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    重庆时时彩开奖最新结果: 利用来自光子引发裂变的高能瞬发中子来识别核材料存在的非侵入性方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN200880020096.0

    申请日:

    2008.06.13

    公开号:

    CN101711370A

    公开日:

    2010.05.19

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01T 3/00申请日:20080613|||公开
    IPC分类号: G01T3/00 主分类号: G01T3/00
    申请人: 护照系统公司
    发明人: R·J·勒道西; W·伯托兹
    地址: 美国麻萨诸塞州
    优先权: 2007.06.14 US 60/944,009; 2007.09.12 US 60/971,638
    专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 段晓玲;韦欣华
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200880020096.0

    授权公告号:

    101711370B||||||

    法律状态公告日:

    2013.05.29|||2010.07.21|||2010.05.19

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了通过测量高能瞬发中子来非侵入性地检测容器内易裂变材料的存在的方法和系统。所述方法和系统利用了来自光裂变得瞬发中子能谱的独特性质来明确无误地确认易裂变材料,所述光裂变是来自几乎完全加速的碎片产生的中子发射。所述来自光裂变的瞬发中子的角度分布以及有关中子相对于光束角度的能量分布被用来区分发生光裂变的奇偶核和偶偶核。所述中子产量曲线对中子能量的独立性(产量作为电子束能量或光子能量的函数)也被用于区分光裂变与其它的过程如(γ,n)。不同的光束几何形状被用于检测易裂变材料的局部化样品,还有在大区域内分散为小碎片或薄片的易裂变材料。这些来自光裂变的信号是独特的,并允许检测原子核周期表中锕系元素区域的任何材料。

