核四极矩共振爆炸物检测系统的研制.ppt

,核四极矩共振 爆炸物检测系统的研制 何高魁 中国原子能科学研究院 2010年8月,贵阳,一、项目背景, 近些年来,世界范围内恐怖爆炸威胁不断增加 洛克比空难: 1988年12月美国泛美航空公司103航班发生爆炸，造成270人死亡.震惊世界! 此后,世界各国均加强了对航空恐怖事件的防范，并开始重视炸药检测技术的研究。,洛克比空难,1996年7月，亚特兰大奥林匹克公园突然发生炸弹爆炸，1名妇女当场死亡，111人受伤。,2004年的8月24日俄罗斯两架客机坠毁 2007年2月:3周内，英国连续发生7起邮件炸弹爆炸 欧盟频遭邮件炸弹骚扰 欧盟主席普罗迪,欧洲中央银行,欧洲刑警组织,意大利,西班牙,加拿大,08年:昆明公共汽车爆炸,北京公共汽车爆炸 针对国家领导人的邮件炸弹事件 “邮件炸弹”也是恐怖分子进行敲诈、勒索、制造恐怖事件的工具。,反恐是全球所关注的问题，关系到国家安全 爆炸物检测是反恐的重要部分，各国都加大投入研究开发有效的检测技术和设备 为防止恐怖爆炸袭击，除了在机场，口岸、车站、重要会议场馆等装备有效的爆炸物检测设备外，邮件中的爆炸物检测也是十分必要的。, 爆炸物检测技术 X-射线扫描 C-T扫描 气相分析 核四极共振 中子分析 毫米波（T-Hz） EDS-M 邮件爆炸物检测系统-NQR技术,二、核四极共振(NQR)原理, 非球形核具有核四极矩特性 核四极矩与核外电场梯度相互作用 电场梯度由物质分子结构决定,与外界无关. 强烈依赖于物质的分子结构、化学键和原子价态 特定的谱线对应于特定的物质,核四极共振原理,外部电场,核磁共振(NMR) 和 NQR,核四极矩产生的能级: e2qQ: 核四极耦合常数; : 电场梯度(EFG)的不对称系数. 不同核,四极矩不一样 同一种核,所处的分子结构不同,核四极共振原理,能级不同,Ex,Ez,能级状态和 NQR频率,f1,f2,f3,0.5MHz,5MHz,RF,RF,RF,Relax,Relax,Relax,Ey,核四极共振原理,对于14N:,核四极共振检测技术的特点: 基于核四极矩与核外电场梯度之间的相互作用; 不同的核,核四极矩不同; 同一种核,分子结构不同,电场梯度不同; 迄今为止,没有发现相同的共振频率. 指纹检测技术,三、核四极共振检测爆炸物机理,大多数爆炸物含氮量丰富 TNT: 18.5% 黑素金(RDX): 38.0% 奥托金(HMX): 37.8% 潘太(PETN): 17.7%,氮-14丰度约为99.63% 氮-14自旋为1,非球形核,具有核四极矩特性 14N是一种很好的NQR探针，可以利用14N-NQR方法探测炸药,核四极共振爆炸物检测机理,核四极共振爆炸物检测技术的特点 基于分子结构的超精细相互作用探测方法 是一种能够排除其它物干扰的爆炸物指纹检测技术 能确定炸药种类和重量 非破坏性、非放射性、对其它其它物品没有影响 分析速度较快,四、系统设计,系统硬件结构,系统设计,设计目标,系统设计,实用型爆炸物检测系统,发射单元,系统设计,接收单元,系统设计,自动调谐-解决分布电容问题 自动频率跟踪-调整频率 时/频域变换 结果显示/报警 报警阈的计算 历史记录保存 友好的界面,系统设计,系统软件,系统设计,系统方案,探头,计算机,四相检测,ADC,D D S,脉冲序列,系统设计,脉冲NQR技术, 多次累加, 提高信噪比,多次累加,使得探测微弱信号成为可能,操作界面,系统设计,技术参数,系统设计,直接数字合成产生激发脉冲，相位精度：0.1度，频率分辨率0.5Hz， 脉冲分辨：20nS. 信号放大器：40dB+72dB。 射频功率放大器：500W脉冲功率， 频率范围：250kHz-12MHz, 上升/下降时间：100nS， 马达驱动可变电容调谐。 温度采集探头：Pt100. 数据采集：14位A/D，时钟50MHz。 探测腔灵敏体积：10升。,五、系统调试及测试,模拟实验(粗调) 晶体 爆炸物实验 (细调),晶体实验：基本调试,FID,系统调试及测试,晶体实验：基本调试,频谱,系统调试及测试,爆炸物实验：提高灵敏度,50g RDX FID,系统调试及测试,系统调试及测试,50g RDX 频谱,系统调试及测试,10g RDX FID,系统调试及测试,10g RDX 频谱,系统调试及测试,数据处理,系统调试及测试,系统性能测试,测试样品：编号为1号和2号的EMS包，其中1号包装填10克RDX，并装有若干纸张，2号包只装有纸张若干 1号包连续测试100次. 报警99次，可疑1次，准确率99%，无漏报 2号包连续测试100次. 报警0次，安全100次，无误报,系统调试及测试,系统指标,灵敏体积：10升（信件、快件26X20） 检测爆炸物种类：塑性炸药（RDX），C-4, 塑-4,聚黑-2高聚物粘结, B 炸药