[發明專利]輻射檢測系統和方法

在審

• 申請號: 201980043247.2
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN112997102A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: B·塞德沃爾
• 申請（專利權）人: KTH控股公司
• 主分類號: G01V5/00
• 分類號: G01V5/00;G01T1/20;G01T3/06
• 代理公司: 北京市中倫律師事務所 11410
• 代理人: 鐘錦舜

通過檢測并采樣伽瑪射線和快中子來分析來自特殊核材料SNM的輻射。如果所記錄的伽瑪射線誘發信號的幅度或中子誘發信號的幅度超過預定閾值，則測量信號到達時間，并且優選地測量采樣信號的特征脈沖形狀參數和/或全積分。基于所述信號到達時間，并且優選地基于所述采樣信號的所述特征脈沖形狀參數和/或所述全積分，來確定中子誘發信號是否在所記錄伽瑪射線信號之后于預定時間窗口內被記錄。如果是，則基于由所述中子沉積的所測量的能量和所測量的中子?伽瑪時間差來重建關聯的中子和伽瑪射線在視場內的可能源點。如果中子誘發信號在所記錄伽瑪射線信號之后于預定時間窗口內被記錄，則存儲與所述所測量的中子?伽瑪時間差、以及哪個檢測器被所述伽瑪射線和所述中子撞擊有關的信息，以便使用所述累積信息來重建SNM在所述視場內的位置或空間分布。還確定中子誘發信號在所記錄伽瑪射線信號之后于所述預定時間窗口內被記錄的事件率是否高于超過本底率的預定值。如果是，則發出警報。

技術領域

本發明涉及一種用于檢測輻射的系統和方法。

背景技術

在過去的幾十年中，尤其是在2001年9月11日的襲擊之后，恐怖組織獲得核武器的威脅已成為主要的安全隱患。盡管特殊核材料(SNM)的生產需要此類組織可能無法獲得的基礎設施和知識水平，但不能排除現有核武器或材料落入壞人手中的可能性。為了防止轉移現有SNM，需要有效的材料衡算和安全措施。本發明適用于旨在檢測并識別SNM的被動和主動詢問技術?；诒疚拿枋龅谋景l明的任何系統也將非常適合于大致檢測發射伽瑪射線和中子的放射性材料。

為了識別SNM的存在并表征SNM，必須識別輻射特征，從而將其與周圍本底輻射或其他電離輻射源區分開。對涉及中子輻射(所述中子輻射是SNM的特性特征之一)檢測的先進系統的需求不斷增長，特別是對于像輻射入口監測(RPM)系統的安全應用。

時間相關事件是SNM的另一個區別特征，因為本底輻射通常是時間不相關的。通過檢測盡可能短的時間窗口內的多個粒子來執行時間相關性測量，以便避免虛假的隨機同時發生。所應用的時間窗口的長度取決于檢測器的類型。已知中子-中子同時發生可用于檢測SNM。本發明的目標是中子-伽瑪同時發生檢測，所述檢測對于某些應用具有靈敏檢測SNM的特定優勢，這在以前是未被認識到的。

由于He-3計數器具有非常高的中子檢測效率，因此它代表了當前中子檢測的“黃金標準”。因此，He-3計數器被用于涉及中子檢測的大多數安全和保障應用中。因此，現有系統主要基于使用He-3比例計數器對慢速中子的檢測。由于在檢測之前使中子減速所花費的時間通常為微秒，因此用于同時發生檢測的時間窗口也是這個數量級。

此外，在更長的時間尺度上，檢測到的中子之間的時間相關性(被稱為多重數計數)已被廣泛用于表征裂變源。可以通過創建中子多重數分布來估計與樣品的裂變質量有關的信息。中子多重數分布反映了來自多個裂變的檢測事件的時間相關分布。

存在于SNM中的自發裂變系統(主要是Pu-240)與快中子的發射和高能光子、伽瑪射線的“級聯”相關聯，從而使裂變產物中激發態的分布減少。這些伽瑪射線大多數是“瞬發”的，即，從短暫的核態發出，并且它們的多重數分布可以大大擴展到平均值5-10以上。對于用于像用于人員和行李邊境管制或用于處置SNM的工作場所中的工作人員的RPM的安全應用中使用的典型幾何形狀，伽瑪射線和中子將在50納秒(ns)內到達檢測器。與使用例如He-3計數器的標準中子檢測系統(其中中子在檢測之前減速)相比，所需的同時發生窗口要短十倍以上，并且虛假同時發生率也會相應地降低。因此，對快中子和伽瑪射線都敏感的檢測器的使用可能導致檢測SNM的靈敏度更高，這在核保障和安全應用中至關重要。

現有技術

文章：Trombetta,D.M.等人，“用于核安全和保障應用的快中子和γ射線符合檢測”，《核儀器和物理研究方法》，A 927(2019年)，第119-124頁，描述了一種涉及使用伽瑪與快中子之間的短時間相關性來檢測并在某些條件下對核材料(例如钚)的量進行定量的技術。