爆炸物的探测技术综述(1).pdf
2 0 1 1 年1 0 月爆炸物的探测技术综述丁文等 3 3 爆炸物的探测技术综述 丁文∞窦玉玲④王国保④吴腾芳⑦沈瑞琪① ①南京理工大学 江苏南京,2 1 0 0 9 4 ②解放军理工大学工程兵工程学院 江苏南京,2 1 0 0 0 7 ③中国原子能科学研究院 北京,1 0 2 4 1 3 [ 摘要] 介绍了目前已经应用的和在研的各类爆炸物探测方法,并指出了每种方法的优缺点。其中。重点介绍 了X 射线成像技术及中子探测技术。目前,许多新的检测技术仍处在不成熟的阶段,漏报率与误报率始终存在,并 且对于核检测技术而言,高灵敏度对应的高能量源与相应的屏蔽措施造成的设备体积过大是一对需要解决的矛 盾。 [ 关键词] 爆炸物探测x 射线成像中子探测 [ 分类号] a Q 5 6 0 .7 引言 近年来国际恐怖活动频繁,爆炸案件屡有发生, 恐怖分子的作案方法越发多样化,因此,对隐藏爆炸 物采取有效的探测技术成为防范恐怖案件的重要途 径。目前,已经应用的和正在预研中的主要探测技 术包括以下几大类爆炸残留物痕量检测、大量爆炸 物探测及生物方法检测爆炸物等⋯。 l 爆炸物检测技术 1 .1 痕量检测 痕量检测是指爆炸物是微量级的,包括微量 肉眼很难看到 爆炸物蒸气或者粒子进行采集和 化学分析。痕量检测的主要方式有两种爆炸物的 蒸气检测和爆炸物的微粒检测。 爆炸物痕量检测技术有化学发光法障】、质谱 分析法‘3 1 、离子迁移谱法‘4 1 、电化学法⋯。以及微机 械传感器法【6J 。 此类检测技术的优点是 1 体积较小,操作方 便; 2 在一定条件下具有高的灵敏度; 3 维修方 便,费用较低。 缺点是必须直接获得爆炸物或示踪物质的蒸气 或微粒;爆炸物的蒸气压太低,或爆炸物被包装封闭 蒸气难以散发,都能影响对爆炸物蒸气的检测;另外 环境物质的干扰和检测速度慢、费用高及某些专项 要求等,有些方法也存在不足。此类方法一般不适 宜于远距离检测。 1 .2 宏量爆炸物探测 对于可见数量 宏量 爆炸物的探测,通常基于 成像技术或者爆炸物的核 分子 的性质。宏量爆 炸物探测技术对于样本的独立性要求比痕量爆炸物 探测技术要低些,也不会受到爆炸物所处环境的影 响。本文侧重于介绍大量爆炸物检测方法。 目前,大量爆炸物的检测采用的方法主要包括 成像技术H ’和核技术【1 1 的应用。其中,成像技术主 要有x 射线成像技术、太赫兹成像技术、毫米波成 像技术、微波成像技术等;核技术主要有中子技术、 核四极矩技术等。此外,还有激光检测技术等。 1 .2 .1X 射线成像技术 爆炸物通常由一些普通的无害材料混合而成, 这使得对它们的检测变得困难。通过投射x 射线 能量收集图像数据,即由X 射线源反射或者由穿透 被扫描物品的透射x 射线反映呈像,分别叫做透射 背景和前透射图像。在透射成像中,物品沿笔形发 光器的区域增加了可见透射量,这一增量决定于x 射线光子到达这个区域的数量。通过这种方法,即 使两种不同的物质具有相同的发射特征,也可以产 生两种非常不同的透射映像。 X 射线成像技术包括单能量、双能量、电脑断 层扫描 c o m p u t e dt o m o g r a p h y ,C T 、反向散射 包括 人员成像技术 及荧光透视法。 1 .2 .1 .1 单能量X 射线技术 单能量x 射线透射成像技术使用单一能量的x 射线束,而成像的结果体现了目标物对X 射线的吸 收程度,显示出投影图像。 单能量x 射线透射成像技术的优点是技术简 ●收稿日期2 0 1 1 - 0 6 - 0 6 作者简介丁文 1 9 8 2 一 .女,博士,讲师。主要从事含能材料及其技术方面的研究。E m a i l k a g u m e i d i n g 1 6 3 .咖 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 0 卷第5 期 单成熟,价格低廉;适合于探测炸弹 含有引信、外 壳、配线、保险丝、金属部件等 和船舶。缺点是提 供的探测信息少,不能分辨复杂背景中相对量少的 隐藏在高原子序数物质后的物品。 其代表性产品有美国c EI o nT r a c k 公司出品 的安特二、三代便携式爆炸物/毒品探测器.以及美 国R a p i s c a nS e c u r i t yP r o d u c t s 公司出品的R S S X X 系 列通道式x 光机系列等,见图1 和图2 所示。 图2 安特三代台式爆炸物/毒品探测器 1 .2 .1 .2 双能量x 射线技术 双能量x 射线是指低能x 射线和高能x 射线。 