[发明专利]用于探测核材料的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年2月25日提交的美国专利临时申请No.61/308,254的优先权，且该美国专利临时申请的全文通过参考而并入本文。另外，本申请还要求2010年3月12日提交的美国专利临时申请No.61/313,200的优先权，且该美国专利临时申请的全文通过参考而并入本文。

技术领域

本发明涉及利用多个激发辐射和裂变特征个来探测核材料、尤其是货物、货车、集装箱或其它结构中的核材料的系统和方法。更具体地说，本发明包含通过测量瞬发中子来探测核材料，瞬发中子是通过辐射探头在核材料内诱发裂变事件而释放出的。

背景技术

因走私核材料和核装置带来的威胁而需要对所有类型的运输工具，如海上的集装箱和货物以及陆地入境口的机场或货车进行快速和可靠的非侵入式检查。探测来自核材料的辐射的自发射具有已知的局限性，这可以通过使用主动式探询来解决。一般，主动式探询采用穿透探头的窄束或宽束，如中子或X射线（激发辐射）来激发如果存在的核材料内的裂变。

通常，通过将集装箱暴露给辐射并通过辐射与核材料的相互作用诱发裂变来探测核材料，所述辐射例如为X射线辐射或中子，而所述裂变分别称为光致裂变或中子诱发裂变。裂变过程使得核材料发射出多个穿透特征，如瞬发中子、缓发中子，瞬发γ射线和缓发γ射线。过去，大多数的系统被设计成通过使用位于被照射集装箱外部的探测器阵列探测缓发中子特征来探测裂变事件。探测到与裂变相关的缓发中子，能非常有力地显示核材料的存在。然而，虽然缓发中子是裂变事件的独特指示体，但是其非常少且能量低，从而严重地削弱了检查系统的功效，特别是对含氢货物。在一些情况下，测量到的单一裂变特征是由缓发γ射线引起的。该特征在金属货物内会被高度稀释。这样的话，就更加希望探测更大量和更具穿透性的裂变瞬发中子。然而，裂变瞬发中子是在几乎与投射在核材料上的更多探测辐射类型致盲探测器的同时产生的。通常，在探测器恢复的时候，不存在瞬发中子特征。

因此，需要一种探测核材料的改进方法和系统，其不依靠单一的特征，而是依靠多个特征，其中一个特征的短处被其它的长处减轻了。类似地，单独或联合使用的多个探测辐射类型，如X射线和中子，使检查系统对商贸中遇到的大范围货物中隐藏的核材料敏感得多。

发明内容

本说明书公开了一种用于测量多个裂变特征的系统，包括辐射源，所述辐射源被构造成产生辐射并将所述辐射导向接受检查的目标，所述辐射诱发在所述目标内可能存在的任何核材料中的裂变；第一探测器，所述第一探测器的类型是阈活化探测器（threshold-activation detedtor,TAD）、塑料闪烁体探测器、慢化He-3探测器或He-3等价替换物探测器中的至少一个；第二探测器，所述第二探测器的类型是阈活化探测器、塑料闪烁体探测器、慢化He-3探测器或He-3等价替换物探测器中的至少一个。

选择性地，第一探测器和所述第二探测器位于目标的相反侧面处。所述第一探测器或所述第二探测器之一被定位为探测从目标沿相对于辐射源所产生的辐射成后方位角（back angle）的方向发射出的辐射。第一探测器位于目标上方。第二探测器位于目标的侧面。第一探测器位于目标下方。第二探测器位于目标的侧面。

选择性地，辐射源是能量范围为6MeV至9MeV的直线加速器。系统进一步包括位于辐射源和目标之间的诱发中子材料，所述诱发中子材料将一些从辐射源发出的辐射转换为中子源。中子源具有约2.5MeV的能量。诱发中子材料是重水或铍。辐射是X射线、单能γ射线、或窄能带的γ射线中的至少一种。阈活化探测器包括至少一种中子阈活化材料，用于探测更高能瞬发裂变中子。至少一种中子阈活化材料包括至少一种含氟化合物。多个裂变特征包括裂变瞬发中子、缓发γ射线或缓发中子中的至少一个。系统进一步包括X射线辐射源和透射探测器，用于用X射线探询目标和探测透过目标的X射线。

在另一实施方式中，检查系统使用辐射源测量多个裂变特征，所述辐射源产生被导向接受检查的目标的辐射并且诱发在目标内可能存在的任何核材料中的裂变；和阈活化探测器，包括至少一种阈活化材料和至少一个探测器，所述阈活化材料还是闪烁材料，而所述至少一个探测器用于探测由瞬发裂变中子活化阈活化材料所产生的β辐射。

选择性地，阈活化材料或闪烁材料包括含氟化合物。含氟化合物包括液态碳氟化合物。阈活化探测器包括多个探测器片（detector tiles），所述多个探测器片被组合地构造以起到大面积探测器的作用。阈活化探测器包括一个大面积探测器。