辐射探测技术在安全及反恐方面的应用

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,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,一、核反恐相关背景知识,二、美国第二防线计划（,SLD,）,三、国际相关标准,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,武器级核材料,脏弹：常规炸弹,+,核物质,孤源,非有意沾染的放射性物质,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,特殊性核材料,医疗、工业放射源,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,SrI,2,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,Detection of SNM using monoenergetic,-rays,Computed,-yield vs. energy,600,5% keV, 10,10,photons,发展,产品,当前,下一代,先进技术研发,探索,辐射成像,VACIS,汽车货物检测系统,单能,X,射线，背散射,X,射线,先进货物自动辐射,成像系统,自动探测高,Z,物质,增强型的货物自动辐射成像系统,(VSSNM ),有,POE,和没有,POE,的自动探测,SNM,SNM,被动式自动的对屏蔽的探测,大型远距,SNM,探测,门式监测,PVT,聚苯乙烯,ASP (NaI and HPGe),先进门式谱分析仪器,成像技术信号更清晰，,(Standoff ATD),增加,PD,减少,FAR,改进高分辨大体积低成本的闪烁材料,探测高速车载目标,手持,GR-135, SAIC,产品：手持辐射监测，鉴别探测等,手持辐射探测系统,手持，携带，轻的,HPGe,智能个人辐射定位,直接，无线，网络控制 同位素辨别,发展室温下像,HPGe,性能的探测器,改进电子学,中子固体探测器,小型系统,辐射呼叫,供应商支持,现行的产品和未来的发展趋势,基本内容,一、核反恐相关背景知识,二、美国第二防线计划（,SLD,）,三、国际相关标准,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),防范,阻止,查验,多层核防护方案设计理念,涉核设施边界,国家边界,相邻国家的边界,世界主要空港和海港,第二防线计划,第二防线计划,在国际,100,个重要海港装配监测设备。,支持各国海关和港务局相关查验工作。,与其他相关机构展开合作，包括：,-,CBP/ICE: Container Security Initiative (CSI),-CBP: Secure Freight Initiative (SFI),大港计划,Megaports Initiative,在全世界,600,个入口处（包括机场、边界、海港）装配监测设备。,支持各国相关机构的查验工作。,与国际相关机构展开合作，包括：,-International Atomic Energy Agency (IAEA),-European Union,核心计划,Core Program,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,整体工作流程,合作商谈,签订协议,调研与需求分析,设备采购,土建工作,指定权责机构,指定标准流程,SOP,培训,维护,对外援助,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）,核辐射监测设备,固定式设备,行人监测系统,车辆监测系统,火车监测系统,非固定式设备,移动式监测系统,车载式监测系统,手持式设备,个人剂量仪,巡检仪,核素识别仪,第二防线计划实例照片,监测各种各样的车辆（甚至包括马车！）,监测设备样式也有多种。,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,一、核反恐相关背景知识,二、美国第二防线计划（,SLD,）,三、国际相关标准,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,),ANSI,ANSI N42.32 to ANSI N 42.43, Performance Criteria for Radiation Detection Equipments.,IEC,TC45/SC45B, Standards on Radiation Protection Instruments and Illicit Trafficking Instrumentation.,IAEA,Safety Reports Series No. 16 Calibration of Radiation Protection Monitoring Instruments and Technical/Functional Specifications for Border Monitoring Equipment.,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,按适用的仪器类型分类,ANSI,IEC,IAEA,国标,PRD,个人辐射剂量仪,ANSI N42.32,IEC 62401,Technical/Functional Specifications for Border Monitoring,Equipment,暂缺,Handheld RID,手持式核素识别仪,ANSI N42.33ANSI N42.34,IEC 62327IEC 62533,暂缺,RPM,门式监测设备,ANSI N42.35ANSI N42.38,IEC 62244IEC 62484,GB T,24246,-2009,Ne,u,tron Detectors,中子探测设备,ANSI N42.39,IEC 62534,暂缺,国际权威实验室机构,LANL,Los Alamos National Lab,ORNL,Oak Ridge National Lab,PNNL,Pacific Northwest National Lab,LLNL,Lawrence Livermore National Lab,NIST,National Institute of Standard Technology,DoE,下,NNSA,所有的综合性权威实验室，成立于,1943,年，研究涉及各个领域。,为反对核扩散而对核探测技术进行研究和评估为该实验的一个主要研究方向。,负责门式放射性物质监测系统的测试。,LOS ALAMOS NATIONAL LAB,注：,DOE,为美国国家能源部，,NNSA,为其下的国家核安全管理委员会,DoE,下最大的科技与能源实验室,国土安全研究为该实验室的重要职能之一,致力于手持式设备和门式设备的测试和研究,OAK RIDGE NATIONAL LAB,DoE,下又一综合性研究实验室，研究领域：基础科学与计算机计算、国土安全，国家能源等,反恐研究及反对大规模杀伤性为武器扩散为该实验室的主要研究方向之一,致力于个人剂量仪和手持式设备的测试和研究,PACIFIC NORTHWEST NATIONAL LAB,DoE,下,NNSA,所有又一研究机构。,LLNL,下的,Global Security,部门，研究领域涉及国防、反恐和反对核扩散等方面。,致力于手持式设备和门式设备的测试和研究。,LAWRENCE LIVERMORE NATIONAL LAB,美国商业部（,DoC,）下的一个研究结构，致力于提供各种实用科技和为商业产品制定相关标准，成立于,1901,年。,核辐射监测特别是中子探测是该机构众多研究方向中的一个。,负责门式放射性物质监测设备的研究，并直接将结果向,DHS,报告。,NATIONAL INSTITUTE OF STANDARD TECHNOLOGY,结束语,防核扩散，反恐， 环境保护要求更好,更方便的核监测仪器和方法,目前的检测手段还有很多不足需要改进,新的核侦测技术发展迅速,