双能量系统的优点是能用形状显示物体,除爆炸物 外.还能探测金属和其他具有高原子序数 z 值的 元素,并且价格较低。缺点是在图像上很难分辨每 一个独立的物体,特别是那些与X 射线没有强相互 作用的物体。 1 .2 .1 .3 电脑断层技术I C T C T 是一种X 射线技术,它对物体进行多角度 二维交叉片断的成像,并组合成三维图像。这些图 像比传统的x 射线成像技术要粗糙,但是c T 图像 有助于探测密度问题。 C T 技术的优点是可探测隐藏及不透明的物体; 能更准确得到物体的密度 厚度 .区分爆炸物及低 z 值的物质;灵敏度和准确率更高。缺点系统更复 杂;处理速度慢;成本较高;所需x 射线剂量大。 发展的趋势是降低C T 系统的复杂性和造价, 如开发双能量和旋转扫描系统,开发主体匹配分层 技术。 1 .2 .1 .4 反向散射x 射线技术 反向散射x 射线系统能提供物质的标准透视x 射线成像和反向散射x 射线成像。标准x 射线图 像能鉴定高密度物质,特别是金属物质。反向散射 x 射线成像能准确探测有机物质。结合两类图像能 得到被测物的详细信息。 使用低剂量x 射线可以对人员成像,探测隐藏 的武器和爆炸物。在成像系统中,安全性是首要问 题,反向散射x 射线技术使用非常低的x 射线剂 量,可认为是安全的”1 。对每个人需要进行正面和 反面的扫描,以确定是否有爆炸物藏匿。但存在侵 犯他人隐私问题和放射安全性问题。 反向散射x 射线系统的优点从标准x 射线图 像和反向散射x 射线技术能得到很多信息;系统缺 点是很高密度的物质能屏蔽其他物质,低z 值物质 能由此隐藏,需要从另一个角度对物体进行成像。 1 .2 .1 .5 荧光透视法 荧光透视法也是一种x 射线成像技术。通过 监视器能观察物体的动态和静态图像。该技术适用 于邮件和小包裹中的爆炸物探测。 该方法的优点是可用于野外任务,有些是手提 式;许多系统能由单人搬运和安装;有些设备能实时 动态 使用;使用低能x 射线。缺点是观察区域 小,需要配置放射性X 射线源,使用低X 射线,穿透 力有限。x 荧光检测技术是一项实用而且灵敏度很 高的检测技术。若在爆炸物中掺入极少的示踪剂, 可取得良好的检测效果。 1 .2 .2 毫米波成像技术 自然界的任何物体,只要其表面温度高于绝对 零度,它就是一个能量辐射体。辐射能量大小与物 体的性能和温度有关。人体辐射的毫米波能量比金 属、陶瓷、塑性炸药、粉状炸药、布料和绝缘材料多。 毫米波的特性既不同于微波,又区别于红外光。它 对各种绝缘材料 如各种布料和大多数建筑材料 都具有很好的穿透性。毫米波摄像机可以显示出藏 匿在衣物下的手枪、炸弹和毒品等.这是一种被动式 摄像机,不受周围环境影响,不会对人体和被检测物 品造成损害。缺点是其存在侵犯他人隐私问题和放 射安全性问题。 1 .2 .3 微波成像技术 微波成像装置是采用微型雷达发射微波脉冲来 万方数据 2 0 1 1 年1 0 月爆炸物的探测技术综述丁文等 3 5 接受回波工作的。与毫米波摄像机的原理不同,它 不利用人体辐射,是一种主动式探测器材。微波具 有很强的穿透能力。不仅可以穿透空气、雾和一些电 介质,而且可以穿透人体,所以微波成像装置可以发 现藏匿在人体内的物品 如爆炸物和毒品等 。 1 .2 .4 太赫兹探测技术亚毫米波技术 太赫兹辐射 T 射线 通常指的是波长在3 m m 一3 0 p J n 之间的电磁波。其波段在微波和红外之 间,属于远红外和亚毫米波范畴。 许多爆炸物及其相关材料在T H z 波段具有不 同的特征吸收峰,T H z 光谱具有“指纹”特性。而许 多非金属、非极性材料对T H z 波是透明的。其成像 和光谱技术可提供一些微波和X 射线技术不能提 供的信息,在爆炸物探测中具有巨大的应用潜力。 1 .2 .5 中子探测技术 目前主要的中子探测技术包括热中子法 T N A D o ] 、快中子法 F N A 、脉冲快中子法 P F _ N A 、脉冲快/热中子法 F N A /T N A 、伴随a 粒子/ 中子飞行时间法 A P I - T O F i n ] ,以及中子共振吸收 法 N R A 。 热中子分析法 T N A 是利用N 原子核和热中 子发生中子俘获反应,发射出能量为1 0 .8 M e V 的特 征1 射线的原理。爆炸物中通常都含有较多的N 元素,因此可以通过这种方法检测爆炸物。 