JP5366394B2

JP5366394B2 - System and method for detecting a compound contained in a sample

Info

Publication number: JP5366394B2
Application number: JP2007330216A
Authority: JP
Inventors: ジェイ．ジルマーアンドリュー; エー．ジョンソングレゴリー
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Current assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: JP2009150820A

Description

本発明は、概して、試料に含まれる化合物を検出する分野に関し、詳しくは、試料中に存在する過酸化物および超酸化物を検出することに関する。 The present invention relates generally to the field of detecting compounds contained in a sample, and more particularly to detecting peroxides and superoxides present in a sample.

過酸化物および超酸化物は、単独では不活性な化学薬品であり得るが、他の化学薬品と混合した場合には、大きな脅威となることがある。過酸化物および超酸化物は、有機物などの他の化学薬品と組み合わせることにより、爆発物を作るために使われることもある。たとえば、過酸化水素とアセトンの混合物は、不安定な爆発反応を生じる可能性がある。アセトンなどの有機物は、数多くの家庭用製品の中にも存在するため、密閉された容器の中にある過酸化物および超酸化物を監視することが、より安全である。反応性の高い領域に存在する多量の酸化剤を検出し、これらの使用を禁止することにより、２つの化学薬品が混合して爆発性の燃料が形成される恐れを大きく低減することができる。 Peroxides and superoxides can be inert chemicals by themselves, but can be a major threat when mixed with other chemicals. Peroxides and superoxides are sometimes used to make explosives when combined with other chemicals such as organics. For example, a mixture of hydrogen peroxide and acetone can cause an unstable explosion reaction. Because organics such as acetone are also present in many household products, it is safer to monitor peroxides and superoxides in sealed containers. By detecting a large amount of oxidant present in a highly reactive region and prohibiting the use thereof, the risk of mixing two chemicals to form an explosive fuel can be greatly reduced.

爆発物を検出するために現在使用されている方法は、小型の中性子源を使用して、窒素の存在を検出することである。試料に含まれる窒素は、爆発物に共通の酸化剤である硝酸塩を生成する可能性がある。中性子が試料に含まれる原子と衝突すると、中性子が原子と反応し、ガンマ線を生成する。試料から生成されるガンマ線のエネルギー、数、および強度を測定して、試料に特定の量の窒素が含まれているかを判定する。必要であれば、試料を取り外して、爆発の可能性について検査してもよい。しかし、窒素を検出するこの技法では、過酸化物および超酸化物を検出することはできない。密閉容器の中に収容されている酸化剤を迅速かつ正確に検出することができれば、航空機、列車、バスなどの乗り物に、爆発性の化学薬品が持ち込まれることを防止できる可能性がある。 The currently used method for detecting explosives is to detect the presence of nitrogen using a small neutron source. Nitrogen contained in the sample may produce nitrate, an oxidant common to explosives. When neutrons collide with atoms in the sample, the neutrons react with the atoms and generate gamma rays. The energy, number, and intensity of gamma rays produced from the sample are measured to determine whether the sample contains a specific amount of nitrogen. If necessary, the sample may be removed and examined for possible explosions. However, this technique for detecting nitrogen cannot detect peroxides and superoxides. If the oxidant contained in the sealed container can be detected quickly and accurately, it may be possible to prevent explosive chemicals from being brought into vehicles such as aircraft, trains, and buses.

試料に含まれる化合物を検出するシステムが、中性子源と、試料に近接して設置された少なくとも１つのガンマ線検出器と、信号プロセッサと、を含む。中性子源は、試料に向けて中性子ビームを送る。ガンマ線検出器は、試料から放出されたガンマ線を収集し、信号プロセッサは、ガンマ線検出器によって収集されたガンマ線に基づいて、試料内の化合物を同定する。同定される化合物は、過酸化物および超酸化物からなる群から選択される。 A system for detecting a compound contained in a sample includes a neutron source, at least one gamma ray detector positioned proximate to the sample, and a signal processor. The neutron source sends a neutron beam toward the sample. The gamma detector collects gamma rays emitted from the sample, and the signal processor identifies compounds in the sample based on the gamma rays collected by the gamma detector. The identified compound is selected from the group consisting of peroxides and superoxides.

