[发明专利]一种检测特殊核材料的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及危险品检测领域，更具体说，是涉及一种检测特殊核 材料的方法和系统。

技术背景

所谓特殊核材料(Special Nuclear Material，特殊核材料)指 的是能够用来制造核武器的铀和钚，通常要求铀和钚中含有的铀235和 钚239的丰度至少为93％。对于特殊核材料检测来说，就是检测隐藏在 封装环境(例如车辆或集装箱)中铀235和钚239的存在。因此，在下 文中，所要检测的特殊核材料是指铀235和钚239。

已知数公斤至数十公斤量级的特殊核材料即可用于构建简易核 弹，对社会安全构成极大的威胁。在某些应用中，对特殊核材料的检 测限值被定义为100cm³。与特殊核材料可能所处的封装环境(如集装箱) 相比，这个体积是非常小的。另外，如果恐怖分子对特殊核材料进行 一定的屏蔽或伪装，对它的检测难度将会进一步增大。因此，如何从 各种口岸流入的货物流中检测出这些并不“大量”的特殊核材料，对 检测技术提出了很大的挑战。

目前的特殊核材料的检测技术通常分为被动检测技术和主动检测 技术。

被动检测技术利用的是特殊核材料的自发衰变现象。当特殊核材 料的原子核发生自发衰变时，会放出瞬发中子和γ射线信号。利用探 测器对这些射线信号进行收集/检测，即可发现特殊核材料。

但是，特殊核材料自发衰变时放出的信号的强度较弱，因此被动 检测结果会受制于特殊核材料的量及其屏蔽情况，而且很容易受到屏 蔽的干扰。如果探测器测量的是信号计数而非能量分布，则其无法区 分来自特殊核材料的信号与来自自然界的辐射本底(如钾40的γ射线、 由宇宙射线产生的中子)，因此探测的准确率很低。而且，被动检测 技术需要较长时间来收集自发衰变信号，不适合于需要有较高检测速 度的场合，诸如机场和港口等口岸。

核共振荧光技术是一种主动检测技术，其利用特定能量的电磁辐 射来照射特殊核材料。当该特定能量和特殊核材料的原子核能级一致 的时候，就会发生强烈的吸收。通过测量特定能量电磁辐射的吸收情 况，或者测量物体吸收电磁辐射后发射出γ光子的能量，即可对特殊 核材料的存在进行完全确定性的检测。这是一个准确性很好的方法。

但是核共振荧光技术需要使用专门的加速器来产生单能的高能X 射线。要产生MeV量级的单能X射线来照射被检测物，则需要100MeV以 上的电子加速器和大功率的激光源。目前，这种射线源还处于研究阶 段，不够成熟。另外一种射线源是直接利用轫致辐射源，此时对电子 加速器的要求不高，仅仅要求电子加速到MeV～10MeV量级，但是此时 对核共振荧光光子的测量必然伴随有大量的背景干扰，对测量带来了 很大的干扰，这是不利的。

总之，目前似乎还没有一种行之有效的技术来对特殊核材料(尤 其是隐藏在封装环境中的特殊核材料)进行检测。

已知，可裂变材料，诸如特殊核材料(即，铀235和钚239)以及 其它核材料(例如铀238和钚240等)在X射线的照射下会发生光致裂变。 进一步，特殊核材料在热中子照射下会发生热中子诱发裂变。

很显然，只用光致裂变无法来确定特殊核材料，因为会受到其它 可裂变材料如铀238和钚240等的干扰。光致裂变过程无法区分铀235和 铀238，也无法区分钚239和钚240。

可以设想仅用热中子诱发裂变来检测特殊核材料。但是，热中子 诱发裂变所产生的裂变产物的产额较小，这降低了对特殊核材料检测 的灵敏度，容易造成误报警。如果用热中子长时间照射特殊核材料以 累积足量的裂变信号，则会造成检测时间过长，这在对检测速度有要 求的应用场合(例如海关、港口等)中是不利的。而且，热中子很难 被准直到一狭窄区域。因此，即使发现被检测物中存在特殊核材料， 也很难确定其位置。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种检测特殊核材料的方法和系统， 其利用特殊核材料的光致裂变特性和热中子诱发裂变特性这两者来对 其进行检测。这种裂变特性是其它原子核所不具有的，可以构成对特 殊核材料检测的特征。

按照本发明的一个方面，提供了一种检测特殊核材料的方法，包 括：

用第一X射线束照射被检测物的检测区域，该第一X射线束的能量 选择为可使被检测物中可能存在的特殊核材料发生可观测的光致裂 变；