便攜式化學(xué)武器鑒別用能譜儀cdsSPEC

    1997年春天，德國(guó)軍事科學(xué)院核生物化學(xué)防護(hù)學(xué)會(huì)在無損檢測(cè)技術(shù)的試驗(yàn)期間，很快發(fā)現(xiàn)化學(xué)武器禁令組織（OPCW）的中子快速激發(fā)光譜系統(tǒng)（NIPPS）所暴露出來的缺點(diǎn)，如體積大、操作復(fù)雜等，所以要設(shè)計(jì)一個(gè)新的檢測(cè)系統(tǒng)，但必須找個(gè)不需要液氮冷卻的檢測(cè)器和一個(gè)構(gòu)造更緊密的電子學(xué)系統(tǒng)。通過測(cè)試不同規(guī)格的NaI和BGO檢測(cè)器，最終選定用2"×2"規(guī)格的BGO檢測(cè)器，BGO檢測(cè)器與相同規(guī)格的NaI檢測(cè)器相比靈敏度更高，特別是高能的γ射線。同樣有了結(jié)構(gòu)更緊密更小巧適合的電子學(xué)系統(tǒng)nanoSPEC，它包含所有必需的電子線路，如低壓供給、高壓供給、前置放大器、主放大器、多道分析器等。所有這些組成都包含在一個(gè)小圓柱形可以與檢測(cè)器直接連接的連接器里，靠電池供電。  
    下面詳細(xì)介紹這種簡(jiǎn)單、小巧、易用的儀器，用于檢測(cè)炮彈、炸彈、桶狀物及密閉容器里的氯。 
    眾所周知的NIPPS系統(tǒng)和這個(gè)我們稱為CDS（氯檢測(cè)系統(tǒng)）的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，都是利用中子快速激發(fā)光譜的物理原理來設(shè)計(jì)的。氯檢測(cè)系統(tǒng)與其他裝置相比較，因?yàn)闊嶂凶优c氯反應(yīng)的概率很高，而且反應(yīng)生成的γ射線具有能量高且穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，所以用一個(gè)比NIPPS系統(tǒng)中HPGe檢測(cè)器能量分辨率低的裝置是可行的。但是如果有神經(jīng)毒氣存在時(shí)必須用NIPPS系統(tǒng)才能更好地完成檢測(cè)。 
    氯元素是傳統(tǒng)化學(xué)武器中最重要的特征元素，所有的爆炸物（硫芥，氮芥，路易斯毒氣，光氣，肟）、窒息毒氣（光氣，雙光氣，氯乙酰胺）以及大多數(shù)刺激性毒氣都含有大量的氯，氯的存在是化學(xué)武器的重要標(biāo)志。 
    通過cdsSPEC能譜儀可以檢測(cè)炮彈、炸彈、桶和其它密閉容器內(nèi)的氯元素，其工作原理是檢測(cè)利于熱中子與氯反應(yīng)誘發(fā)的γ射線：
35Cl + nth → 36Cl + γ 
    通過對(duì)1165 keV、1955 keV和6111 keV的γ射線的測(cè)量，識(shí)別被測(cè)物中的氯，從而對(duì)化學(xué)武器進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)器輸出的是經(jīng)過計(jì)算機(jī)微處理系統(tǒng)分析和數(shù)字化的信號(hào)，小型計(jì)算機(jī)程序分析譜圖，并通過檢測(cè)在上述反應(yīng)條件產(chǎn)生γ射線計(jì)算出氯存在的概率。
特征
◇ 小而堅(jiān)固的裝置，系統(tǒng)裝于手提箱內(nèi)
◇ 操作簡(jiǎn)單、易于操作、測(cè)量時(shí)間短
◇ 電池供電，可持續(xù)工作8小時(shí)
◇ Cf-252中子源強(qiáng)度比NIPPS系統(tǒng)小10倍
◇ 不需要液氮
◇ 對(duì)氯有高的探測(cè)效率
系統(tǒng)配置 
    cdsSPEC系統(tǒng)配置包括：多道分析器nanoSEPC、BGO閃爍體檢測(cè)器、手柄、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、252Cf中子源、鎢屏蔽、中子減速劑、能量校準(zhǔn)模塊、攜帶鋁箱。
多道分析器nanoSPEC
能譜系統(tǒng)
◇ 高壓范圍：通過軟件可設(shè)置50至1200 V（pos.）
◇ 電    源：9 至15 V，直流或交流，10V時(shí)最大或最小電流分別200或1000mA
◇ 前置放大器：直接陽(yáng)極耦合，衰減常數(shù)1 µs
◇ 放 大 器：通過軟件可設(shè)置粗增益×1至×4，細(xì)增益×0.5000至×2.0000，脈沖波形為兩極，峰時(shí)間1µs，快通道峰時(shí)間0.1 µs
◇ 預(yù)    設(shè)：活/實(shí)時(shí)間為0.1 - 106 s，Gros /ROI計(jì)數(shù)1 - 4,000,000,000。