快中子分析法 F N A 的原理与T N A 类似,不同 的是使用1 4 M e V 快中子的能量更高,N 、C 、O 原子 核均能与其发生相互作用,发射出特征7 射线,从 而弥补了T N A 方法检测爆炸物只有N 元素一个判 据的局限性。所以F N A 比T N A 的检测效果更好, 但由于被激发的元素多,因此本底很高,1 谱较为复 杂。 脉冲快中子分析法 P F N A 是在F N A 基础上发 展起来的方法,它使用了氘氚脉冲中子管产生的准 直快中子脉冲束作为中子源。充分利用快慢1 射 线的时间差来有效避免了本底过高的问题。这种方 法可以确定C 、N 和O 的空间坐标,给出3 种元素含 量比的空问分布图。脉冲快/热中子分析 P F T N A 则是结合了P F N A 和T N A 两者的优点,采用脉冲宽 度为微秒量级、脉冲间隔约为1 0 0f s 的氘氚脉冲中 子发生器产生的脉冲快中子照射待测量物质,在快 中子脉冲宽度内测量快中子引起的C 和O 非弹性 散射产生的射线来确定物品中的C 和O 含量。在 两脉冲间隔内就通过测量热中子引起的N 和H 俘 获射线来确定物品中的N 和H 含量。这种方法能 够有效降低信噪比,综合性能更好。具有较高的空 间分辨本领和较强的识别能力。 使用a 粒子/中子飞行时间法 A P I - T O F ,采用 位置灵敏的d 探测器,测量T d .n 4 H e 核反应中的 俚粒子,根据q 粒子的方位确定相关中子的方位,可 以给出C 、N 和O 三种元素含量的空间分布图,从而 有效地识别任意形状的爆炸物。这种方法具有较高 的空间分辨本领和较强的识别能力,但对中子发生 器和测量系统的技术要求较高。 表l 列出了常用爆炸物中子检测方法的种类、 工作原理、主要的核反应、检测的射线种类、使用的 中子源以及可以测量的元素。 表1常用的爆炸物中子检测技术【1 2 1 万方数据 3 6 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 0 卷第5 期 航空港受检点 邮局邮寄分拣点 边境通关安检点 航空港受检点 政府、首长机要办公地 机场大厅 会展场所 T N A 配合x 射线成像 篓薯雹署黼的行中等偏高的流通率渊焉衾f 揪, N B A 多视角 隐匿于电子仪器、台式计T N A 蓍翼嚣筝溉肇蠢竺中等偏低的流通率删P F N A f 眦I N A电器等内部的小量爆炸 。可””””。4 千 物 军事基地的清雷 战区扫雷埋藏的地雷 非军事的人道主义扫雷 中等偏低的流胖T 传N 统A 裂嚣裟徽;酷 训练用靶场、军火库 战区和隐匿的未知环境未引爆的弹药军械中等偏低的流通率基本同上 人道主义清扫或排除 曩恚藿毒轰萎銎萎会是人口裹于小型车辆内的爆炸中等偏低的流通率州T N ⅣAF N A 交通枢纽设施”PFNA/TNA 襟鬻辫⋯口萎差嚣糯器航蝴⋯胖删⋯糍⋯, 表2 列出了各类中子探测技术在不同的威慑来 源下的不同适用场合。 1 .2 .6 核四极矩技术 四极矩共振频率具有专一性 唯一性 ,没有两 种物质具有相同的四极矩共振频率 谱 。含氮分 子的共振频率即为该分子的“指纹”。 核四极矩共振【l “ 是一种具有化学光谱特性的 电磁共振筛分技术。它与医用的磁共振成像技术 M R I 相似,不同的是它不需要磁体。它使用的是 一种低强度 低功率 调谐无线电脉冲,强化来自爆 炸物中氮元素发生的信号,用来探测目标物的分子 结构。每种爆炸物发射出来的信号都是唯一的5 ’, 以此区分其他物质。此法检测的准确度很高,专用 性很好。主要用于机场检测行李、包裹等物品。该 方法的缺点是目前可检测的爆炸物种类较少,金属 屏蔽会使该方法失效。 2 结束语 至今还没有一种检测技术是完美的,甚至许多 新的检测技术仍处在不成熟的阶段,漏报率与误报 率始终存在。对于核检测技术而言,高灵敏度对应 的高能量源与相应的屏蔽措施造成的设备体积过大 是一对需要解决的矛盾。因此,现在的检测设备都 在向着小型化、高灵敏度、多方位、可移动等方向发 展。事实上不同的场合需要采用将不同的检测技术 相结合的方法,以达到较好的检测效果。 