х30 см3. Масса и габариты устройства не превышают, соответственно, 40 кг и 50х40х30 см3. Потребляемая мощность при автономном электропитании - 50 Вт.
4.2.4. Перспективы развития технологии ННА
для обнаружения опасных веществ в багаже и грузах
В настоящее время в Лаборатории прикладной физики ведутся работы по проектированию следующих прототипов устройств для обнаружения ВВ, основанных на использовании нейтронных генераторов со встроенными детекторами сопутствующих частиц: установка для досмотра пассажирского багажа ("NNA Luggage Inspector"), установка для досмотра авиационных грузовых контейнеров ("NNA AirCargo Inspector"), комплекс для обнаружения опасных веществ внутри 40- футовых грузовых контейнеров ("HM NNA Inspector").
|
Проект комплекса для обнаружения опасных веществ внутри 40-футовых грузовых контейнеров ("HM NNA Inspector").
- Измерительный модуль.
- Детектор нейтронов.
- Область внутреннего пространства контейнера, досматриваемая одним измерительным модулем.
- Шасси для крепления базовых модулей.
- Удаленный блок электроники и пульт управления
|
| 
структура научной части института 
