[发明专利]辐射检测系统和方法

说明书

通过检测并采样伽玛射线和快中子来分析来自特殊核材料SNM的辐射。如果所记录的伽玛射线诱发信号的幅度或中子诱发信号的幅度超过预定阈值，则测量信号到达时间，并且优选地测量采样信号的特征脉冲形状参数和/或全积分。基于所述信号到达时间，并且优选地基于所述采样信号的所述特征脉冲形状参数和/或所述全积分，来确定中子诱发信号是否在所记录伽玛射线信号之后于预定时间窗口内被记录。如果是，则基于由所述中子沉积的所测量的能量和所测量的中子‑伽玛时间差来重建关联的中子和伽玛射线在视场内的可能源点。如果中子诱发信号在所记录伽玛射线信号之后于预定时间窗口内被记录，则存储与所述所测量的中子‑伽玛时间差、以及哪个检测器被所述伽玛射线和所述中子撞击有关的信息，以便使用所述累积信息来重建SNM在所述视场内的位置或空间分布。还确定中子诱发信号在所记录伽玛射线信号之后于所述预定时间窗口内被记录的事件率是否高于超过本底率的预定值。如果是，则发出警报。

技术领域

本发明涉及一种用于检测辐射的系统和方法。

背景技术

在过去的几十年中，尤其是在2001年9月11日的袭击之后，恐怖组织获得核武器的威胁已成为主要的安全隐患。尽管特殊核材料(SNM)的生产需要此类组织可能无法获得的基础设施和知识水平，但不能排除现有核武器或材料落入坏人手中的可能性。为了防止转移现有SNM，需要有效的材料衡算和安全措施。本发明适用于旨在检测并识别SNM的被动和主动询问技术。基于本文描述的本发明的任何系统也将非常适合于大致检测发射伽玛射线和中子的放射性材料。

为了识别SNM的存在并表征SNM，必须识别辐射特征，从而将其与周围本底辐射或其他电离辐射源区分开。对涉及中子辐射(所述中子辐射是SNM的特性特征之一)检测的先进系统的需求不断增长，特别是对于像辐射入口监测(RPM)系统的安全应用。

时间相关事件是SNM的另一个区别特征，因为本底辐射通常是时间不相关的。通过检测尽可能短的时间窗口内的多个粒子来执行时间相关性测量，以便避免虚假的随机同时发生。所应用的时间窗口的长度取决于检测器的类型。已知中子-中子同时发生可用于检测SNM。本发明的目标是中子-伽玛同时发生检测，所述检测对于某些应用具有灵敏检测SNM的特定优势，这在以前是未被认识到的。

由于He-3计数器具有非常高的中子检测效率，因此它代表了当前中子检测的“黄金标准”。因此，He-3计数器被用于涉及中子检测的大多数安全和保障应用中。因此，现有系统主要基于使用He-3比例计数器对慢速中子的检测。由于在检测之前使中子减速所花费的时间通常为微秒，因此用于同时发生检测的时间窗口也是这个数量级。

此外，在更长的时间尺度上，检测到的中子之间的时间相关性(被称为多重数计数)已被广泛用于表征裂变源。可以通过创建中子多重数分布来估计与样品的裂变质量有关的信息。中子多重数分布反映了来自多个裂变的检测事件的时间相关分布。

存在于SNM中的自发裂变系统(主要是Pu-240)与快中子的发射和高能光子、伽玛射线的“级联”相关联，从而使裂变产物中激发态的分布减少。这些伽玛射线大多数是“瞬发”的，即，从短暂的核态发出，并且它们的多重数分布可以大大扩展到平均值5-10以上。对于用于像用于人员和行李边境管制或用于处置SNM的工作场所中的工作人员的RPM的安全应用中使用的典型几何形状，伽玛射线和中子将在50纳秒(ns)内到达检测器。与使用例如He-3计数器的标准中子检测系统(其中中子在检测之前减速)相比，所需的同时发生窗口要短十倍以上，并且虚假同时发生率也会相应地降低。因此，对快中子和伽玛射线都敏感的检测器的使用可能导致检测SNM的灵敏度更高，这在核保障和安全应用中至关重要。

现有技术

文章：Trombetta,D.M.等人，“用于核安全和保障应用的快中子和γ射线符合检测”，《核仪器和物理研究方法》，A 927(2019年)，第119-124页，描述了一种涉及使用伽玛与快中子之间的短时间相关性来检测并在某些条件下对核材料(例如钚)的量进行定量的技术。