    权利要求书

    1: 检测容器内包含锕系元素的材料存在的方法,包括: a)定位所述容器,使得至少一个中子检测器以相对于光子束的第一角度观测所述容器; b)用光子束照射所述容器的至少一部分,所述光子束包括能量不大于第一预定截止光子能量的光子; c)在至少一个所述中子检测器中检测至少一些中子,所述中子通过所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生; d)针对多个所述测得的中子中的每个,确定所述测得中子的能量;以及 e)基于至少一个所述测得中子的确定能量超过了预定的值,识别存在于所述容器中的所述包含锕系元素的材料。
    2: 权利要求1的方法,其中所述预定值为所述第一预定截止光子能量与较低能量之间的差。
    3: 权利要求2的方法,其中所述较低能量为在特定材料中通过(□,n)过程产生中子的阈值能量。
    4: 权利要求2的方法,其中所述较低能量不大于在特定材料中通过(□,n)过程产生中子的阈值能量。
    5: 权利要求2的方法,其中所述较低能量为小于在特定材料中通过(□,n)过程产生中子的阈值能量的预定量。
    6: 权利要求2的方法,其中所述较低能量基于所述容器中可能存在的材料来确定。
    7: 权利要求2的方法,其中所述较低能量基于所述容器中存在的材料来确定。
    8: 权利要求1的方法,其中包括能量不大于所述第一预定截止光子能量的光子的所述光子束为通过所述第一预定截止能量的电子产生的韧致辐射光子束。
    9: 权利要求1的方法,其中包括能量不大于所述第一预定截止光子能量的光子的所述光子束为单色光子束。
    10: 权利要求1的方法,其中确定所述测得中子的能量包括测量所述测得中子的飞行时间。
    11: 权利要求1的方法,其中确定所述测得中子的能量包括分析沉积在至少一个所述中子检测器中的能量。
    12: 权利要求1的方法,其中所述容器的位置使得至少两个中子检测器观测所述容器,所述中子检测器从相对于所述光子束不同的角度来观测所述容器,并且中子在至少两个所述中子检测器中检测,进一步包括: f)确定在至少两个所述中子检测器中在预定的中子能量范围内的总中子产量;以及 g)基于比较来自于相对所述光子束成不同角度观测所述容器的所述至少两个中子检测器的所述总中子产量,来进行如下确定:如果总产量揭示中子各向同性分布作为相对于所述光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果总产量揭示中子各向异性分布作为相对于所述光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    13: 权利要求1的方法,进一步包括: f)对于相对于所述光子束成至少一个新的角度而言 i)移动至少一个所述中子检测器,使得所述移动的中子检测器从相对于所述光子束的 所述新角度观测所述容器; ii)用包括能量不大于所述第一预定截止光子能量的光子的所述光子束照亮所述容器的至少一部分; iii)在所述至少一个移动的中子检测器中,检测由所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生的至少一些中子;以及 iv)针对多个所述测得的中子中的每一个,确定所述测得的中子的能量; g)对于相对于所述光子束的至少一些所述中子检测器观测角度,确定位于相对于所述光子束的所述角度处在所述至少一个移动的中子检测器中在预定的中子能量范围内的总中子产量;以及 h)对于相对所述光子束的至少一些中子检测器观测角度,基于比较来自所述至少一个移动的中子检测器的所述总中子产量,进行如下确定:如果总产量揭示中子各向同性分布作为相对于所述光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果总产量揭示中子各向异性分布作为相对于所述光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    14: 权利要求1的方法,其中所述容器的位置使得至少两个中子检测器观测到所述容器,所述中子检测器从相对于所述光子束成不同的角度来观测所述容器,并且中子在至少两个所述中子检测器中检测,进一步包括: f)确定在至少两个所述中子检测器中的中子能量产量;以及 g)基于比较来自于相对所述光子束成不同角度观测所述容器的所述至少两个中子检测器的所述中子能量分布,来进行如下确定,如果随着相对于所述光子束的角度变化所述能量分布没有改变超过预定量,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果随着相对于所述光子束的角度变化所述能量分布改变超过预定量,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    15: 权利要求1的方法,进一步包括: f)对于相对于所述光子束成至少一个新的角度来说 i)移动至少一个所述中子检测器,使得所述移动的中子检测器从相对于所述光子束的所述新角度观测所述容器; ii)用包括能量不大于所述第一预定截止光子能量的光子的光子束照亮所述容器的至少一部分; iii)在所述至少一个移动的中子检测器中检测由所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生的至少一些中子;以及 iv)针对多个所述测得的中子中的每一个,确定所述测得的中子的能量; g)对于相对于所述光子束的至少一些所述中子检测器观测角度,确定在相对于光子束的所述角度处在预定的中子能量范围内在所述至少一个移动的中子检测器中的中子能量分布;以及 h)对于相对所述光子束的至少一些中子检测器观测角度,基于比较来自所述至少一个移动的中子检测器的所述中子能量分布,进行如下确定:如果随着相对于所述光子束的角度变化所述能量分布没有改变超过预定量,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果随着相对于所述光子束的角度变化所述能量分布改变超过预定量,则确定存在的锕系元素为 偶偶同位素。
