輻射探測(cè)技術(shù)在安全及反恐方面的應(yīng)用

1、輻射探測(cè)技術(shù) 在安全反恐方面的應(yīng)用,山大2013 暑期學(xué)校,按實(shí)施載體對(duì)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(xué)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(shí)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(jì),核威脅,電腦模擬圖：華盛頓遭核彈襲擊后的場(chǎng)景,圖片：核武器及其器件,照片：“臟彈”,歷史上的武器級(jí)核原料走私事件,恐怖事件不斷,活動(dòng)區(qū)域廣泛,放射源種類,放射性物質(zhì)從運(yùn)用領(lǐng)域上一般分為三類：特殊性核物質(zhì)、醫(yī)療及工業(yè)用放射源、天然放射性物質(zhì)。,放射性物質(zhì)清單（一）,放射性物質(zhì)清單（二）,放射性物質(zhì)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(cè)的物質(zhì),SNM 的特征,原子序數(shù)Z和密度，Z=92，94， ρ= 19.05g/ccX 射線的阻止本領(lǐng)很高（吸收和散射）半衰期：Pu 24000年；U 700M年輻射產(chǎn)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(chǎn)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(cè)器,不同探測(cè)

5、器測(cè)量Pu239的γ譜,,,探測(cè)Po239的特征gamma譜,偵測(cè)工作的三大組成部分,目標(biāo)-得到SNM的輻射特征偵測(cè)工作三部分：探測(cè)：得到數(shù)據(jù)-γ和 n轉(zhuǎn)換為電脈沖 三種探測(cè)器： 閃爍體；半導(dǎo)體；He3管 密度的探測(cè)：高能γ的吸收或散射算法：將測(cè)量數(shù)據(jù)變成有用的信息操作理念：CONOPS（concept of operation )對(duì)信息反應(yīng)的操作,gamma探測(cè)和鑒別,僅探測(cè)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(guò)裂變輻射的γ譜辨別同位素通過(guò)成像給出γ的來(lái)源三個(gè)特性： 探測(cè)效率： 記錄信號(hào)的能力 譜的分辨率：分辨譜中峰的尖銳程度 信號(hào)噪聲比：區(qū)別真信號(hào)后噪聲（輻射本底）,現(xiàn)行探測(cè)技術(shù),輻射劑量報(bào)警系統(tǒng)（Pagers）入口（門式）輻射監(jiān)測(cè)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(dāng)射線與試樣碰撞時(shí)生成陰陽(yáng)兩種離子?？v向有一個(gè)電場(chǎng)。不同樣品

7、物質(zhì)離子的極性不同，遷移率 到達(dá)收集器的漂移時(shí)間也不同，依據(jù)離子的極性和漂移時(shí)間對(duì)被檢測(cè)樣品做出分析。,,拉曼光譜是一種散射光譜。對(duì)與入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析以得到分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)方面信息，并應(yīng)用于分子研究結(jié)構(gòu)的一種分析方法。,,,雙能掃描系統(tǒng),,,,,RM檢測(cè)系統(tǒng),先進(jìn)的探測(cè)技術(shù),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(cè)量,,CZT探測(cè)器,各種探測(cè)器的探測(cè)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(shù),X-ray 反散射技術(shù),不同元素對(duì)不同能量gamma 的背散射,利用gamma的背散射辨別高Z物質(zhì)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(shù),現(xiàn)行的產(chǎn)品和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì),,,,基本內(nèi)容,第二防線計(jì)劃Second Li

12、ne of Defense,任務(wù)：加強(qiáng)與合作伙伴國(guó)家在邊界上共同防范、查驗(yàn)和阻止特殊核材料走私的能力。查驗(yàn)場(chǎng)所包括：邊界、空港、海港和其他國(guó)家入口。策略：基于全球合作，通過(guò)如下手段控制核材料走私：A 通過(guò)先進(jìn)的科技手段搜索、探測(cè)并識(shí)別放射性物質(zhì)；B 發(fā)展制定出應(yīng)對(duì)方案和響應(yīng)流程；C 預(yù)判未來(lái)核走私的全球態(tài)勢(shì)，并提前干預(yù)。要點(diǎn)：A 可持續(xù)地（sustainable）、B 有效的(effective),多層核防護(hù)

13、方案設(shè)計(jì)理念,第二防線計(jì)劃,第二防線計(jì)劃,,汽車通道,二級(jí)詳查,中心控制室,第二防線計(jì)劃,ALARM原則,機(jī)場(chǎng),鐵路通道,海港,行人通道,第二防線計(jì)劃全局布控結(jié)構(gòu)圖,第二防線計(jì)劃一個(gè)可持續(xù)性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本構(gòu)成要素,信息交流設(shè)備,日常操作&常規(guī)安全檢查,技術(shù)支持,維護(hù)與維修,核輻射源獲取與存儲(chǔ),培訓(xùn),響應(yīng)流程與操作框架,大港計(jì)劃進(jìn)程,第二防線計(jì)劃（已完成）,第二防線計(jì)劃（在建）,第二防線計(jì)劃（所有）,第二防線計(jì)劃實(shí)例照片

14、,第二防線計(jì)劃實(shí)例照片,Sri Lanka（18 RPMs）,Philippine（19 RPMs）,Thailand（19 RPMs，1 for rail）,Singapore（2 RPMs）,基本內(nèi)容,為何需要國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),市場(chǎng)上存在著各種各樣的核輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)從規(guī)劃出發(fā)保證各種設(shè)備滿足應(yīng)用需求。  可靠性標(biāo)準(zhǔn)保證用戶在進(jìn)行輻射監(jiān)測(cè)時(shí)的安全，同時(shí)保證設(shè)備的使用可靠性。,,相關(guān)機(jī)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)(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(zhì)監(jiān)測(cè)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(shí)別儀（ＲＩＤ類）,威視 ＲＭ　０１００ＮＡ/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(guān)標(biāo)準(zhǔn)匯總,國(guó)際權(quán)威實(shí)驗(yàn)室機(jī)構(gòu),Los Alamos National Lab,注：DOE為美國(guó)國(guó)家能源部，NNSA為其下的國(guó)家核安全管理委員會(huì),Oak Ridge National Lab,Pacific Northwest National Lab,Lawren