図１は、試料１２に含まれる過酸化物および超酸化物を検出するために使用する検出システム１０を概略的に示す。検出システム１０は、概して、中性子源１４と、シールド１６と、ガンマ線検出器１８と、ビームダンプ２０と、信号プロセッサ２２と、を含む。検出システム１０により、試料１２に含まれる危険な化学薬品を迅速かつ正確に検出することができる。試料１２は、たとえば密閉容器に含まれていてもよい。特に、過酸化物および超酸化物は、他の化合物と組み合わせて爆発物を生成することにも使用されるため、過酸化物および超酸化物を検出することは、爆発の可能性を防止することに著しく役立つ。潜在的に危険な過酸化物の例として、過酸化水素や過酸化アセトンなどがあるが、これらに限らない。潜在的に危険な超酸化物の例として、超酸化ナトリウム（ｓｏｄｉｕｍｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅ）、超酸化カリウム（ｐｏｔａｓｓｉｕｍｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅ）、超酸化セシウム（ｃｅｓｉｕｍｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅ）、超酸化ルビジウム（ｒｕｂｉｄｉｕｍｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅ）などがあるが、これらに限らない。図１では、過酸化物および超酸化物を検出することに関して検出システム１０を考察しているが、窒素原子も含めて任意の数の化合物または元素を検出するために、検出システム１０を使用することができる。 FIG. 1 schematically illustrates a detection system 10 used to detect peroxide and superoxide contained in a sample 12. The detection system 10 generally includes a neutron source 14, a shield 16, a gamma ray detector 18, a beam dump 20, and a signal processor 22. The detection system 10 can quickly and accurately detect dangerous chemicals contained in the sample 12. The sample 12 may be contained in a sealed container, for example. In particular, peroxides and superoxides are also used in combination with other compounds to produce explosives, so detecting peroxides and superoxides prevents the possibility of explosions Especially useful. Examples of potentially dangerous peroxides include but are not limited to hydrogen peroxide and acetone peroxide. Examples of potentially dangerous superoxides include sodium superoxide, potassium superoxide, cesium superoxide, rubidium superoxide, and the like. Not exclusively. Although FIG. 1 discusses detection system 10 with respect to detecting peroxides and superoxides, detection system 10 is used to detect any number of compounds or elements, including nitrogen atoms. be able to.

中性子源１４が、試料１２の上流に配置され、試料１２の方向に高速中性子を向ける。シールド１６は、中性子源１４を囲み、放射線が作業員に接近することを最小限に抑え、かつ中性子源１４に近接している物体を損傷から守る働きをする。シールド１６は、中性子源１４から放出される中性子ビーム２６を試料１２に照準合わせするための開口２４を有する。中性子ビーム２６は、過酸化物および超酸化物の主な組成元素である水素原子および酸素原子からガンマ線を生成させられるだけの十分なエネルギーで、中性子源１４から試料１２の方向へ送られる。一実施例において、中性子源１４は、少なくとも６メガ電子ボルト（６ＭｅＶ）よりも大きなエネルギーで、中性子ビーム２６を導く。中性子ビーム２６が試料１２に衝突すると、中性子が試料１２に含まれる原子と反応し、試料１２に含まれる原子に基づく離散的エネルギーでガンマ線を生成する。中性子源１４には、コンパクト中性子源、核融合中性子源、または高速中性子スペクトルを使用する原子炉（ｎｕｃｌｅａｒｒｅａｃｔｏｒｗｉｔｈａｆａｓｔｎｅｕｔｒｏｎｓｐｅｃｔｒｕｍ）などがあるが、これらに限定しない。 A neutron source 14 is disposed upstream of the sample 12 and directs fast neutrons in the direction of the sample 12. The shield 16 surrounds the neutron source 14 and serves to minimize exposure of radiation to the worker and to protect objects in proximity to the neutron source 14 from damage. The shield 16 has an opening 24 for aiming the neutron beam 26 emitted from the neutron source 14 to the sample 12. The neutron beam 26 is sent from the neutron source 14 toward the sample 12 with sufficient energy to generate gamma rays from hydrogen atoms and oxygen atoms, which are the main constituent elements of peroxide and superoxide. In one embodiment, the neutron source 14 directs the neutron beam 26 with an energy greater than at least 6 megaelectron volts (6 MeV). When the neutron beam 26 collides with the sample 12, the neutron reacts with atoms contained in the sample 12, and generates gamma rays with discrete energy based on the atoms contained in the sample 12. The neutron source 14 includes, but is not limited to, a compact neutron source, a fusion neutron source, or a nuclear reactor with a fast neutron spectrum.