参考文献 Z u k a sJ ,W a h e mW .E x p l o s i v eE f f e c t sa n dA p p l i c a t i o n s [ M ] .N e wY o r k S p r i n g e r - V e r l a g ,1 9 9 7 . N g u y e nDH ,B e ⅡyS ,C , e b l e w i c zJP ,e ta 1 .C h e m i l u m i n e s c e n tD e t e c t i o no fE x p l o s i v e s ,N a r c o t i c s ,a n dO t h e r C h e m i c a lS u b s t a n c e s U S ,6 9 8 4 5 2 4 [ P ] .2 0 0 6 - 0 1 1 0 . Y i n o nJ .M o d e mM e t h o d sa n dA p p l i c a t i o n si nA n a l y s i so f E x p l o s i v e s [ M ] .C h i c h e s t e r J o h nW i l e y &S o n s ,1 9 9 3 . E i c e m a nGA 。K a r p a sZ .I o nM o b i l i t yS p e c t r o m e t r y [ M ] .2 n dE d .B o c aB a t o n C R CP r e s sI n c ..2 0 0 5 . W a n gJ .A n a l y t i c a lE l e c t r o c h e m i s t r y [ M ] .3 h iE d .N e w Y o r k J o h nW i l e y ,2 0 0 6 . P i n n a d u w a g eLA 。j iHF ,T h u n d a tT .M o o r e ’8l a wi n h o m e l a n dd e f e n s e 鲫i n t e g r a t e ds e r l s o rp l a t f o r mb a s e d ∞ s i l i c o nm i c r o c a n t i l e v e r s [ J ] .I E E ES e n s o r sJ o u r n a l ,2 0 0 5 。 5 7 7 5 . B j 哪a ∞nJE ,C h a nTLJ ,L e eAWM 。e te 1 .M i l l i m e t e r - w a v e ,t e r a h e r t za n dm l d - i n f r a r e dt r a n s m i s s i o nt h r o u g h c o n l n l o r lc l o t h i n g 【J ] .A p p l i e dP h y s i c sL e t t e r s ,2 0 0 4 , 8 5 5 1 9 . 孙汉城,李广将.检查隐藏的违禁品的核技术[ c ] . //中国核学会核技术工业应用分会学术报告会论文 集.北京中国核学会,2 0 0 4 ,7 . H a r d i n gG 。S c h r e i b e rB .C o h e r e n tI .r a ys c a t t e ri m a g i n g a n di t s a p p l i c a t i o n si n b i o m e d i c a ls c i e n c ea n di n d u s t r y [ J ] .R l t d J s t i o nP h y s i c sa n dC h e m i s t r y ,1 9 9 9 ,5 6 2 2 9 - 2 4 5 . 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J n 心 ∞ H 喳 № “ ∽ 汐 万方数据 2 0 1 1 年1 0 月爆炸物的探测技术综述丁文等 3 7 S h e aP ,G o z a n iT ,B o z o r g n m n e s hH .AT N Ae x p l o s i v e s - d e t e c t i o ns y s t e mi na i d i n eb a 蹈a g e [ J ] .N u c l e a rI n s t r u - m e / 瑁a n dM e t h o d si n P h y s i c sR e s e a r c hS e c t i 佣A . 1 9 9 0 。