裂变仪便携式中子源识别系统

Fission Meter Portable Neutron Source Identification System
  • 通过多重性分析,“真实可靠地”识别裂变中子源。
  • 超低水平的误报和漏报率,即使在高中子本底下也是如此。
  • 不受宇宙背景波动的影响。
  • 便携式封装设计中的最高灵敏度。
  • 操作简单

ORTEC裂变仪通过增强的γ射线识别功能来帮助拦截非法贩运,其中子探测器具有非常高的灵敏度,此外,还可以通过衰变过程的固有特征来明确识别裂变中子源。

仅依赖γ射线探测器时出现的情况;包裹为包含重要的屏蔽可能足够大,或者在测量经严密屏蔽的特定包裹时可以看到γ射线本底下降。手持式识别器的中子探测器可以显示升高的中子计数率,或者γ射线谱可以“看到”来自中子反应的γ射线。

裂变仪是一种易于使用的便携式中子探测系统,旨在定位非法贩运的特殊核材料(SNM),特别是屏蔽源。它将劳伦斯利弗莫尔国家实验室开发的软件与两块慢化的He-3中子探测器组合在一起,使您能够收集并向美国能源部的紧急行动中心传达有关可疑中子源的关键数据。
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    在全世界的国土安全应用中,对非法放射性物质的检测非常重要。放射性扩散装置(RDD)备受关注,但与简易核装置(IND)或国家制造的核武器所产生的核爆炸相比,这些恐怖袭击武器的破坏力不值一提。即使是初级核装置也可能具有相当于250千吨TNT的爆炸力。核爆炸需要有所谓的特殊核材料(SNM),即铀或钚。现在的主要技术挑战是快速和有把握地检测和识别SNM。检测RDD或IND设备的最常用方法是通过其γ射线特征。然而,重金属屏蔽可能导致这些方法失效。

    裂变仪通过增强的γ射线识别功能来帮助拦截非法贩运,其中子探测器具有非常高的灵敏度,此外,还可以通过衰变过程的固有特征来明确识别裂变中子源。γ射线比中子多100倍,因此γ射线核素识别器(如ORTEC Detective)始终是首选仪器,它提供了最简单的源定位方式。需要识别而不仅仅是检测γ射线和中子;两者都存在于正常本底中,其特征可能与非法核材料的特征类似。仅依赖γ射线探测器时出现的情况;包裹为包含重要的屏蔽可能足够大,或者在测量经严密屏蔽的特定包裹时可以看到γ射线本底下降。手持式识别器的中子探测器可以显示升高的中子计数率,或者γ射线谱可以“看到”来自中子反应的γ射线。虽然存在许多中子探测器,但是可以在现场使用的所有其他中子探测器都仅限于基本计数。它们只能记录中子的存在。因此需要一种能够检查包裹或环境中是否存在超出预期本底中子源的方法。

    尽管仪器能够处理每秒500,000个计数的总计数率,但最具挑战性的拦截情况是中子计数率介于平均本底和约十倍平均本底之间的情况,而裂变仪的设计正好解决了这一难题。使用Detective可以很容易地检测到这些较高的中子通量。在检查这些中子放射性包裹时,如果运输文件不能证明情况的合理性,包裹将被扣留以进行进一步研究。这种略微提高的计数率机制也存在局限性,因为合法的非裂变货物也可能导致本底增加十倍,例如宇宙射线与附近的金属(如铸铁)发生相互作用,这一相互作用过程称为“散裂”过程。

    裂变仪操作模式
    在这些情况下,可使用裂变仪的三种操作模式:移动搜索、静态搜索(识别)和表征或“反馈”。

    移动搜索是使用探测器来定位中子源的过程。如果找到或定位了包裹,那么接下来可使用静态搜索模式来确定是否存在屏蔽的“非宇宙”真实中子源。(与宇宙射线相互作用而导致的高中子背景不同。)

    识别是指区分真实本底中子和非本底中子的过程。表征数据收集“反馈”是将收集的中子数据发送给“团队”或专家以进行更详细的多重性分析的过程。反馈过程将评估与发现中子源相关的危险。如果源显着增加,操作员将看到特征并可以做出适当的反应。

    裂变仪原理
    裂变仪是一种复杂的中子探测器。它可以通过评估由这些材料自发发射的中子时间分布来识别裂变铀(U)和钚(Pu)。裂变仪技术是一种最先进的可用于将威胁与非威胁中子源隔离开来的技术。该技术由劳伦斯利弗莫尔实验室开发,AMETEK Advanced Measurement Technology ORTEC部门获得了其使用权。它是Detective核素识别器系列中LLNL γ射线技术的补充。