試料１２の近くに設置されたガンマ線検出器１８を使って、中性子ビーム２６が試料１２に衝突するときに放出されるガンマ線を検出する。ガンマ線検出器１８は、中性子ビーム２６に含まれる中性子の固有のエネルギーに基づいて試料１２によって生成されるガンマ線のエネルギー、数、および強度を測定することができるエネルギー分解能を有する。ガンマ線のエネルギー、数、および強度は、ガンマ線検出器１８に集められ、試料１２に含まれる水素および酸素の濃度を決定するために使用される。次に、潜在的に危険とされる量よりも高濃度の過酸化物または超酸化物が試料１２に含まれているかを判定するために、各ガンマ線のエネルギー比率を測定して比較することができる。一実施例において、ガンマ線検出器１８は、高純度ゲルマニウム、テルル化亜鉛カドミウム（ｃａｄｍｉｕｍｚｉｎｃｔｅｌｌｕｒｉｄｅ）、およびタリウムでドープされたヨウ化ナトリウム（ｔｈａｌｌｉｕｍ−ｄｏｐｅｄｓｏｄｉｕｍｉｏｄｉｄｅ）などを含み得るが、これらに限定しない。 A gamma ray detector 18 installed near the sample 12 is used to detect the gamma rays emitted when the neutron beam 26 strikes the sample 12. The gamma ray detector 18 has an energy resolution that can measure the energy, number, and intensity of gamma rays generated by the sample 12 based on the intrinsic energy of the neutrons contained in the neutron beam 26. The energy, number, and intensity of the gamma rays are collected in the gamma ray detector 18 and used to determine the concentration of hydrogen and oxygen contained in the sample 12. The energy ratio of each gamma ray can then be measured and compared to determine if the sample 12 contains a higher concentration of peroxide or superoxide than the potentially dangerous amount. it can. In one embodiment, the gamma detector 18 may include, but is not limited to, high purity germanium, cadmium zinc telluride, thallium-doped sodium iodide, and the like. do not do.

次に、試料１２によって生成されたガンマ線の数および強度が、信号プロセッサ２２に送られ、記録される。信号プロセッサ２２は、各ガンマ線の量、強度、エネルギー、および比率を解析して、試料１２の組成元素を同定し、アウトプットをユーザに提供する。ガンマ線検出器１８は、試料１２に含まれる各原子のエネルギー、数、および強度を測定することができるため、信号プロセッサ２２は、過酸化物および超酸化物の存在を、害が少ない他の化合物の存在から区別することができる。この区別ができる理由は、各元素のそれぞれ固有のエネルギーでガンマ線が生成され、生成された各ガンマ線の固有のエネルギーおよび強度をガンマ線検出器１８で記録することができ、この記録を信号プロセッサ２２で解析することによる。たとえば、２個の水素原子と２個の酸素原子からなる組成の過酸化物の存在を、２個の水素原子と１個の酸素原子からなる組成の水の存在から区別することができる。水と過酸化物とは異なる化学組成を有するので、水が存在する場合には過酸化物と異なる信号が得られる。過酸化物の場合には、水の場合よりも、水素ガンマ線に対する酸素ガンマ線の割合が高くなる。 Next, the number and intensity of gamma rays generated by the sample 12 is sent to the signal processor 22 and recorded. The signal processor 22 analyzes the amount, intensity, energy, and ratio of each gamma ray to identify the constituent elements of the sample 12 and provide the output to the user. Since the gamma detector 18 can measure the energy, number, and intensity of each atom contained in the sample 12, the signal processor 22 can detect the presence of peroxides and superoxides, other compounds that are less harmful. Can be distinguished from the presence of The reason for this distinction is that a gamma ray is generated with a unique energy of each element, and a specific energy and intensity of each generated gamma ray can be recorded by the gamma ray detector 18, and this recording is performed by the signal processor 22. By analyzing. For example, the presence of a peroxide composed of two hydrogen atoms and two oxygen atoms can be distinguished from the presence of water composed of two hydrogen atoms and one oxygen atom. Since water and peroxide have different chemical compositions, a signal different from peroxide is obtained when water is present. In the case of peroxide, the ratio of oxygen gamma rays to hydrogen gamma rays is higher than in the case of water.

