輻射探測技術在安全及反恐方面的應用

1、輻射探測技術 在安全反恐方面的應用,山大2013 暑期學校,按實施載體對恐怖主義分類,核威脅,極端恐怖主義所采用大規(guī)模殺傷性武器包括 核武器、生物戰(zhàn)劑和化學戰(zhàn)劑，其中核武器是最具破壞性，也最為人們恐懼的恐怖主義手段。,單就核威脅的實現(xiàn)形式而言，除了采用核武器以外，還有各種以“臟彈”形式存在的有害核放射性物件（Radiological Dispersal Device），其威脅更具隱蔽性。,主要核威脅種類,19

2、93年2001年核走私事件統(tǒng)計,核威脅,電腦模擬圖：華盛頓遭核彈襲擊后的場景,圖片：核武器及其器件,照片：“臟彈”,歷史上的武器級核原料走私事件,恐怖事件不斷,活動區(qū)域廣泛,放射源種類,放射性物質從運用領域上一般分為三類：特殊性核物質、醫(yī)療及工業(yè)用放射源、天然放射性物質。,放射性物質清單（一）,放射性物質清單（二）,放射性物質清單（三）,,核武器（NW）核材料 （SNM） U(鈾）： 99.3% U238; 0.7% U235

3、 HEU： 20% U235 Pu（钚） WGP： 93% Pu 239 核武器 26Kg HEU ,5Kg WGPu 體積： 11cm3 ; 6cm3放射源,需要探測的物質,SNM 的特征,原子序數Z和密度，Z=92，94， ρ= 19.05g/ccX 射線的阻止本領很高（吸收和散射）半衰期：Pu 24000年；U 700M年輻射產物： γ: 6-10

4、/fission n： 2-3n/fission 1-2MeV 60000n/s kg (Pu); 3/sKg(U)輻射γ能譜: 中子或高能γ使SNM發(fā)生裂變并產生滯后X和n輻射,鈾和钚都有特征gamma能譜,90% U235的γ譜及其本底，1kg,2400s,WDPu的γ譜及其本底1kg,2400s,,,90% U235的γ譜及其本底，1kg,2400s、PVT探測器,不同探測

5、器測量Pu239的γ譜,,,探測Po239的特征gamma譜,偵測工作的三大組成部分,目標-得到SNM的輻射特征偵測工作三部分：探測：得到數據-γ和 n轉換為電脈沖 三種探測器： 閃爍體；半導體；He3管 密度的探測：高能γ的吸收或散射算法：將測量數據變成有用的信息操作理念：CONOPS（concept of operation )對信息反應的操作,gamma探測和鑒別,僅探測輻射一定的分辨率能辨別同位素好

6、的分辨率精確地辨別同位素通過裂變輻射的γ譜辨別同位素通過成像給出γ的來源三個特性： 探測效率： 記錄信號的能力 譜的分辨率：分辨譜中峰的尖銳程度 信號噪聲比：區(qū)別真信號后噪聲（輻射本底）,現(xiàn)行探測技術,輻射劑量報警系統(tǒng)（Pagers）入口（門式）輻射監(jiān)測系統(tǒng)（PVT）同位素辨別裝置（手持HPGe）輻射成像系統(tǒng)（高能γ集裝箱檢查）,,,,,,當射線與試樣碰撞時生成陰陽兩種離子?？v向有一個電場。不同樣品

7、物質離子的極性不同，遷移率 到達收集器的漂移時間也不同，依據離子的極性和漂移時間對被檢測樣品做出分析。,,拉曼光譜是一種散射光譜。對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析以得到分子振動、轉動方面信息，并應用于分子研究結構的一種分析方法。,,,雙能掃描系統(tǒng),,,,,RM檢測系統(tǒng),先進的探測技術,New Scintillation material Gamma-ray Spectrum Analysis Application using M

8、ultiple AlgorithmsCAARS : low-risk dual-energy radiography system & Higher -risk dual-energy radiography system ;Using backscattered X-ray to detect Dense material Muon Tomography Scanning Cargo or SNM with Nuclea