    SNM源的一个特征是每个原子核的放射性衰变将产生多个中子,这些中子在所谓的自发裂变之后会随着原子核飞散而释放出来。这些中子的检测主要通过重金属屏蔽实现,提供了检测SNM的第二种或验证性方法。宇宙射线诱发的中子由大约七种不同的机制产生,这些机制释放出明显不同于裂变的中子。每天,一个典型的检查区域包含大量宇宙引起的中子,这些中子从容器到容器或区域到区域的强度变化高达十倍。这使人们不得不将移动中子搜索探测器的阈值设置为比局部本底平均值高约10倍。

    核爆炸的可行性依赖于所谓的链核裂变反应。SNM因其大量产生中子而变得“特殊”,这也使得制造武器成为可能。与单个核裂变有关的中子数是一个统计量,称为“多重性”,但关键因素是它在0-7范围内,通常大于1;释放的中子由单一衰变产生,并在短时间内发生。据说中子具有相关性。相关性中子是自发裂变和中子倍增的象征,两者都存在于武器中。然而,其他中子源,如Cf-252,会从自发裂变中发射出多个中子,但实际上不能用于爆炸装置。为了制造武器,材料需要发射多个中子,而且这些中子必须能够引发进一步的裂变反应,以产生引起爆炸的著名连锁反应。

    中子源比通常想象的更常见。它们用于各种工业应用;无损检测和油井测井是两个很好的例子。因此,检测到意外的中子源不一定就是潜在的核武器,正如在伽马射线系统中不要“误”将猫砂当成武器或RDD,(或者反之亦然),中子检测中的漏报和误报反映了同样的问题:误报阻碍商业和交通流量,而漏报则会带来更糟糕的后果。两者都不可取。

    宇宙和其他中子背景本底对性能的影响
    “总计数”中子探测器无法区分它们在环境中探测到的中子和源发射的中子。总计数系统无法区分“SNM中子”(相关)与非SNM中子(不相关)。此外,周期性的宇宙射线“阵雨”将产生中子爆发,这意味着本底会显着增加并在总中子计数器中引起误报警。这些“阵雨”也具有相关性,但不会在裂变仪系统中引起误报,因为系统能够分析发射中子的多重性分布。此外,如果存在SNM,宇宙射线爆发会引起材料中的裂变,从而增加系统的灵敏度,这与总计数器中的情况恰好相反。事实上,原则上可以通过这种方法被动地测定大量的铀。

    裂变仪系统概述
    裂变仪系统的基本组成部分是:

    探测器
    探测器子系统由多个慢化的7.5大气压3He中子探测器组成。探测器子系统包括用于He管的HV电源和用于测定中子事件的前置放大器/甄别器单元。

    电子设备
    电子子系统处理来自检测系统的计数数据。通过测量到达检测系统的中子之间的相对时间间隔,可以使用电子子系统建立“多重性”的统计分布。电子符合系统检测每个中子并查看多达512个时间间隔门,以记录每个中子与来自探测器数据流中其他中子之间的时间间隔。

    裂变仪软件
    软件应用程序分析电子子系统的输出,以确定它是否与无害中子源或铀或钚一致。

    便携式裂变仪系统:FM-P3
    便携式裂变仪系统易于携带在车辆中,可针对可疑包裹或物体快速安装。重量仅为57磅,可由一个人轻松携带。它包括两块中心铰接的慢化He探测器以及由现成D型碱性电池供电的集成电子设备。裂变仪软件在系统附带的相关加固型手持计算机上运行。

    FM-P3探测器系统
    FM-P3探测器系统在同类商用便携式中子探测系统中具有最高的中子灵敏度。该系统包括三十个1英寸直径×19英寸有效长度的He管,每个铰接面板中有15个He管。每个面板都有一个单独的HDPE慢化剂。相邻的探测器对共享一个共同的前置放大器。

    FM-P3电子设备
    便携式“5模式中子计数器”,与其他裂变仪型号相同,集成在FM-P3探测器系统中。虽然它通常与裂变仪软件一起使用,但它具有支持FM-P3探测器系统中30个探测器所需的功能以及作为独立裂变仪操作所需的控件。

    液晶显示屏:每秒中子计数、电池容量、循环计数。

    按钮:开/关、开始/停止/清除。

    计数模式

    搜索模式
    FM-P3探测器系统参考本底阈值对单个中子进行计数,以确定中子源的位置。本底通常设置在使用前已知没有中子源的位置。它可以自动或手动更新。

    分析模式/多重性计数
    FM-P3探测器系统收集中子数据并分析符合情况;单重、双重、三重和四重到非常高的数量级。每个数据采集周期期间各种时间子门中的中子多重性会被记录。采集周期定义为512个时间仓。数据在随后根据费曼方差技术由系统软件进行分析。

    计算机控制
    仪器的所有设置和控制都可以通过标准串行端口完成。内部开关可用于将波特率设置为9600、14.4k、19.2k、38.4k、57.6k或115.2k。格式为1个起始位、8个数据位、无奇偶校验和两个停止位。连接器是一个9针母头连接器,通过它可以用直接电缆(非零调制解调器电缆)将仪器连接到计算机。