中性子ビーム２６が試料１２に到達するとき、一部の中性子は試料１２に衝突しない。試料１２を通過する中性子ビーム２６に含まれる中性子は、そのままビームダンプ２０に進む。ビームダンプ２０は、検出システム１０に近接する作業員または他の物体に誤って中性子が衝突することがないようにシールドとして働き、かつ中性子を収集する。 When the neutron beam 26 reaches the sample 12, some neutrons do not collide with the sample 12. Neutrons contained in the neutron beam 26 passing through the sample 12 proceed to the beam dump 20 as they are. The beam dump 20 acts as a shield and collects neutrons to prevent accidental neutron collisions with workers or other objects in proximity to the detection system 10.

図２は、試料１２に含まれる過酸化物および超酸化物を検出する方法１００のフローチャートを示す。ある試料に含まれる過酸化物または超酸化物を調べようとするとき、中性子源１４が、シールド１６の開口２４を介して、試料１２に向けて、中性子ビーム２６を放出する（ステップ１０２）。中性子ビーム２６が試料１２に衝突すると、中性子が試料１２の中に存在する原子と反応して、ガンマ線が放出される。試料１２に近接して設置された複数のガンマ線検出器１８が、試料１２から生成された各ガンマ線を検出する（ステップ１０４）。一実施例において、ガンマ線検出器１８は、試料１２から放出された各ガンマ線の種類、数、および強度を測定する。次に、集められた情報がガンマ線検出器１８から信号プロセッサ２２に送られる。信号プロセッサ２２は、この情報を使って、試料１２の中に存在する原子の濃度を決定する（ステップ１０６）。次に、信号プロセッサ２２は、試料１２の組成を列挙するアウトプットをユーザに提供することができる。試料１２に衝突しない中性子ビーム２６の中性子があれば、その後にビームダンプ２０に収集される。 FIG. 2 shows a flowchart of a method 100 for detecting peroxide and superoxide contained in the sample 12. When a peroxide or superoxide contained in a sample is to be examined, the neutron source 14 emits a neutron beam 26 toward the sample 12 through the opening 24 of the shield 16 (step 102). When the neutron beam 26 collides with the sample 12, the neutron reacts with the atoms present in the sample 12, and gamma rays are emitted. A plurality of gamma ray detectors 18 installed close to the sample 12 detect each gamma ray generated from the sample 12 (step 104). In one embodiment, the gamma ray detector 18 measures the type, number, and intensity of each gamma ray emitted from the sample 12. The collected information is then sent from the gamma ray detector 18 to the signal processor 22. The signal processor 22 uses this information to determine the concentration of atoms present in the sample 12 (step 106). The signal processor 22 can then provide the user with an output listing the composition of the sample 12. If there is a neutron of the neutron beam 26 that does not collide with the sample 12, it is collected in the beam dump 20 after that.

