辐射探测技术在安全及反恐方面的应用.ppt

辐射探测技术 在安全反恐方面的应用,山大2013 暑期学校,基本内容,按实施载体对恐怖主义分类,核威胁,极端恐怖主义所采用大规模杀伤性武器包括 核武器、生物战剂和化学战剂，其中核武器是最具破坏性，也最为人们恐惧的恐怖主义手段。,单就核威胁的实现形式而言，除了采用核武器以外，还有各种以“脏弹”形式存在的有害核放射性物件（Radiological Dispersal Device），其威胁更具隐蔽性。,主要核威胁种类,1993年2001年核走私事件统计,核威胁,电脑模拟图：华盛顿遭核弹袭击后的场景,图片：核武器及其器件,照片：“脏弹”,历史上的武器级核原料走私事件,恐怖事件不断,活动区域广泛,放射源种类,放射性物质从运用领域上一般分为三类：特殊性核物质、医疗及工业用放射源、天然放射性物质。,放射性物质清单（一）,放射性物质清单（二）,放射性物质清单（三）,核武器（NW） 核材料 （SNM） U(铀）： 99.3% U238; 0.7% U235 HEU： 20% U235 Pu（钚） WGP： 93% Pu 239 核武器 26Kg HEU ,5Kg WGPu 体积： 11cm3 ; 6cm3 放射源,需要探测的物质,SNM 的特征,原子序数Z和密度，Z=92，94， = 19.05g/cc X 射线的阻止本领很高（吸收和散射） 半衰期：Pu 24000年；U 700M年 辐射产物： : 6-10/fission n： 2-3n/fission 1-2MeV 60000n/s kg (Pu); 3/sKg(U) 辐射能谱: 中子或高能使SNM发生裂变并产生滞后X和n辐射,铀和钚都有特征gamma能谱,90% U235的谱及其本底，1kg,2400s,WDPu的谱及其本底 1kg,2400s,90% U235的谱及其本底 ，1kg,2400s、PVT探测器,不同探测器测量 Pu239的谱,探测Po239的特征gamma谱,侦测工作的三大组成部分,目标-得到SNM的辐射特征 侦测工作三部分： 探测：得到数据-和 n转换为电脉冲 三种探测器： 闪烁体；半导体；He3管 密度的探测：高能的吸收或散射 算法：将测量数据变成有用的信息 操作理念：CONOPS（concept of operation )对信息反应的操作,gamma探测和鉴别,仅探测辐射 一定的分辨率能辨别同位素 好的分辨率精确地辨别同位素 通过裂变辐射的谱辨别同位素 通过成像给出的来源 三个特性： 探测效率： 记录信号的能力 谱的分辨率：分辨谱中峰的尖锐程度 信号噪声比：区别真信号后噪声（辐射本底）,现行探测技术,辐射剂量报警系统（Pagers） 入口（门式）辐射监测系统（PVT） 同位素辨别装置（手持HPGe） 辐射成像系统（高能集装箱检查）,当射线与试样碰撞时生成阴阳两种离子。纵向有一个电场。不同样品物质离子的极性不同，迁移率 到达收集器的漂移时间也不同，依据离子的极性和漂移时间对被检测样品做出分析。,拉曼光谱是一种散射光谱。对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子研究结构的一种分析方法。,双能扫描系统,RM检测系统,先进的探测技术,New Scintillation material Gamma-ray Spectrum Analysis Application using Multiple Algorithms CAARS : low-risk dual-energy radiography system Using backscattered X-ray to detect Dense material Muon Tomography Scanning Cargo or SNM with Nuclear Resonance Fluorescence Detect SNM at a Distance Detect SNM sing mono-energy beam,分辨率不断提高的Cs 137 gamma 能谱测量,CZT探测器,各种探测器的探测效率和能量分辨,新型闪烁材料,SrI2碘化锶晶体 Very high light output; good energy resolution; inexpensive to scale up to large detectors. Semiconductor: TlBr溴化铊 As good as current room temperature detector materials; can be grown to much larger size than current semiconductor detector materials Nano-compsite scintillators,CAARS双能辐射成像技术,X-ray 反散射技术,不同元素对不同能量gamma 的背散射,利用gamma的背散射 辨别高Z物质工作原理,Muon Tomography,Scanning Cargo or SNM with Nuclear Resonance Fluorescence,Detect SNM at a Distance,单能gamma成像技术,现行的产品和未来的发展趋势,基本内容,第二防线计划 Second Line of Defense,任务：加强与合作伙伴国家在边界上共同防范、查验和阻止特殊核材料走私的能力。查验场所包括：边界、空港、海港和其他国家入口。 策略：基于全球合作，通过如下手段控制核材料走私： A 通过先进的科技手段搜索、探测并识别放射性物质； B 发展制定出应对方案和响应流程； C 预判未来核走私的全球态势，并提前干预。 要点： A 可持续地（sustainable）、 B 有效的(effective),多层核防护方案设计理念,第二防线计划,第二防线计划,汽车通道,二级详查,中心控制室,第二防线 计划,ALARM原则,机场,铁路通道,海港,行人通道,第二防线计划全局布控结构图,第二防线计划 一个可持续性监测系统的基本构成要素,信息交流设备,日常操作& 常规安全检查,技术支持,维护与维修,核辐射源 获取与存储,培训,响应流程与 操作框架,大港计划进程,第二防线计划（已完成）,第二防线计划（在建）,第二防线计划（所有）,第二防线计划实例照片,第二防线计划实例照片,Sri Lanka（18 RPMs）,Philippine（19 RPMs）,Thailand（19 RPMs，1 for rail）,Singapore（2 RPMs）,基本内容,为何需要国际标准,市场上存在着各种各样的核辐射监测设备，国际标准从规划出发保证各种设备满足应用需求。 可靠性标准保证用户在进行辐射监测时的安全，同时保证设备的使用可靠性。,相关机构与标准(整体方案),IEC 62244 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 illicit trafficking of radioactive material（SRPMs） ANSI 42.35 Evaluation and Performance of Radiation Detection Portal Monitors for Use in Homeland Security（RPMs） ANSI 42.38 Performance Criteria for Spectroscopy-Based Portal Monitors Used for Homeland Security,门式放射性物质监测系统（RPM类与SRPM类）,威视 , ,手持式核素识别仪（类）,威视 /NH,Canberra ERK,IEC 62327 Handheld instruments for the detection & identification of radionuclides 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 42.33 Performance Criteria for Hand-held Instruments for the Detection and Identification of Radionuclides,各相关标准汇总,国际权威实验室机构,Los Alamos National Lab,注：DOE为美国国家能源部， NNSA为其下的国家核