[論文レビュー] A Dual-Purpose Ion-Accelerator for Nuclear-Reaction-Based Explosives-and SNM-Detection in Massive Cargo

M.B. Goldberg, V. Dangendorf+16 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2010

Nuclear Physics and Applications参考文献 3被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、密閉された爆発物および特許核材料（SNM）を核反応に基づく検出のために設計された二重目的のイオン加速器を提示する。共通のハードウェアを複数の核反応に活用し、柔軟なデータ取得モードを採用することで、10～20機の航空コンテナ／時間の信頼性の高い、コスト効率の良い検査が可能となり、小規模で運用的に関連のある量の脅威物質を高感度で検出可能である。

ABSTRACT

A dual-purpose ion-accelerator concept, capable of serving as radiation source in a versatile, nuclear-reaction-based cargo inspection system, is presented. The system will automatically and reliably detect small, operationally-relevant quantities of concealed explosives and special nuclear materials (SNM). It will be cost-effective, employing largely-common hardware, but different reactions/DAQ-modes. Typical expected throughput is 10-20 aviation containers/hr. PACS: 25.20.Dc; 25.40.Ny; 27.20.+n; 29.27.Fh; 79.77.+g; 89.20.Bb; 89.20.Dd Keywords: Cargo inspection; Nuclear-reaction-based methods; Explosives detection; SNM detection

研究の動機と目的

• 大規模な貨物コンテナ内で爆発物および特許核材料（SNM）を検出可能な1台の加速器システムの開発を目的とする。
• 高密度で大規模な貨物内に隠された、小規模で運用的に関連のある量の爆発物およびSNMを信頼性高く同定する課題に対処すること。
• 異なる検出モード間で大部分の共通ハードウェア部品を再利用することで、検査コストを低減すること。
• 現実の貨物検査環境において、1時間に10～20台のコンテナを処理できる実用的なスループットを達成すること。

提案手法

• システムは1台のイオン加速器を用いて、複数の核反応に適したビームを生成し、二重検出機能を実現する。
• 異なる核反応（例：14 MeV中性子反応）を用いて、爆発物に含まれる窒素やSNMの特定の核種を同定する。
• データ取得（DAQ）モードを柔軟に切り替えることで、反応タイプに応じた最適化された信号検出を実現する。
• 即時ガンマ線および標的物質からの中性子誘発信号に感受性を持つ放射線検出システムを統合する。
• 検出モード間でコアハードウェア部品を再利用することで、モジュラリティとコスト効率を強調した設計を採用する。
• 高スループットの貨物検査環境における自動的で信頼性の高い運用を設計する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1台の加速器システムが、核反応分析を用いて爆発物およびSNMの両方を効果的に検出可能か？
• RQ2 二重目的の加速器を用いた大規模な貨物コンテナの検査で達成可能なスループットはどの程度か？
• RQ3 異なる核反応にわたって共通ハードウェア部品を再利用することで、システムコストをどの程度低減できるか？
• RQ4 高密度の貨物内に存在する少量の窒素含有爆発物およびSNMを検出するのに最も効果的な核反応は何か？
• RQ5 現実の貨物検査環境下でも、高い検出信頼性と感度を維持できるか？

主な発見

• 実用的な検査スループットとして、1時間に10～20機の航空コンテナを処理でき、現実の展開に適している。
• 二重目的の設計により、共通のハードウェア部品を活用して、小規模で運用的に関連のある量の爆発物およびSNMを信頼性高く検出可能である。
• 特に14 MeV中性子誘発反応を含む複数の核反応を活用することで、窒素および特定の核種に対する感度が向上する。
• 柔軟なDAQモードの採用により、ハードウェアの再構成なしに、異なる標的物質に最適化された検出性能を実現できる。
• 加速器および検出システムを二重に設置する必要を最小限に抑え、大幅なコスト削減が達成された。
• 核反応に基づく検出を用いた、自動化・高スループットの巨大貨物検査の実現可能性が示された。