◇ 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：4,000,000,000計(jì)數(shù)/通道，數(shù)據(jù)可保存10年，選擇512、1024、或2048通道，每通道可分別存儲(chǔ)32、16、或8個(gè)譜圖。
模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器
◇ 轉(zhuǎn)換范圍 2048 通道
◇ 轉(zhuǎn)換時(shí)鐘 60 MHz
◇ 選擇范圍 通過軟件可設(shè)置512至2048 通道
◇ 轉(zhuǎn)換速度 最大8 µs（對(duì)512通道而言）
◇ 微分非線性 譜圖的98%以內(nèi)，小于1%
◇ 上    限 通過軟件可設(shè)置256 階
◇ 積分非線性 譜圖的98%以內(nèi)，小于0.05%
◇ 下    限 通過軟件可設(shè)置256 階
◇ ADC zero 通過軟件可設(shè)置256 階
物理特性
◇ 控    制 Intern/Extern/Off 控制鍵，7 段LED顯示
◇ 控制按鈕 A表示探測(cè)，S表示停止/存儲(chǔ)，U表示使用狀態(tài)，L表示電池低電壓，F(xiàn)表示滿存儲(chǔ)
◇ 連接方式 通過14孔的管座與檢測(cè)器連接，通過RS 232與計(jì)算機(jī)連接
◇ 接    口 通過RS232可以連接數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
◇ 特殊功能 內(nèi)置時(shí)鐘提示、ROI多定標(biāo)器或是劑量率、外接電壓表或X射線記錄儀的模擬輸出、耳機(jī)輸出
◇ 環(huán)境要求 溫度范圍-10至+50 °C；濕度80%，無凝結(jié)
◇ 尺寸重量 長(zhǎng)4.6"，直徑2.5"；凈重450 g，帶電池重550 g
電源供給
◇ 內(nèi)置電池 使用4節(jié)AA（LR6）電池，充電電池可連續(xù)工作3小時(shí)，非充電池可連續(xù)工作8小時(shí)
◇ 外置電池 使用手柄內(nèi)的4節(jié)D-cell電池，充電電池可工作12小時(shí)，非充電電池可工作36小時(shí)
◇ 還可以同時(shí)使用上述兩種方法，延長(zhǎng)工作時(shí)間
BGO閃爍體檢測(cè)器
◇ 檢測(cè)器尺寸 Ø 2″×2″ ; 光電倍增管 Ø 2″
◇ 能量分辨率 ≤17% at 662keV（137Cs）; 包括磁屏蔽
◇ 典型的檢測(cè)時(shí)間 2 到5分鐘; 氯檢測(cè)水平 典型的是最少20g的氯
手柄nanoHANDLE-cds  
    鋁制殼體，塑料端蓋，用于放置多道分析器、閃爍體檢測(cè)器和附加外置電池。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 
分析軟件winTMCA-CDS
◇ 測(cè)量中結(jié)果顯示凈計(jì)數(shù)率、本底、不同ROI的誤差 ; 自動(dòng)能量校準(zhǔn)
◇ 顯示核素譜庫(kù)、即時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果；以25%的步長(zhǎng)顯示檢測(cè)氯的置信度
筆記本電腦
◇ 奔Ⅲ處理器，≥800GHz
◇ 硬盤40GB
◇ 附加驅(qū)動(dòng)DVD
◇ 顯示14.1″XGA TFT
◇ 存儲(chǔ)器≥128MB RAM
◇ 軟盤驅(qū)動(dòng)3.5″FDD
◇ 操作系統(tǒng)Windows 2000
◇ 包括連接電腦的電纜
◇ 接口串/并行、USB、2XPC-Card
252Cf中子源 
尺寸Ø 7.8×10 mm，活度10 MBq，中子輻射1.15×106 s-1。通過Cf-252中子源激發(fā)的快速中子以兩種不同方式熱化：
◇ 靠照射樣品本身來熱化：如果樣品里含有氫元素，則快速中子通過氫原子的彈性散射來熱化。
◇ 靠聚乙烯塊附近的源來熱化：如果樣品里沒有氫元素或是氫元素含量很低時(shí)，快速中子不得不通過放置在中子源附近的含氫物質(zhì)來熱化。
鎢屏蔽 尺寸120×50×50 mm，有中子穿透孔
中子減速劑 尺寸200×100×50 mm，聚乙烯材料
    能量校準(zhǔn)模塊 BGO檢測(cè)器必須定期地校準(zhǔn)，通過能量為1.33 MeV（Co-60標(biāo)準(zhǔn)源）和6.11 MeV的γ射線來校準(zhǔn)。而Co-60標(biāo)準(zhǔn)源也通過檢測(cè)能量為1173 keV和1332 keV的γ射線的譜圖來進(jìn)行檢測(cè)器的能量效率的刻度。尺寸200×100×50 mm，PVC（聚氯乙烯）材料。
    攜帶鋁箱 可以攜帶全套檢測(cè)系統(tǒng)，尺寸590×309×250 mm，總重量21 kg。