2 9 9 1 - 3 4 4 4 4 4 8 . L o v e m a nR ,B e n d a h a nJ ,G o z a n iT ,e ta 1 .T i m eo f t l i s h tf a s tn e u t r o nr a d i o g r a p h y [ J ] .N u c l e a rI n s t r u m e n t s a n dM e t h o d si nP h y s i c sR e s e a r c hS e c t i o nB 。1 9 9 5 ,9 9 1 4 7 6 5 - 7 6 8 . G o z a n lT .n er o l e 0 fn e u t r o nb a s e di n s p e c t i o nt e c h - n i q u e si nt h ep o s t9 /1I /0 1e r a [ J ] .N u c l e a rI n s m u n e r i t s f 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] a n dM e t h a d si n P h y s i c sR e a s e a r c hS e c t i e mB ,2 0 0 4 , 2 1 3 4 6 0 - 4 6 3 . 陈涵德.探测爆炸物和放射性材料的核技术方法 【J ] .中国工程科学,2 0 0 8 ,1 0 7 7 - 8 5 . L e eSK ,S a u e rKL ,S e l t z e rSJ ,e ta 1 .S u b f e n n t o t e s l a r a d i o - f r e q u e n c ya t o m i cm a g n e l o m e t e rf o rd e t e c t i o n o f n u d e a rq u a d r u p o l el e o o n a n c 圮[ J ] .A p p h e dP h y s i c sL e t - t e r s ,2 0 0 6 ,8 9 2 1 4 1 0 6 . D .R .V i j E d . .H a n d b o o ko fA p p l i e dS o l i dS t a t e S p e c t r o s c o p y [ M 】.N e wY o r k S p r i n g e r 。2 0 0 6 . R e v i e wo nD e t e c t i o nT e c h n o l o g yf o rE x p l o s i v e s D I N GW ∞∞,D O UY u l i n g o ,W A N GG u o b a o 。,W UT e n g f a n g 。,S H E NR u i q i ① ①s c h 砌o fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ,N a n j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y J i a n g s uN a n j i n g ,2 1 0 0 9 4 窑 E n g i n e c r i n gI n s t i t u t eo fE n g i n e e rc o r p s ,P L AU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y J i a n g s uN a n j i n g ,2 1 0 0 0 7 ③C h i n aI n s t i t u t eo fA t o m i cE n e r g y B e i j i n g ,1 0 2 4 1 3 [ A B S T R A C T ] T h i sa r t i c l ed e s c r i b e dv a r i o u st y p e so fe x p l o s i v e sd e t e c t i o nm e t h o d sw h i c hh a v ea l r e a d yb e e na p p l i o da n d i nr e s e a r c h ,a n dp o i n t e do u tt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fe a c hm e t h o d ,f o c u s i n go nX r a yi m a g i n ga n dn e