[发明专利]利用来自光子引发裂变的高能瞬发中子来识别核材料存在的非侵入性方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求以下优先权：(1)号为No.60/944009、名称为“Non-Intrusive Method To Identify Presence Of Nuclear Materials Using Energetic Prompt Neutrons From Photon Induced Fission”的美国临时专利申请，其由Robert J.Ledoux和 William Bertozzi提交于2007年6月14日，这里通过引用结合进来；和(2)号 为No.60/971638、名称为“Non-Intrusive Method To Identify Presence Of Nuclear Materials Using Energetic Prompt Neutrons From Photon Induced Fission And Neutron-Induced Fission”的美国临时专利申请，其由Robert J.Ledoux和William Bertozzi提交于2007年9月12日，这里也通过引用结合进来。 有关联邦资助的研究或开发的说明

本发明是根据美国海军奖励得到政府的支持的No.N66001-07-D-0025 合同/No.0001提货单做出的。政府对本发明拥有一定的权利。

发明领域

本发明涉及检测可裂变核材料的存在的系统和方法。所述系统和方法 利用了由瞬发中子的能量和角度分布所提供的独特信号，所述瞬发中子在光子 引发的核裂变中产生。它们可以用于检测锕系原子核的存在(特别是Z大于或 等于89(即锕)的那些)。这些核中的一些被归为特种核材料(SNM)，并可用 在大规模杀伤性武器例如核炸药中以及脏弹(dirty bomb)中。

背景技术

核炸药、可用于制造核炸药的材料、以及可用于制造脏弹的材料的违 法地下运输构成了对世界和平和安全的主要危胁。这些材料可以被恐怖分子、 潜在恐怖分子、恐怖分子支持者或其他人秘密地和走私地放在货物或其它运输 物的各种容器中，包括普通行李、板条箱、车辆、货物容器等等。需要有效和 高效率的方法和系统来对处于港口和其它货物和船运地点的这类违禁材料进行 可靠的非侵入式检测，以便减少成功进行违法运输的风险，同时不会以破坏正 常贸易的方式过度阻碍世界范围内的货物流通。因此，不会产生大量假阳性检 测结果的检测方法尤为重要。

无源检测方法，例如自然衰减的伽玛光谱法，被证明没有普遍的有效 性，因为许多目的材料不具有高放射性而相对容易被屏蔽。X射线技术不易区 分可裂变的核材料和可以在货物中合法存在的无害高Z材料例如铅或钨。

除了无源检测之外，还曾采用、尝试或提出过利用采用探测光束的有 源技术来进行检测的一些方法。

在一种这类有源技术中，采用了外部中子源来检测可裂变核材料，这 是通过裂变事件的中子倍增效应来检测所引发的裂变事件的。然而，这很难区 分开探测中子和裂变引发的瞬发中子，特别是当探测中子的能量高得与来自裂 变的较高能的瞬发中子一样时或者当涉及大型的容器时。另一种技术利用脉冲 式外部中子源引发可裂变核材料中的裂变事件，然后通过裂变产物检测缓发中 子发射，使用时间的延迟作为将测得的信号从探测中子中区分出来的手段。该 缓发中子信号是弱得多的信号，故存在信噪比的问题。

在另外的有源技术中，采用了伽马射线探测光束来引发核材料的光裂 变(γ，f)，其中检测来自裂变事件的中子。来自探测光束的散射伽马射线以及 由探测光束引发的光中子(由伽马探测光束与可裂变和/或不可裂变的核之间的 相互作用引起的直接(γ，n)事件)造成了检测来自裂变事件的瞬发中子的噪 声，造成了不可靠或模糊的检测结果。光裂变还由裂变碎片导致了产生缓发中 子，但与中子引发的裂变相比，所述缓发中子信号较弱，而检测存在噪声的问 题。

因此本发明的一个目的是提供改进的系统和方法，用于以降低的错误 率和模糊性检测物品中可裂变的核材料。

本发明的另一个目的是提供改进的系统和方法，用于在引起噪声的因 素存在的情况下通过提高瞬发裂变中子的区分度(discrimination)来检测违禁的 可裂变核材料。

本发明的另一个目的是提供系统和方法，用于分析瞬发裂变中子的能 量或能量谱以检测物品中可裂变核材料的存在。