    裂变仪控制器(规格如有变更,恕不另行通知)
    裂变仪随时可用于控制器计算机。控制器计算机是一款结实的TDS Ranger 500X。更多详细信息可从TDS网站(www.tdsway.com)获得。简要规格包括:

    • 处理器/速度: 英特尔XScale 520 MHz。
    • 内存SDRAM: ~22 MB,预留128 MB。
    • 数据存储(板载闪存): ~40 MB,预留512 MB。
    • >无线(可选): 集成802.11g
    • Microsoft Windows Mobile™5.0
    • 53个触控键,带有单独的导航、字母和数字键盘,以及8 + 1方向键盘。
    • 触摸屏
    • 电池续航时间: 在正常操作条件下30个小时。4.5小时内完成充电(2小时内充至80%)。
    • 电池充电状态LED指示灯。
    • 通知LED。
    • 坚固的聚碳酸酯外壳。
    • 集成扬声器和麦克风。

    软件
    裂变仪FM-P3型号配有软件,可在系统附带的便携式计算机上运行。该软件设计用于拦截应用。需要很少的操作员输入。右图显示了初始启动屏幕。

    移动搜索
    移动搜索“实时”进行以定位源。在该模式中,用户可以监控(标准偏差内)高于背景的总(单个)计数率以便定位源。(上部轨迹和“气压表”。)上部轨迹将历史值作为“带状图”给出,而气压表则给出了警报阈值的瞬时值。

    下部轨迹和气压表中的“Y2F”数量是费曼方差。对于宇宙源,其为零,而对于相关源,其为非零。*

    静态搜索
    找到信号源后,将系统置于适当位置,并在静态搜索模式下收集更长时间的数据,例如15到20分钟,具体取决于源强度。(如果包裹已经被确定为可疑,显然可以跳过移动搜索步骤。)

    必须从源获得至少30,000个计数,这通常意味着静态搜索模式的计数时间至少为1000秒。该算法需要静态测量以进行静态搜索确定。

    通过分析多重性光谱,使用费曼方差技术,静态搜索模式可为用户明确显示是否存在非宇宙中子(即由于裂变源引起的中子)。如果计数率足够,并且源显着增加,静态搜索就会显示存在非宇宙中子这种情况。

    表征数据收集
    在通过静态搜索模式确定存在实际裂变中子源之后,该模式允许收集更多数据(约1百万个计数)以供异地专家分析。*

    图示法(“图形化”)
    可以生成两个图。第一个是多重性图。它为一个泊松分布,与数据的平均计数相匹配。这是数据的偏差,其可能包括来自纯随机(泊松)分布的非宇宙中子。

    第二个图是中子寿命图,它可以帮助检测慢化材料(例如,聚乙烯屏蔽)。

    为专家确定走私企图而提交裂变试验数据的地点、方法和原因
    对于放射性事件的“反馈”,美国能源部(DOE)每周7天、每天24小时都可提供援助。该中心的工作人员可以安排DOE专家对表征数据集进行进一步分析。首先,裂变仪用户应联系DOE紧急行动中心(电话(+1)202-586-8100),然后要求与紧急响应干事(ERO)进行通话。用户将被转接至能源部内的相应方,以解释数据并建议采取适当的行动。

    美国国内核探测办公室(DNDO)联合分析中心(JAC)是DNDO内部的运营支持局,它与其他部门一起监控海外和国内检测系统的状态并从中收集信息,负责建立和管理实时态势感知和支持能力。它可调度国防部、能源部、国土安全部、联邦调查局和核管理委员会的人员。JAC促进了机构间与州和地方当局之间放射性检测事件的信息交流。24小时紧急热线:877-363-6522。

  • 规格 +


    工作环境

    0°C40°C,相对湿度:在35°C<90%,不结露。

    CE合规性

    符合辐射和传导发射、易感性和低压电源指令的CE标准(EN61326)。

    重量

    不包括外壳:52
    包括外壳:59磅。
    装运重量:120

    尺寸

    不包括外壳。

    • 折叠:18英寸长 x 4.5英寸宽 x 26英寸高
    • 展开:39.25英寸长 x 2.25英寸宽 x 26英寸高

    包括外壳

    • 折叠:19英寸长 x 6.25英寸宽 x 26.5英寸高
    • 展开:39.5英寸长 x 3.125英寸宽 x 26.5英寸高
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    型号

    描述

    FM-P3

    便携式裂变仪系统。包括30个标称7.5 ATM大气压下的3He探测器、多重性电子设备、坚固耐用的手持式计算机(TDS Ranger)、裂变仪软件和防水尼龙携带包,用于保护探测器面板。

    FM-OPT1

    备用干燥剂。一套8个。