u t r o nd e - t e e t l a nt e c h n o l o g y .M a n yn e wd e t e c t i o nm e t h o d s 哪n o ws t i l li na l li m m a t u r es t a g e .m i s sr e p o r ta n df a l s ea l a r mC a l ln o th e a v o i d e d .T on u c l e a rd e t e c t i o nt e c h n o l o g y .t h em a i no b s t a c l et ow i d ei t sa p p f i c a f i o ni st h eh i s he n e r g yS O U l 嘲f o rh i g hs e n s i - t i v i t ys n dt h eo v e r l 舡g ed e v i c ef o rt h ec o r r e s p o n d i n gs h i e l d i n gs y s t e m . [ K E YW O R D S ]e x p l o s i v ed e t e c t i o n ,X r a yi m a g i n g ,n e u t r o nd e t e c t i o n 民爆专利信息 专利名称连续自动混药机、生产粉状硝铵炸药方法及生产 线 专利申请号C N 2 0 0 6 1 0 0 6 9 2 7 2 .2公开号C N D 3 5 7 5 2 申请日2 0 0 6 .1 0 .1 2公开日2 0 0 7 .0 3 .2 8 申请人新泰市安泰化工有限责任公司 本发明公开了一种连续自动混药机、以及应用这种连续 自动混药机生产粉状硝铵炸药的方法和生产线,本发明连续 自动混药机的搅拌机构包括搅拌主轴、多个固定在搅拌主轴 上星螺旋分布的搅拌桨和多个固定在搅拌主轴上与搅拌桨 交叉分布的碾压滚子。本发明的方法,包括有分别在两台连 续自动混药机中热混、冷混的步骤;本发明生产线包括至少 两台串接的连续自动混药机。本发明连续自动混药机巧妙 地解决了搅拌混合与碾压的问题,物料在粘性状态下混合均 匀,实现了对硝铵炸药原料进行均匀混合;本发明生产方法 提高了混药的质量和安全;本发明生产线可实现粉状硝铵炸 药制药工艺全过程的连续自动化生产,降低生产成本,提高 经济效益。 专利名称电子雷管连接器 专利申请号C N 2 0 0 5 8 0 0 0 8 6 4 0 .6公开号C N l 9 3 4 4 0 6 申请日2 0 0 5 .0 3 .1 6公开日2 0 c r 7 .0 3 .2 1 申请人澳大利亚澳瑞凯炸药技术有限公司 点火、准备和解除准备信号通常通过信号传输线传送到 电子雷管。通常这些信号传输线包括导线,其中各导线的一 端直接焊接在印刷电路板上,其它保持在雷管壳内的信号处 理部件上。其它现有技术的“模块化”爆破设备提供了在野 外用以连接信号传输线到雷管的装置。信号传输线与雷管 连接易于损坏,尤其是当信号传输线在爆破点受到无意的拉 力或牵引力时。本发明披露了一种能固定信号传输线和任 何适于容纳和选择地处理来自信号传输线的电信号的雷管 之间连接的电连接器。尤其是电连接器可粘附在雷管的信 号输入端,且包括至少一个桥接件以提供信号传输线和雷管 的内部电气部件之间的电连接。 专利名称桥塞硬连接撞击式点火器 专利申请号C N 2 0 0 6 1 0 1 0 4 7 0 5 .3 公开号C N l 9 3 2 4 2 9 申请日2 0 0 6 .1 0 .0 9公开日2 0 0 7 .0 3 .2 1 申请人中国兵器工业第二一三研究所 本发明公开了一种桥塞硬连接撞击式点火器,适用于油 管传输式桥塞座封点火工艺。该点火器由含有投棒和击针 组件的机械撞击发火组件和火工品组件构成,其输入端与油 管连接,输出端与座封工具连接。进行桥塞座封施工时,本 发明与座封工具及桥塞随油管下放到目的层,并从井口沿油 管向井内掷放投棒,由投棒撞击击针组件实现发火功能,同 时点燃座封工具中的火药筒并驱动桥塞实施封堵作业。采 用本发明的桥塞硬连接座封工艺不仅保留了电缆桥塞座封 工艺的优点,而且还克服了电缆桥塞座封工艺存在的遇阻、 卡死、打结、缠死等诸多弊病,使桥塞在下井过程中不受到任 何破坏并顺利可靠座封。从而也降低了桥塞座封的施工成 本。 王元荪 1 J 1 J 1 J m U 屹 r L r L r L 万方数据