この検出システムは、潜在的に危険な過酸化物および超酸化物などの化合物を、密閉容器に収容されている場合にも検出する。中性子源から、水素原子および酸素原子からガンマ線を放出させられるだけの高いエネルギーで、検査する試料に向けて高速中性子が放出される。中性子ビームから作業員を保護するため、試料に照準合わせされた開口を有するシールドが、中性子源の周りに設置されている。中性子ビームが試料に衝突すると、ガンマ線が放出され、試料に近接して設置された複数のガンマ線検出器によって検出される。ガンマ線検出器は、試料から放出されている各ガンマ線のエネルギー、数、および強度を検出する。各ガンマ線のエネルギー、数、および強度を使用して、試料に含まれる水素原子および酸素原子の量を決定することができる。試料に衝突しない残りの中性子は、試料の下流に設置されたビームダンプの中に収集される。試料に含まれる過酸化物および超酸化物を迅速かつ正確に検出することにより、乗り物に爆発物が持ち込まれる危険性を低減することができる。 This detection system also detects potentially dangerous compounds such as peroxides and superoxides even when contained in a sealed container. Fast neutrons are emitted from the neutron source toward the sample to be examined with high energy that allows gamma rays to be emitted from hydrogen and oxygen atoms. In order to protect the workers from the neutron beam, a shield with an aperture aimed at the sample is placed around the neutron source. When the neutron beam collides with the sample, gamma rays are emitted and detected by a plurality of gamma ray detectors installed close to the sample. The gamma ray detector detects the energy, number and intensity of each gamma ray emitted from the sample. The energy, number, and intensity of each gamma ray can be used to determine the amount of hydrogen and oxygen atoms contained in the sample. The remaining neutrons that do not collide with the sample are collected in a beam dump installed downstream of the sample. By detecting the peroxide and superoxide contained in the sample quickly and accurately, the risk of explosives being brought into the vehicle can be reduced.

本発明について、好ましい実施例を参照して記述したが、当業者であれば、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細にいくつかの変更がなされ得ることを理解されるであろう。 Although the invention has been described with reference to preferred embodiments, workers skilled in the art will recognize that changes may be made in form and detail without departing from the spirit and scope of the invention. I will.

試料内の過酸化物および超酸化物を検出するために使用される検出システムの概略図。1 is a schematic diagram of a detection system used to detect peroxide and superoxide in a sample. FIG. 試料内の過酸化物および超酸化物を検出する方法のフローチャート。The flowchart of the method of detecting the peroxide and superoxide in a sample.

Claims

容器中に含まれる酸化剤を検出するシステムであって、
前記容器の方向へ中性子ビームを向ける中性子源と、
前記容器から放出されたガンマ線を収集するために、前記容器に近接して設置された少なくとも１つのガンマ線検出器と、
前記ガンマ線検出器によって収集された前記ガンマ線から前記容器中に含まれる前記酸化剤を同定する信号プロセッサと、
を備え、
検出すべき前記酸化剤が、超酸化物からなる群から選択されることを特徴とするシステム。 A system for detecting an oxidant contained in a container,
A neutron source that directs a neutron beam toward the vessel ;
At least one gamma ray detector disposed proximate to the container for collecting gamma rays emitted from the container ;
A signal processor for identifying the oxidant contained in the container from the gamma rays collected by the gamma ray detector;
With
System wherein the oxidizing agent to be detected, characterized in that it is selected from the group consisting of superoxide.

前記検出すべき前記酸化剤が、金属超酸化物からなる群からさらに選択されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。The system of claim 1, wherein the oxidant to be detected is further selected from the group consisting of metal superoxides.

前記中性子源の少なくとも一部を囲むシールドと、前記容器の下流に設置されたビームダンプをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。 The system according to claim 1, further comprising a shield surrounding at least a part of the neutron source and a beam dump installed downstream of the vessel .

複数のガンマ線検出器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。 The system of claim 1, further comprising a plurality of gamma ray detectors.

前記中性子ビームが、少なくとも６ＭｅＶのエネルギーで前記容器の方向に向けられることを特徴とする請求項１に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the neutron beam is directed toward the vessel with an energy of at least 6 MeV.

前記ガンマ線検出器が、高純度ゲルマニウム結晶検出器であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the gamma ray detector is a high purity germanium crystal detector.

前記ガンマ線検出器が、タリウムでドープしたヨウ化ナトリウム検出器であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the gamma ray detector is a thallium doped sodium iodide detector.

