Analysis of radiation methods for explosive materials detection.

Abstract

The paper examines the physical aspects of some landmine detection methods based on fast neutron backscattering. An analysis of the reaction products of the interaction of fast, slow, and thermal neutrons with 𝐻,𝐶, 𝑁,𝑂 nuclei, which are part of explosive substances, was carried out. Mainly, to make it clear how to use secondary instantaneous and delayed gamma quanta emitted by the nuclei of explosive substances to achieve an increased detection efficiency. Discussed the physical features of some well-known methods of detecting explosive materials, exploiting elastic and inelastic scattering of fast neutrons. The reaction products of the interaction of fast, slow, and thermal neutrons with 𝐻,𝐶, 𝑁,𝑂 nuclei included in explosives were analyzed. The goal was to simultaneously use both scattered fast and intermediate-energy neutrons emitted by the nuclei of explosives from elastic and inelastic scattering reactions (backscattering), as well as secondary instantaneous and delayed gamma quanta. The most suitable candidate for this role may be gamma-neutron detectors based on oxide scintillators of the 𝑍𝑊𝑂 type, which are simultaneously sensitive to both fast, slowed, and resonant neutrons, as well as to gamma quanta in a wide range of energies from tens of MeV to hundreds of eV. The using of a low-threshold single-photoelectron mode of photon registration makes it possible to significantly increases the sensitivity of the detection systems. У статтi розглядаються фiзичнi аспекти деяких методiв виявлення наземних мiн, заснованих на зворотному розсiюваннi швидких нейтронiв. Було проведено аналiз продуктiв реакцiї взаємодiї швидких, повiльних та теплових нейтронiв з ядрами 𝐻,𝐶, 𝑁,𝑂, що входять до складу вибухових речовин головним чином для того, щоб з’ясувати, як використовувати вториннi миттєвi та затриманi гамма-кванти, що випромiнюються ядрами вибухових речовин, для досягнення пiдвищеної ефективностi виявлення вибухових речовин. Обговорюються фiзичнi особливостi деяких вiдомих методiв виявлення вибухових матерiалiв, що використовують пружне та непружне розсiювання швидких нейтронiв. Метою було одночасне використання як розсiяних швидких, так i нейтронiв середнiх енергiй, що випромiнюються ядрами вибухових речовин в результатi реакцiй пружного та непружного розсiювання (зворотного розсiювання), а також вторинних миттєвих та затриманих гамма-квантiв. Найбiльш пiдходящим кандидатом на роль таких детекторiв можуть бути детектори гамма-нейтронiв на основi оксидних сцинтиляторiв типу 𝑍𝑊𝑂, якi одночасно чутливi як до швидких, теплових, i особливо, до резонансних нейтронiв, а також до гамма-квантiв у широкому iнтервалi енергiй вiд десяткiв МеВ до сотень еВ. Використання низькопорогового одноелектронного режиму реєстрацiї фотонiв дозволяє значно пiдвищити чутливiсть систем детектування.