便携式化学武器鉴别用能谱仪cdsSPEC

    1997年春天，德国军事科学院核生物化学防护学会在无损检测技术的试验期间，很快发现化学武器禁令组织（OPCW）的中子快速激发光谱系统（NIPPS）所暴露出来的缺点，如体积大、操作复杂等，所以要设计一个新的检测系统，但必须找个不需要液氮冷却的检测器和一个构造更紧密的电子学系统。通过测试不同规格的NaI和BGO检测器，最终选定用2"×2"规格的BGO检测器，BGO检测器与相同规格的NaI检测器相比灵敏度更高，特别是高能的γ射线。同样有了结构更紧密更小巧适合的电子学系统nanoSPEC，它包含所有必需的电子线路，如低压供给、高压供给、前置放大器、主放大器、多道分析器等。所有这些组成都包含在一个小圆柱形可以与检测器直接连接的连接器里，靠电池供电。  
    下面详细介绍这种简单、小巧、易用的仪器，用于检测炮弹、炸弹、桶状物及密闭容器里的氯。 
    众所周知的NIPPS系统和这个我们称为CDS（氯检测系统）的简单系统，都是利用中子快速激发光谱的物理原理来设计的。氯检测系统与其他装置相比较，因为热中子与氯反应的概率很高，而且反应生成的γ射线具有能量高且稳定的优点，所以用一个比NIPPS系统中HPGe检测器能量分辨率低的装置是可行的。但是如果有神经毒气存在时必须用NIPPS系统才能更好地完成检测。 
    氯元素是传统化学武器中最重要的特征元素，所有的爆炸物（硫芥，氮芥，路易斯毒气，光气，肟）、窒息毒气（光气，双光气，氯乙酰胺）以及大多数刺激性毒气都含有大量的氯，氯的存在是化学武器的重要标志。 
    通过cdsSPEC能谱仪可以检测炮弹、炸弹、桶和其它密闭容器内的氯元素，其工作原理是检测利于热中子与氯反应诱发的γ射线：
35Cl + nth → 36Cl + γ 
    通过对1165 keV、1955 keV和6111 keV的γ射线的测量，识别被测物中的氯，从而对化学武器进行检测。检测器输出的是经过计算机微处理系统分析和数字化的信号，小型计算机程序分析谱图，并通过检测在上述反应条件产生γ射线计算出氯存在的概率。
特征
◇ 小而坚固的装置，系统装于手提箱内
◇ 操作简单、易于操作、测量时间短
◇ 电池供电，可持续工作8小时
◇ Cf-252中子源强度比NIPPS系统小10倍
◇ 不需要液氮
◇ 对氯有高的探测效率
系统配置 
    cdsSPEC系统配置包括：多道分析器nanoSEPC、BGO闪烁体检测器、手柄、数据处理系统、252Cf中子源、钨屏蔽、中子减速剂、能量校准模块、携带铝箱。
多道分析器nanoSPEC
能谱系统
◇ 高压范围：通过软件可设置50至1200 V（pos.）
◇ 电    源：9 至15 V，直流或交流，10V时最大或最小电流分别200或1000mA
◇ 前置放大器：直接阳极耦合，衰减常数1 µs
◇ 放 大 器：通过软件可设置粗增益×1至×4，细增益×0.5000至×2.0000，脉冲波形为两极，峰时间1µs，快通道峰时间0.1 µs
◇ 预    设：活/实时间为0.1 - 106 s，Gros /ROI计数1 - 4,000,000,000。
◇ 数据存储：4,000,000,000计数/通道，数据可保存10年，选择512、1024、或2048通道，每通道可分别存储32、16、或8个谱图。
模拟数字转换器
◇ 转换范围 2048 通道
◇ 转换时钟 60 MHz
◇ 选择范围 通过软件可设置512至2048 通道
◇ 转换速度 最大8 µs（对512通道而言）
◇ 微分非线性 谱图的98%以内，小于1%
◇ 上    限 通过软件可设置256 阶
◇ 积分非线性 谱图的98%以内，小于0.05%
◇ 下    限 通过软件可设置256 阶
◇ ADC zero 通过软件可设置256 阶
物理特性
◇ 控    制 Intern/Extern/Off 控制键，7 段LED显示
◇ 控制按钮 A表示探测，S表示停止/存储，U表示使用状态，L表示电池低电压，F表示满存储
◇ 连接方式 通过14孔的管座与检测器连接，通过RS 232与计算机连接
◇ 接    口 通过RS232可以连接数据处理系统
◇ 特殊功能 内置时钟提示、ROI多定标器或是剂量率、外接电压表或X射线记录仪的模拟输出、耳机输出
◇ 环境要求 温度范围-10至+50 °C；湿度80%，无凝结
◇ 尺寸重量 长4.6"，直径2.5"；净重450 g，带电池重550 g
电源供给
◇ 内置电池 使用4节AA（LR6）电池，充电电池可连续工作3小时，非充电池可连续工作8小时
◇ 外置电池 使用手柄内的4节D-cell电池，充电电池可工作12小时，非充电电池可工作36小时
◇ 还可以同时使用上述两种方法，延长工作时间
BGO闪烁体检测器
◇ 检测器尺寸 Ø 2″×2″ ; 光电倍增管 Ø 2″
◇ 能量分辨率 ≤17% at 662keV（137Cs）; 包括磁屏蔽
◇ 典型的检测时间 2 到5分钟; 氯检测水平 典型的是最少20g的氯
手柄nanoHANDLE-cds  
    铝制壳体，塑料端盖，用于放置多道分析器、闪烁体检测器和附加外置电池。
数据处理系统 
分析软件winTMCA-CDS
◇ 测量中结果显示净计数率、本底、不同ROI的误差 ; 自动能量校准
◇ 显示核素谱库、即时显示测量结果；以25%的步长显示检测氯的置信度
笔记本电脑
◇ 奔Ⅲ处理器，≥800GHz
◇ 硬盘40GB
◇ 附加驱动DVD
◇ 显示14.1″XGA TFT
◇ 存储器≥128MB RAM
◇ 软盘驱动3.5″FDD
◇ 操作系统Windows 2000
◇ 包括连接电脑的电缆
◇ 接口串/并行、USB、2XPC-Card
252Cf中子源 
尺寸Ø 7.8×10 mm，活度10 MBq，中子辐射1.15×106 s-1。通过Cf-252中子源激发的快速中子以两种不同方式热化：
◇ 靠照射样品本身来热化：如果样品里含有氢元素，则快速中子通过氢原子的弹性散射来热化。
◇ 靠聚乙烯块附近的源来热化：如果样品里没有氢元素或是氢元素含量很低时，快速中子不得不通过放置在中子源附近的含氢物质来热化。
钨屏蔽 尺寸120×50×50 mm，有中子穿透孔
中子减速剂 尺寸200×100×50 mm，聚乙烯材料
    能量校准模块 BGO检测器必须定期地校准，通过能量为1.33 MeV（Co-60标准源）和6.11 MeV的γ射线来校准。而Co-60标准源也通过检测能量为1173 keV和1332 keV的γ射线的谱图来进行检测器的能量效率的刻度。尺寸200×100×50 mm，PVC（聚氯乙烯）材料。
    携带铝箱 可以携带全套检测系统，尺寸590×309×250 mm，总重量21 kg。