本发明属于元素检测技术领域，具体涉及一种高精度防爆检测一体化装置。
背景技术：
公众安全长期以来一直是人们关注的重点，如何有效的检测出行李中的危险爆炸物，并防止其在公众密集区域爆炸造成危害及恐慌是一个亟待解决的问题。在机场，车站等区域，基于x射线透射成像技术，使用x光机对行李等物品进行检测，通过被检测物质形状和密度信息对行李中是否有危险爆炸物进行判断，其他技术也包括金属探测技术，毫米波探测技术等。针对爆炸物的爆炸危害，通常设置防爆桶，防爆毯防止爆炸带来的危害。
目前，在测量分析领域中，核分析技术已经成为一项常规技术。它有其它分析技术所不具有的很多优点。瞬发伽马射线中子活化分析（pgnaa，promptgamma-rayneutronactivationanalysis）技术利用中子轰击被测物料的靶核，通过热中子俘获、非弹性散射等反应在极短的时间内（小于10-13s）放出特征伽玛射线，通过探测特征伽玛射线和测量特征伽玛射线的强度即可定性和定量地识别大部分核素并分析其含量。由于其高穿透性、非破坏性、在线原位测量、分析精度高等特点，近年来被广泛应用于社会安全、工业、环境、医药等各领域。
然而，上述检测技术存在不足，x射线穿透性差，不能对深层物品进行探测；有的仪器进口价格昂贵，成本高；并且目前的检测装置没有防爆功能，即使检测到疑似危险品，也不能及时进行处理。
因此，确有必要对现有技术及装置改进，从根本上解决现有技术及装置之不足。
技术实现要素：
本发明针对现有技术中的不足，提供一种高精度防爆检测一体化装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高精度防爆检测一体化装置，其特征在于，包括：防爆系统、中子源项系统、样品检测系统、能谱分析系统、屏蔽防护系统和机械动力系统；所述中子源项系统在防爆系统内释放中子，所述样品检测系统对中子激发出的特征伽马射线进行接收，所述能谱分析系统对伽马射线能谱进行记录，所述屏蔽防护系统对中子以及伽马射线进行屏蔽，所述机械动力系统控制装置的开启和关闭。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
所述防爆系统包括装饰外壳、外钢层、吸能缓冲层、内钢层和加强筋；所述装饰外壳形成桶主体的外层，装饰外壳、外钢层、吸能缓冲层、内钢层由外至内依次紧密相接，所述加强筋安装在外钢层的底部。
所述中子源项系统包括中子发生器、中子发生器供电控制机箱、周围反射层和上部反射层；所述中子发生器半包裹于吸能缓冲层中，所述中子发生器供电控制机箱与中子发生器连接，为中子发生器供电，所述周围反射层和上部反射层均起中子反射作用，周围反射层位于内钢层的内侧，上部反射层位于桶盖处。
所述样品检测系统包括测量腔室、样品架、样品和伽马射线探测器；所述测量腔室位于周围反射层内，所述样品架位于测量腔室中，用于支撑样品，所述伽马射线探测器位于上部反射层中，中子发生器释放的中子与样品发生辐射俘获反应，放出特征伽马射线，特征伽马射线进入伽马射线探测器并沉积，产生的信号被伽马射线探测器记录。
所述能谱分析系统包括多道分析器和工业控制计算机；所述多道分析器与伽马射线探测器相连，用于特征伽马射线的转化存储与传输，所述工业控制计算机与多道分析器相连，用于处理多道分析器传输的数据。
所述屏蔽防护系统包括伽马射线屏蔽层、探测器防护层和环境防护层；所述伽马射线屏蔽层位于周围反射层和内钢层之间，用于屏蔽吸能缓冲层材料与中子反应产生的伽马射线，所述探测器防护层位于上部反射层和伽马射线探测器之间，用于进一步屏蔽装置内其他结构材料产生的伽马射线，所述环境防护层位于装饰外壳和外钢层之间，用于屏蔽进入周围环境中的中子。
所述机械动力系统包括机械转轴和电机；所述机械转轴连接在桶盖和桶主体之间，所述电机分别与机械转轴、工业控制计算机相连，电机为机械转轴提供动力，工业控制计算机用于操作电机，控制桶盖的开启与闭合。
所述桶主体的内径为900mm，外径为1030-1060mm，高度为850-880mm；装饰外壳为不锈钢材料；内钢层为碳钢材质，外径916mm，高658mm，壁厚8mm，底层厚度8mm；吸能缓冲层为高密度聚乙烯纤维材质，外径1014mm，底层厚度176mm，壁厚49mm；外钢层为碳钢材质，外径1030mm，底层厚度8mm，壁厚8mm；加强筋为碳钢材质，长500mm，宽8mm，高8mm。
所述中子发生器为d-d中子发生器，产生能量为2.5mev的中子；周围反射层为石墨材质，壁厚160mm；上部反射层厚度为180mm；测量腔室内径900mm，高650mm；伽马射线探测器为碘化钠（nai）探测器，晶体直径101.6mm，高101.6mm。
