[论文解读] 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 5

一句话总结

本文提出了一种双用途离子加速器，用于通过核反应检测大型货物中的隐藏爆炸物和特殊核材料（SNM）。通过利用适用于多种核反应的通用硬件以及可调节的数据采集模式，该系统实现了每小时10至20个航空货柜的可靠、低成本检测，对小规模、具有实际操作意义的威胁材料具有高灵敏度。

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

研究动机与目标

• 开发一种单一加速器系统，用于在大型货柜中检测爆炸物和特殊核材料（SNM）。
• 解决在大型、致密货物中可靠识别隐藏爆炸物和SNM的小规模、具有实际操作意义的含量的挑战。
• 通过在不同检测模式间使用大部分通用硬件组件，降低检测成本。
• 在真实货物检查环境中实现每小时10至20个货柜的实际检测吞吐量。

提出的方法

• 该系统采用单一离子加速器产生多种核反应所需的束流，实现双重检测能力。
• 利用不同的核反应（例如14 MeV中子反应）探测爆炸物中的氮以及SNM中的特定同位素。
• 系统采用可调节的数据采集（DAQ）模式，可在不同反应类型间切换，并优化信号检测。
• 集成对目标材料的瞬发伽马射线和中子诱发信号敏感的辐射探测系统。
• 通过在不同检测模式间复用核心硬件组件，强调系统模块化与成本效益。
• 系统设计用于在高通量货物检查环境中实现自动化、可靠运行。

实验结果

研究问题

• RQ1 单一加速器系统能否通过核反应分析有效检测爆炸物和SNM？
• RQ2 使用双用途加速器对大型货柜进行检测的可实现吞吐量是多少？
• RQ3 如何在不同核反应间复用通用硬件组件以降低系统成本？
• RQ4 在致密货物中检测小量含氮爆炸物和SNM时，哪些核反应最有效？
• RQ5 该系统能否在真实货物检查条件下保持高检测可靠性和灵敏度？

主要发现

• 系统实现了每小时10至20个航空货柜的实际检测吞吐量，适用于真实环境部署。
• 双用途设计通过共享硬件组件，实现了对小规模、具有实际操作意义的爆炸物和SNM的可靠检测。
• 系统利用多种核反应——尤其是14 MeV中子诱发反应——增强了对氮和特定同位素的检测灵敏度。
• 采用可调节的DAQ模式，可在无需硬件重新配置的情况下优化不同目标材料的检测性能。
• 通过最大限度减少对重复加速器和探测系统的需求，显著降低了系统成本。
• 该系统证明了利用基于核反应检测技术实现自动化、高通量大型货物检测的可行性。