便攜式化學(xué)武器鑒別用能譜儀cdsSPEC

    1997年春天，德國軍事科學(xué)院核生物化學(xué)防護學(xué)會在無損檢測技術(shù)的試驗期間，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，如體積大、操作復(fù)雜等，所以要設(shè)計一個新的檢測系統(tǒng)，但必須找個不需要液氮冷卻的檢測器和一個構(gòu)造更緊密的電子學(xué)系統(tǒng)。通過測試不同規(guī)格的NaI和BGO檢測器，最終選定用2"×2"規(guī)格的BGO檢測器，BGO檢測器與相同規(guī)格的NaI檢測器相比靈敏度更高，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小圓柱形可以與檢測器直接連接的連接器里，靠電池供電。  
    下面詳細介紹這種簡單、小巧、易用的儀器，用于檢測炮彈、炸彈、桶狀物及密閉容器里的氯。 
    眾所周知的NIPPS系統(tǒng)和這個我們稱為CDS（氯檢測系統(tǒng)）的簡單系統(tǒng)，都是利用中子快速激發(fā)光譜的物理原理來設(shè)計的。氯檢測系統(tǒng)與其他裝置相比較，因為熱中子與氯反應(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，所以用一個比NIPPS系統(tǒng)中HPGe檢測器能量分辨率低的裝置是可行的。但是如果有神經(jīng)毒氣存在時必須用NIPPS系統(tǒng)才能更好地完成檢測。 
    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，其工作原理是檢測利于熱中子與氯反應(yīng)誘發(fā)的γ射線：
35Cl + nth → 36Cl + γ 
    通過對1165 keV、1955 keV和6111 keV的γ射線的測量，識別被測物中的氯，從而對化學(xué)武器進行檢測。檢測器輸出的是經(jīng)過計算機微處理系統(tǒng)分析和數(shù)字化的信號，小型計算機程序分析譜圖，并通過檢測在上述反應(yīng)條件產(chǎn)生γ射線計算出氯存在的概率。
特征
◇ 小而堅固的裝置，系統(tǒng)裝于手提箱內(nèi)
◇ 操作簡單、易于操作、測量時間短
◇ 電池供電，可持續(xù)工作8小時
◇ Cf-252中子源強度比NIPPS系統(tǒng)小10倍
◇ 不需要液氮
◇ 對氯有高的探測效率
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時最大或最小電流分別200或1000mA
◇ 前置放大器：直接陽極耦合，衰減常數(shù)1 µs
◇ 放 大 器：通過軟件可設(shè)置粗增益×1至×4，細增益×0.5000至×2.0000，脈沖波形為兩極，峰時間1µs，快通道峰時間0.1 µs
◇ 預(yù)    設(shè)：活/實時間為0.1 - 106 s，Gros /ROI計數(shù)1 - 4,000,000,000。
◇ 數(shù)據(jù)存儲：4,000,000,000計數(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32、16、或8個譜圖。
模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器
◇ 轉(zhuǎn)換范圍 2048 通道
◇ 轉(zhuǎn)換時鐘 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，S表示停止/存儲，U表示使用狀態(tài)，L表示電池低電壓，F(xiàn)表示滿存儲
◇ 連接方式 通過14孔的管座與檢測器連接，通過RS 232與計算機連接
◇ 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，非充電池可連續(xù)工作8小時
◇ 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，非充電電池可工作36小時
◇ 還可以同時使用上述兩種方法，延長工作時間
BGO閃爍體檢測器
◇ 檢測器尺寸 Ø 2″×2″ ; 光電倍增管 Ø 2″
◇ 能量分辨率 ≤17% at 662keV（137Cs）; 包括磁屏蔽
◇ 典型的檢測時間 2 到5分鐘; 氯檢測水平 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、閃爍體檢測器和附加外置電池。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 
分析軟件winTMCA-CDS
◇ 測量中結(jié)果顯示凈計數(shù)率、本底、不同ROI的誤差 ; 自動能量校準(zhǔn)
◇ 顯示核素譜庫、即時顯示測量結(jié)果；以25%的步長顯示檢測氯的置信度
筆記本電腦
◇ 奔Ⅲ處理器，≥800GHz
◇ 硬盤40GB
◇ 附加驅(qū)動DVD
◇ 顯示14.1″XGA TFT
◇ 存儲器≥128MB RAM
◇ 軟盤驅(qū)動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，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)源也通過檢測能量為1173 keV和1332 keV的γ射線的譜圖來進行檢測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 可以攜帶全套檢測系統(tǒng)，尺寸590×309×250 mm，總重量21 kg。