    16: 权利要求1的方法,进一步包括: f)用包括能量不大于不同的预定截止光子能量的光子的至少一个额外的光子束照亮所述容器的至少一部分; g)在至少一个所述中子检测器中检测由所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生的至少一些中子; h)针对多个所述测得的中子中的每一个,确定所述测得的中子的能量; i)选择较高的中子能量区域,在所述能量区域中对于任何所述预定截止光子能量而言来自(γ,n)过程的中子在能量上是不允许的;以及选择较低的能量区域,在所述能量区域中对于所有所述预定截止光子能量而言来自(γ,n)过程的中子在能量上是允许的; j)对于所述预定的截止光子能量中的每一个,在至少两个预定的中子能量范围内确定所述中子检测器之一中的中子产量,其中至少一个预定的中子能量范围包括其中来自(γ,n)过程的中子在能量上是不允许的所述较高能量区域;并且其中至少一个其它的预定中子能量范围包括其中来自(γ,n)过程的中子在能量上是允许的所述较低能量区域;以及 k)基于比较所述一个中子检测器中的所述确定的中子产量,其来自包含能量不大于所述不同的预定截止能量的光子的所述入射光子束,来进行如下确认:如果,在其中来自(γ,n)过程的中子在能量上是不允许的较高预定中子能量范围中,在较低预定截止光子能量和所述较高预定截止光子能量之间的所述中子产量的增加与其中来自(γ,n)过程的中子在能量上是允许的所述较低预定中子能量范围中的中子产量增加相比并不显著,则确认包括存在的锕系元素的所述材料存在于容器内。
    17: 权利要求1的方法,进一步包括: f)用包括能量不大于不同的预定截止光子能量的光子的至少一个额外的光子束照亮所述容器的至少一部分; g)在至少一个所述中子检测器中检测由所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生的至少一些中子; h)针对多个所述测得的中子中的每一个,确定所述测得的中子的能量; i)针对至少两个所述预定的截止光子能量,确定所述中子检测器之一中的中子能量分布;以及 j)基于比较所述一个中子检测器中的所述确定的中子能量分布,其来自包含能量不大于所述不同的预定截止能量的光子的所述入射光子束,进行如下确认:如果随着截止光子能量的变化所述中子能量分布改变不大于预定量,则确认包括存在的锕系元素的所述材料存在于容器内。
    18: 权利要求1的方法,进一步包括: f)用包括能量不大于不同的预定截止光子能量的光子的至少一个额外的光子束照亮所述容器的至少一部分; g)在至少一个所述中子检测器中检测由所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生的至少一些中子; h)针对多个所述测得的中子中的每一个,确定所述测得的中子的能量; i)针对所述预定的截止光子能量中的每一个,在多个预定的中子能量范围内确定所述 中子检测器之一中的中子产量; j)针对所述预定的中子能量范围的每一个,确定中子产量曲线作为光子截止能量的函数;以及 k)基于比较所述一个中子检测器中针对所述预定中子能量范围的所述确定的中子产量曲线,进行如下确认:如果所述中子产量曲线随着中子能量的变化而改变不大于预定量,则确认包括存在的锕系元素的所述材料存在于容器内。
    19: 检测容器内包括锕系元素的材料存在的方法,包括: a)定位所述容器,使得至少一个中子检测器以相对于光子束的第一角度观测所述容器; b)针对至少两个预定的截止光子能量,用光子束照射所述容器的至少一部分,所述光子束包括能量不大于所述预定截止光子能量的光子; c)针对至少两个所述预定的截止光子能量,在至少一个所述中子检测器中检测至少一些中子,所述中子通过所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生; d)针对至少两个所述预定的截止光子能量,对多个所述测得的中子中的每个确定所述测得中子的能量; e)选择较高的中子能量区域,在所述能量区域中对于所述至少两个预定截止光子能量的任何而言来自(γ,n)过程的中子在能量上是不允许的;以及选定较低的能量区域,在所述能量区域中对于所述至少两个预定截止光子能量的全部而言来自(γ,n)过程的中子在能量上是允许的; f)针对至少两个所述预定的截止光子能量,确定在至少两个预定的中子能量范围内在所述中子检测器之一中的中子产量,其中至少一个预定的中子能量范围包括其中来自(γ,n)过程的中子在能量上是不允许的所述较高能量区域;并且,其中至少一个其它的预定中子能量范围包括其中来自(γ,n)过程的中子在能量上是允许的所述较低能量区域;以及 g)基于比较所述一个中子检测器中的所述确定的中子产量,其来自包含能量不大于所述不同的预定截止能量的光子的所述入射光子束,进行如下确认:如果,在其中来自(γ,n)过程的中子在能量上是不允许的较高预定中子能量范围中,在较低预定截止光子能量和所述较高预定截止光子能量之间的所述中子产量的增加与其中来自(γ,n)过程的中子在能量上是允许的所述较低预定中子能量范围中的中子产量增加相比并不显著,则确认包括存在的锕系元素的所述材料存在于容器内。
