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毒品和隐性爆炸物的快速准确识别和检测 061130106 张佳文 内容摘要：毒品和隐性爆炸物的鉴测一直是一个世界性难题，随着科技的发展进步，人们利用各种技术开发出各种鉴测系统来解决这个难题。本文介绍一种以中子瞬发γ射线活化分析（PGNAA）为基础的构想，实现毒品和隐性爆炸物的快速准确识别和检测。 关键词：毒品、爆炸物、PGNAA、元素分析 1、研究背景及意义 当前，国内外毒品走私和爆炸恐怖活动问题日益严峻，给世界人民的生命财产安全造成巨大威胁，而且一直是海关、航空、水陆运输打击犯罪安全防范的重点。国际社会投入大量人力物力，以期有效查处犯罪分子，防患于未然。但是由于犯罪分子的犯罪手段越来越狡猾，大量使用先进的伪装技术，使得毒品和隐形炸药的检测越来越困难。由此观之，毒品和隐形爆炸物的稽查仍然任重道远。 在这方面，国内外学者提出了很多识别和检测毒品和隐性爆炸物的方案，比如色谱、质谱、紫外光谱、毛细管电泳、红外光谱、X射线、拉曼光谱、生化及生物检测法、离子迁移谱技术及其他物理方法等。但是这些方法有一定的局限性，例如化学分析、紫外光谱、红外光谱及X射线对样品都有一定程度的破坏，属于有损检测；X射线及紫外光谱对人体会有辐射危害，红外光谱和拉曼光谱都存在着较强的吸收和散射问题等。 本文介绍一种用中子瞬发γ射线活化分析（PGNAA）方法来实现毒品和隐性爆炸物的快速准确识别和检测。 原理及可行性 2.1中子瞬发γ射线活化分析原理 中子被原子核俘获形成复合核，在极短时间（10-18~10-12s）内，处于激发态的复合核退激发发射γ射线，测量γ射线的能量和强度，就可以知道元素种类和含量。 2.2可行性分析 2.2.1毒品和爆炸物的成分 毒品的主要成分为吗啡类、乙酰吗啡类、苯丙胺类等物质，主要有C、H、O、N等元素组成，与日常生活中常见的物质组成元素相似，但是元素比例大不相同。炸药也是如此，比如TNT、硝化甘油、铵油炸药、硝化纤维素等，其组成元素主要也是C、H、O、N，但是各种元素含量（氧在20%以上，氮在10%以上，氢的含量在10%—45%之间）与日常生活常见物质不同。 由于炸药、毒品和其他各种材料都是由较确定元素组成的，其中炸药所含C/O和C/N的比例与一般物品有显著不同，通过对C/O和C/N的比值分析，那些旅有炸药的物体就能被发现。这样，检查毒品炸药的问题就变为元素确认的问题。 2.2.2 PGNAA实现毒品和隐性爆炸物鉴测的可行性 PGNAA通过测量复合核退激发发射的γ射线的能量和强度，从而获得元素种类和含量的信息，可以实现在线实时测量，对于寿命极短的元素，以及轻元素灵敏度很高，而且可以进行多元素同时分析，理论上可以用来进行毒品和隐性爆炸物的检测。而且从原理上讲，PGNAA可以测定任何天然元素。 实施方案设计 3.1方案思想 放射源发射中子与靶核作用形成复合核，处于激发态的复合核退激发射γ射线，通过测量γ射线的能量和强度来确定碳、氮、氧的含量，并结合计算机识别技术进行结果分析。 3.2系统实现 3.2.1放射源 放射源需选用的中子源，可以是同位素中子源或加速器中子源等。 同位素中子源，如252Cf中子源，寿命很长（T1/2=2.64a），中子产额很大（2.31×1012中子s-1·g-1），但是价格昂贵。 加速器中子源，T(d，n)4He是最常用的的核反应，用100~200keV的高压倍加器做成中子发生器，中子产额很高，能量几乎是单一的而且中子产额几乎是各向同性的。而且一旦关机周围就不存在放射性。价格便宜，操作方便。 对于毒品和隐性爆炸物的检测系统，本文建议选择中子发生器，做成小型中子管用于探测。 3.2.2探测器 俘获γ射线的能量以及各γ射线的分支比，由原子核的能级特性决定，能量范围为从几百keV到几十MeV。由于样品基体元素的影响，γ谱十分复杂，需要用高分辨率的Ge(Li)或高纯Ge探测器鉴测分支比最大的γ射线特征峰。分析的某一特征γ射线强度为 n=(W/M)NAηεtσeφfγ 其中W为样品重量，M为待测元素原子量，η为待测元素的同位素丰度，εt为探测系统的绝对效率，σe为俘获截面，φ为单能中子通量密度，fγ为γ射线的分支比。 3.3.3探测结果分析 在获得被探测物的组成元素及含量或元素比例后，利用计算机模糊判断被探测物是否是异常物质，再进一步判断是否是毒品或爆炸物。 存在问题及干扰 4.1方案的局限性 4.1.1放射性 探测过程存在放射性，一方面放射性射线作用于探测器会使探测器受损，必须考虑探测器的放射性损伤；另一方面放射性对操作人员存在威胁，须设置必要的防护屏蔽装置。 4.1.2结果分析 PGNAA只能获得元素种类及含量，不能确定化合物的分子式以及结构，对于被探测物，可能是含有各种成分的混合物，其元素组成本身就存在不确定性，