所述伽马射线屏蔽层为铅材质，壁厚40mm；探测器防护层为铅材质；环境防护层为含硼聚乙烯材质，碳化硼含量为5%。
本发明的有益效果是：
1、有机的将防爆功能与检测功能结合，弥补目前安全检查中检测装置不能防爆，防爆装置不能检测的缺陷；防爆系统中所设计的防爆材料可以对中子进行慢化，并对散射中子具有吸收作用，从而减少装置中的中子慢化结构材料以及屏蔽防护结构材料的使用，降低了结构材料带来的噪声干扰，同时降低装置成本；检测系统中所设计的结构增加了装置壁厚，可以提高装置整体的防爆性能；
2、装置基于pgnaa技术对物品进行检测，在整体装置设计中同时考虑样品激发的有效信号以及周围结构材料与中子反应产生的干扰噪声，以信噪比为设计评价标准，最终通过材料的选择以及结构几何尺寸的设计，提高装置整体信噪比，并最终使装置测量水平提高；
3、测量装置选择d-d中子发生器作为中子源，舍弃d-t中子发生器以及其他同位素中子源，即使产生爆炸导致中子发生器破裂，其中也不存在放射性物质，不会产生“核泄漏”对环境及人体造成危害；
综上所述，本发明以信噪比为设计评价标准，基于新型装置评价优化方法对整体装置进行设计，提高了装置测量水平；并且装置同时具备防爆功能以及检测功能，更加有效的保障了公众安全。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的正视剖面图。
附图标记如下：1-工业控制计算机；2-电机；3-中子发生器供电控制机箱；4-桶盖；5-桶主体；6-中子发生器；7-多道分析器；8-机械转轴；9-伽马射线探测器；10-探测器防护层；11-上部反射层；12-装饰外壳；13-环境防护层；14-外钢层；15-吸能缓冲层；16-内钢层；17-伽马射线屏蔽层；18-周围反射层；19-样品；20-样品架；21-加强筋；22-测量腔室。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1、图2所示的高精度防爆检测一体化装置，包括防爆系统、中子源项系统、样品检测系统、能谱分析系统、屏蔽防护系统和机械动力系统。防爆系统包括装饰外壳12、外钢层14、吸能缓冲层15、内钢层16、加强筋21，中子源项系统包括中子发生器6、中子发生器供电控制机箱3、周围反射层18、上部反射层11，样品检测系统包括测量腔室22、样品架20、样品19、伽马射线探测器9，能谱分析系统包括多道分析器7、工业控制计算机1，屏蔽防护系统包括伽马射线屏蔽层17、探测器防护层10、环境防护层13，机械动力系统包括机械转轴8、电机2。
桶主体5的内径为900mm，外径为1030-1060mm，高度为850-880mm；装饰外壳12为不锈钢材料；内钢层16为碳钢材质，外径916mm，高658mm，壁厚8mm，底层厚度8mm；吸能缓冲层15为高密度聚乙烯纤维材质，外径1014mm，底层厚度176mm，壁厚49mm；外钢层14为碳钢材质，外径1030mm，底层厚度8mm，壁厚8mm；加强筋21为碳钢材质，长500mm，宽8mm，高8mm，位于外钢层14底部。防爆系统通过碳钢和高密度聚乙烯纤维对爆炸物爆炸产生的冲击力进行吸收弱化，并阻止碎片飞溅，完成对公众安全的保护。
中子发生器6为d-d中子发生器，产生能量为2.5mev的中子，中子出射方向为4π方向，半包裹于吸能缓冲层15中；吸能缓冲层15为含氢材料，可以利用吸能缓冲材料作为中子慢化体，减少结构材料的增加，从而降低非样品伽马射线噪声的干扰；中子发生器供电控制机箱3与中子发生器6连接，用于为中子发生器6供电，同时对中子发生器6的中子产额进行调控；周围反射层18为石墨材质，壁厚160mm，用于对中子产生反射作用，增加有效中子通量；上部反射层11位于桶盖4处，厚度为180mm，同样起中子反射作用，提高样品处有效中子通量；测量腔室22内径900mm，高650mm，样品架20位于测量腔室22中，用于支撑样品19，使样品19与中子发生器6不接触；伽马射线探测器9为碘化钠（nai）探测器，晶体直径101.6mm，高101.6mm，用于采集中子激发的特征伽马射线；多道分析器7与伽马射线探测器9相连，用于特征伽马射线的转化储存与传输；工业控制计算机1与多道分析器7相连，用于处理多道分析器7传输的数据。
伽马射线屏蔽层17为铅材质，位于周围反射层18与内钢层16之间，壁厚40mm，用于屏蔽中子与吸能缓冲层15反应产生的特征伽马射线，减小周围结构材料产生的伽马射线对于有效信号的干扰，提高测量精度；探测器防护层10为铅材质，二次减小周围结构材料产生的特征伽马射线噪声，同时减小测量死时间，提高测量效率；环境防护层13为含硼聚乙烯材质，碳化硼含量为5%，通过氢元素对中子进行散射慢化，通过硼元素对中子进行吸收，减小中子以及产生的伽马对人体以及环境造成的损伤。