密閉容器中に含まれる超酸化物の酸化剤を検出するシステムであって、
少なくとも６ＭｅＶのエネルギーで前記密閉容器の方向へ中性子ビームを向ける中性子源と、
前記超酸化物の酸化剤によって生成されたガンマ線を検出するために、前記密閉容器に近接して設置された少なくとも１つのガンマ線検出器と、
前記ガンマ線検出器によって検出された前記ガンマ線を解析する信号プロセッサと、
を備えるシステム。 A system for detecting a superoxide oxidant contained in a sealed container ,
A neutron source that directs a neutron beam toward the sealed vessel with an energy of at least 6 MeV;
At least one gamma ray detector positioned proximate to the sealed vessel to detect gamma rays generated by the superoxide oxidant ;
A signal processor for analyzing the gamma rays detected by the gamma ray detector;
A system comprising:

前記超酸化物の酸化剤は、有機化合物と混合した場合に、爆発性の燃料を生成する無機化合物であることを特徴とする請求項８に記載のシステム。9. The system of claim 8, wherein the superoxide oxidant is an inorganic compound that produces explosive fuel when mixed with an organic compound.

前記中性子源から１つの方向に前記中性子ビームを向けるシールドと、前記容器の下流で前記中性子ビームを遮断するように配置されたビームダンプをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のシステム。 The system of claim 8, further comprising a shield that directs the neutron beam in one direction from the neutron source, and a beam dump positioned to block the neutron beam downstream of the vessel .

複数のガンマ線検出器をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のシステム。 The system of claim 8, further comprising a plurality of gamma ray detectors.

前記超酸化物の酸化剤が金属超酸化物であることを特徴とする請求項８に記載のシステム。 9. The system of claim 8, wherein the superoxide oxidant is a metal superoxide.

前記金属超酸化物が、超酸化ナトリウム、超酸化カリウム、超酸化セシウム、および超酸化ルビジウムからなる群から選択されることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。 The system of claim 12 , wherein the metal superoxide is selected from the group consisting of sodium superoxide, potassium superoxide, cesium superoxide, and rubidium superoxide .

前記ガンマ線検出器が、高純度ゲルマニウム結晶検出器であることを特徴とする請求項８に記載のシステム。 9. The system of claim 8, wherein the gamma ray detector is a high purity germanium crystal detector.

前記ガンマ線検出器が、タリウムでドープされたヨウ化ナトリウム検出器であることを特徴とする請求項８に記載のシステム。 9. The system of claim 8, wherein the gamma ray detector is a thallium-doped sodium iodide detector.

容器中に含まれる無機超酸化物を検出する方法であって、
前記容器に高速中性子を通過させるステップと、
前記容器中の無機超酸化物から放出されたガンマ線を検出するステップと、
前記容器中の無機超酸化物から放出された前記ガンマ線を解析するステップと、
を含み、
前記高速中性子が、少なくとも６ＭｅＶのエネルギーで通過するように線源から放出されることを特徴とする方法。 A method for detecting an inorganic superoxide contained in a container,
Passing fast neutrons through the vessel ;
Detecting gamma rays emitted from inorganic superoxide in the container ;
Analyzing the gamma rays emitted from the inorganic superoxide in the container ;
Including
The method wherein the fast neutrons are emitted from a source so as to pass at an energy of at least 6 MeV.

前記ガンマ線を検出するステップが、前記容器から放出されたガンマ線の数を検出することを含む請求項１６に記載の方法。 The method of claim 16, wherein detecting the gamma rays comprises detecting the number of gamma rays emitted from the container .

前記ガンマ線を検出するステップが、前記容器から放出されたガンマ線の強度を検出することを含む請求項１６に記載の方法。 The method of claim 16, wherein detecting the gamma rays comprises detecting the intensity of gamma rays emitted from the container .

前記容器中に含まれる検出すべき前記無機超酸化物が金属超酸化物であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。 The method according to claim 16, wherein the inorganic superoxide to be detected contained in the container is a metal superoxide.

前記容器中に含まれる検出すべき前記無機超酸化物は、有機化合物と混合した場合に、爆発性の燃料を生成することを特徴とする請求項１６に記載の方法。 17. The method of claim 16, wherein the inorganic superoxide to be detected contained in the container produces an explosive fuel when mixed with an organic compound .