9、r Resonance Fluorescence Detect SNM at a Distance Detect SNM sing mono-energy γ beam,分辨率不斷提高的Cs 137 gamma 能譜測量,,CZT探測器,各種探測器的探測效率和能量分辨,新型閃爍材料,SrI2碘化鍶晶體– Very high light output; good energy resolution; inexpensive to sc

10、ale up to large detectors. Semiconductor: TlBr溴化鉈– As good as current room temperature detector materials; can be grown to much larger size than current semiconductor detector materialsNano-compsite scintillators,CAARS

11、雙能輻射成像技術,X-ray 反散射技術,不同元素對不同能量gamma 的背散射,利用gamma的背散射辨別高Z物質工作原理,,Muon Tomography,,Scanning Cargo or SNM with Nuclear Resonance Fluorescence,Detect SNM at a Distance,單能gamma成像技術,現(xiàn)行的產品和未來的發(fā)展趨勢,,,,基本內容,第二防線計劃Second Li

12、ne of Defense,任務：加強與合作伙伴國家在邊界上共同防范、查驗和阻止特殊核材料走私的能力。查驗場所包括：邊界、空港、海港和其他國家入口。策略：基于全球合作，通過如下手段控制核材料走私：A 通過先進的科技手段搜索、探測并識別放射性物質；B 發(fā)展制定出應對方案和響應流程；C 預判未來核走私的全球態(tài)勢，并提前干預。要點：A 可持續(xù)地（sustainable）、B 有效的(effective),多層核防護

13、方案設計理念,第二防線計劃,第二防線計劃,,汽車通道,二級詳查,中心控制室,第二防線計劃,ALARM原則,機場,鐵路通道,海港,行人通道,第二防線計劃全局布控結構圖,第二防線計劃一個可持續(xù)性監(jiān)測系統(tǒng)的基本構成要素,信息交流設備,日常操作&常規(guī)安全檢查,技術支持,維護與維修,核輻射源獲取與存儲,培訓,響應流程與操作框架,大港計劃進程,第二防線計劃（已完成）,第二防線計劃（在建）,第二防線計劃（所有）,第二防線計劃實例照片

14、,第二防線計劃實例照片,Sri Lanka（18 RPMs）,Philippine（19 RPMs）,Thailand（19 RPMs，1 for rail）,Singapore（2 RPMs）,基本內容,為何需要國際標準,市場上存在著各種各樣的核輻射監(jiān)測設備，國際標準從規(guī)劃出發(fā)保證各種設備滿足應用需求。  可靠性標準保證用戶在進行輻射監(jiān)測時的安全，同時保證設備的使用可靠性。,,相關機構與標準(整體方案),IEC 6224

15、4 Installed radiation monitors for the detection of radioactive and special nuclear materials at National borders (RPMs) IEC 62484 Spectroscopy-based portal monitors used for the detection & identification of illic

16、it trafficking of radioactive material（SRPMs）ANSI Ｎ42.35 Evaluation and Performance of Radiation Detection Portal Monitors for Use in Homeland Security（RPMs）ANSI Ｎ42.38 Performance Criteria for Spectroscopy-Based Por

17、tal Monitors Used for Homeland Security,門式放射性物質監(jiān)測系統(tǒng)（RPM類與SRPM類）,威視 ＲＭ２０００,Ｃａｎｂｅｒｒａ?。遥幔洌樱澹睿簦颍?手持式核素識別儀（ＲＩＤ類）,威視 ＲＭ?。埃保埃埃危?NH,Canberra　ERK,IEC 62327 Hand–held instruments for the detection & identification of radionucl

18、ides and for the indication of ambient dose equivalent rate from photon radiation (RIDs） IEC 62533 Highly sensitive hand-held instruments for photon detection of radioactive material ANSI Ｎ42.33 Performance Criter

19、ia for Hand-held Instruments for the Detection and Identification of Radionuclides,各相關標準匯總,國際權威實驗室機構,Los Alamos National Lab,注：DOE為美國國家能源部，NNSA為其下的國家核安全管理委員會,Oak Ridge National Lab,Pacific Northwest National Lab,Lawren