机械转轴8连接桶盖4与桶主体5，用于支撑桶盖4的开启；电机2与机械转轴8相连，为机械转轴8提供动力；工业控制计算机1与电机2相连，用于操作电机2，控制桶盖4的开启与闭合。
该装置的工作设计原理为：
防爆系统以高密度聚乙烯纤维作为吸能缓冲材料，氢含量较高，宏观中子截面较大，可以作为中子的慢化体以及吸收体。将d-d中子发生器6半包裹于底部吸能缓冲材料中，以吸能缓冲材料作为中子慢化层，可以对2.5mev中子有效地进行慢化，使样品19处有效中子通量增大，同时减少结构材料的增加，从而降低非样品伽马射线噪声的干扰。周围吸能缓冲材料可以对散射中子进行吸收，有效的减小中子对于环境以及人员的损害。
中子出射方向为4π方向，并且不可能被全部慢化，故仍存在大量的快中子，设置中子反射层对快中子进行反射，降低中子能量，聚焦于样品19处，增加有效中子通量，可提高装置测量效率。添加中子反射层同样会与中子反应，放出伽马射线为干扰噪声，对有效信号产生影响，故需要综合考虑中子反射层带来的有效中子通量增益以及伽马射线干扰，以信噪比作为装置设计评价标准，选择最佳中子反射层材料。在保证测量腔室22足够大的情况下，选择石墨为中子反射层材料并确定其尺寸。
在内钢层16与周围反射层18之间设置伽马射线屏蔽层17，目的是减少周围吸能缓冲材料与中子反应产生的伽马射线的干扰，提高整体装置信噪比，从而提高整体装置测量效率。在铅与铋效果相近的情况下，考虑经济成本，选择铅作为伽马射线屏蔽层17材料，并根据装置整体信噪比变化确定伽马射线屏蔽层17尺寸。
在上部反射层11与伽马射线探测器9之间设置探测器防护层10，避免上部反射层11中产生的伽马射线噪声直接进入伽马射线探测器9，对有效信号造成干扰，同时二次减少进入伽马射线探测器9的干扰噪声，提高装置信噪比。设置铅作为探测器防护层10材料，随着探测器防护层10厚度逐渐增加，周围结构材料的噪声贡献减小，整体装置信噪比逐渐上升。探测器防护层10作为结构材料一部分，同样会产生伽马射线对噪声产生贡献，当厚度达到一定程度时，探测器防护层10的噪声贡献大于其屏蔽其他结构噪声对信噪比产生的增益，从而信噪比呈现下降的趋势。以信噪比评价标准作为指导，选择90mm铅作为探测器防护层10。
在装饰外壳12以及外钢层14之间设置环境防护层13，通过吸收散射中子，减小中子对于环境以及人体的影响。考虑中子吸收截面以及经济成本，选择碳化硼含量为5%的聚乙烯作为环境防护层13材料，通过改变环境防护层13厚度，使距装置20cm处剂量低于25μsv/h。
该装置在具体实施时，nai探测器可以从探测器晶体生产厂商处购买，如saintgobain公司生产的探测器。d-d中子发生器6以及中子发生器供电控制机箱3也可直接从公司购买。多道分析器7可购买，如saintgobain公司的lanbase多道分析器。电机2及机械转轴8可直接从公司购买。
高精度防爆检测一体化装置对被测物品进行检测，通过工业控制计算机1控制电机2，调整机械转轴8角度，开启桶盖4，将被测物品放在样品架20上，同样通过工业控制计算机1控制桶盖4关闭。
通过网线连接lanbase多道分析器7和工业控制计算机1，在工业控制计算机1界面打开伽马能谱分析软件，调控nai探测器高压。利用r232连接中子发生器供电控制机箱3和工业控制计算机1，在工业控制计算机1界面开启d-d中子发生器控制软件，依次调整离子源电压，离子源电流以及加速极电压参数至设定值，使d-d中子发生器6发射产额稳定的中子束流。中子穿过吸能缓冲材料慢化为热中子，其他方向出射中子与反射层发生散射作用，进一步被慢化，增加被测物品处热中子通量。热中子与被测物品中的元素发生辐射俘获反应，放出瞬发特征伽马射线，特征伽马射线具备元素特征，跟元素一一对应。瞬发特征伽马射线进入探测器并沉积，产生的信号被探测器记录，信号通过多道分析器7采集，然后送入工业控制计算机1被伽马能谱分析软件记录成伽马射线能谱，能谱中特征峰位置表示元素种类，特征峰强度表示该元素在样品中的含量。
在设定测量时间内获取样品伽马射线能谱，分析该伽马射线能谱，获得被测物品中元素成分，并判定被测物品中是否存在爆炸物。若存在爆炸物，疏散人群，并通知有关部门紧急进行处理，即使在装置中产生爆炸，防爆系统可减小爆炸产生冲击力，并阻止碎片飞溅，保障公众安全；若不存在爆炸物等危险品，测量时间结束后，依次调节加速极，电压离子源电流以及离子源电压参数至零，关闭d-d中子发生器6，不再有中子产生。等待一段时间，操作电机2控制机械转轴8，开启桶盖4，取出被测物品，完成检测。
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。