    20: 根据权利要求19的方法,其中包括能量不大于所述预定截止光子能量的光子的所述光子束为通过所述预定截止能量的电子产生的韧致辐射光子束。
    21: 权利要求19的方法,其中包括能量不大于所述预定截止光子能量的光子的所述光子束为单色光子束。
    22: 权利要求19的方法,其中确定所述测得中子的能量包括测量所述测得中子的飞行时间。
    23: 权利要求19的方法,其中确定所述测得中子的能量包括分析沉积在至少一个所述中子检测器中的能量。
    24: 权利要求19的方法,其中所述容器的位置使得至少两个中子检测器观测所述容器,所述中子检测器从相对于所述光子束不同的角度来观测所述容器,并且中子在至少两 个所述中子检测器中检测,进一步包括: h)针对至少一个所述预定的截止光子能量,确定在至少两个所述中子检测器中在预定的中子能量范围内的总中子产量;以及 i)基于比较来自相对光子束以不同角度观测所述容器的所述至少两个中子检测器的所述总中子产量,进行如下确定:如果总产量揭示中子各向同性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果总产量揭示中子各向异性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    25: 权利要求19的方法,进一步包括: h)对于相对于所述光子束成至少一个新的角度来说 i)移动至少一个所述中子检测器,使得所述移动的中子检测器从相对于所述光子束的所述新角度观测所述容器; ii)用包括能量不大于至少一个所述预定截止光子能量的光子的光子束照亮所述容器的至少一部分; iii)在所述至少一个移动的中子检测器中检测由所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生的至少一些中子;以及 iv)针对多个所述测得的中子中的每一个,确定所述测得的中子的能量; i)对于相对于所述光子束的至少一些所述中子检测器观测角度,确定在预定的中子能量范围内以相对于光子束的所述角度在所述至少一个移动的中子检测器中的总中子产量;以及 j)对于相对所述光子束的至少一些中子检测器观测角度,基于比较来自所述至少一个移动的中子检测器的所述总中子产量,进行如下确定:如果总产量揭示中子各向同性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果总产量揭示中子各向异性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    26: 权利要求19的方法,其中所述容器的位置使得至少两个中子检测器观测所述容器,所述中子检测器从相对于所述光子束不同的角度来观测所述容器,并且中子在至少两个所述中子检测器中检测,进一步包括: h)针对至少一个所述多个预定的截止光子能量,确定在至少两个所述中子检测器中的中子能量分布;以及 i)基于比较来自从相对光子束的不同角度观测所述容器的所述至少两个中子检测器的所述中子能量分布,进行如下确定:如果随着相对于光子束的角度的变化,所述能量分布的改变没有超过预定量,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果随着相对于光子束的角度的变化,所述能量分布的改变超过预定量,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    27: 权利要求19的方法,进一步包括: h)对于相对于所述光子束成至少一个新的角度来说 i)移动至少一个所述中子检测器,使得所述移动的中子检测器从相对于所述光子束的所述新角度观测所述容器; ii)用包括能量不大于至少一个所述预定截止光子能量的光子的光子束照亮所述容器的至少一部分; iii)在所述至少一个移动的中子检测器中检测由所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生的至少一些中子;以及 iv)针对多个所述测得的中子中的每一个,确定所述测得的中子的能量; i)对于相对于所述光子束的至少一些所述中子检测器观测角度,确定在所述至少一个移动的中子检测器中的中子能量分布;以及 j)对于相对所述光子束的至少一些中子检测器观测角度,基于比较来自所述至少一个移动的中子检测器的所述中子能量分布,进行如下确定:如果随着相对于光子束的角度的变化,所述能量分布的改变没有超过预定量,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果随着相对于光子束的角度的变化,所述能量分布的改变超过预定量,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    28: 检测容器内包括锕系元素的材料存在的方法,包括: a)定位所述容器,使得至少一个中子检测器以相对于光子束的第一角度观测所述容器; b)针对至少两个预定的截止光子能量,用光子束照射所述容器的至少一部分,所述光子束包括能量不大于所述预定截止光子能量的光子; c)针对至少两个所述预定的截止光子能量,在至少一个所述中子检测器中检测至少一些中子,所述中子通过所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生; d)针对至少两个所述预定的截止光子能量,对多个所述测得的中子中的每个确定所述测得中子的能量; e)针对至少两个所述预定的截止光子能量,确定所述中子检测器之一中的中子能量分布;以及 f)基于比较所述一个中子检测器中的所述确定的中子能量分布,其来自包含能量不大于所述至少两个预定截止光子能量的光子的所述入射光子束,进行如下识别:如果随着截止光子能量的变化,所述中子能量分布改变不大于预定量,则识别存在于容器内的包括锕系元素的所述材料。
    29: 根据权利要求28的方法,其中包括能量不大于所述预定截止光子能量的光子的所述光子束为通过所述预定截止能量的电子产生的韧致辐射光子束。
    30: 权利要求28的方法,其中包括能量不大于所述预定截止光子能量的光子的所述光子束为单色光子束。
    31: 权利要求28的方法,其中确定所述测得中子的能量包括测量所述测得中子的飞行时间。
    32: 权利要求28的方法,其中确定所述测得中子的能量包括分析沉积在至少一个所述中子检测器中的能量。
    33: 权利要求28的方法,其中所述容器的位置使得至少两个中子检测器观测所述容器,所述中子检测器从相对于所述光子束不同的角度来观测所述容器,并且中子在至少两个所述中子检测器中检测,进一步包括: g)针对至少一个所述预定的截止光子能量,确定在至少两个所述中子检测器中在预定的中子能量范围中的总中子产量;以及 h)基于比较来自从相对光子束的不同角度观测所述容器的所述至少两个中子检测器 的所述总中子产量,进行如下确定:如果总产量揭示中子各向同性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果总产量揭示中子各向异性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    34: 权利要求28的方法,进一步包括: g)对于相对于所述光子束成至少一个新的角度来说 i)移动至少一个所述中子检测器,使得所述移动的中子检测器从相对于所述光子束的所述新角度观测所述容器; ii)用包括能量不大于至少一个所述预定截止光子能量的光子的光子束照亮所述容器的至少一部分; iii)在所述至少一个移动的中子检测器中检测由所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生的至少一些中子;以及 iv)针对多个所述测得的中子中的每一个,确定所述测得的中子的能量; h)对于相对于所述光子束的至少一些所述中子检测器观测角度,在预定的中子能量范围内以相对于光子束的所述角度在所述至少一个移动的中子检测器中确定总中子产量;以及 i)对于相对所述光子束的至少一些中子检测器观测角度,基于比较来自所述至少一个移动的中子检测器的所述总中子产量,进行如下确定:如果总产量揭示中子各向同性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果总产量揭示中子各向异性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    35: 权利要求28的方法,其中所述容器的位置使得至少两个中子检测器观测所述容器,所述中子检测器从相对于所述光子束不同的角度来观测所述容器,并且中子在至少两个所述中子检测器中检测,进一步包括: g)针对所述多个预定的截止光子能量的至少一个,在至少两个所述中子检测器中确定中子能量分布;以及 h)基于比较来自从相对光子束的不同角度观测所述容器的所述至少两个中子检测器的所述中子能量分布,进行如下确定:如果随着相对于光子束的角度的变化,所述能量分布的改变没有超过预定量,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果随着相对于光子束的角度的变化,所述能量分布的改变超过预定量,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    36: 权利要求28的方法,进一步包括: g)对于相对于所述光子束成至少一个新的角度来说 i)移动至少一个所述中子检测器,使得所述移动的中子检测器从相对于所述光子束的所述新角度观测所述容器; ii)用包括能量不大于至少一个所述预定截止光子能量的光子的光子束照亮所述容器的至少一部分; iii)在所述至少一个移动的中子检测器中检测由所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生的至少一些中子;以及 iv)针对多个所述测得的中子中的每一个,确定所述测得的中子的能量; h)对于相对于所述光子束的至少一些所述中子检测器观测角度,确定在所述至少一个 移动的中子检测器中的中子能量分布;以及 i)对于相对所述光子束的至少一些中子检测器观测角度,基于比较来自所述至少一个移动的中子检测器的所述中子能量分布,进行如下确定:如果随着相对于光子束的角度的变化,所述能量分布的改变没有超过预定量,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果随着相对于光子束的角度的变化,所述能量分布的改变超过预定量,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    37: 检测容器内包括锕系元素的材料存在的方法,包括: a)定位所述容器,使得至少一个中子检测器以相对于光子束的第一角度观测所述容器; b)针对至少两个预定的截止光子能量,用光子束照射所述容器的至少一部分,所述光子束包括能量不大于所述预定截止光子能量的光子; c)针对至少两个所述预定的截止光子能量,在至少一个所述中子检测器中检测至少一些中子,所述中子通过所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生; d)针对至少两个所述预定的截止光子能量,对多个所述测得的中子中的每个确定所述测得中子的能量; e)针对至少两个所述预定的截止光子能量,确定在多个预定的中子能量范围内所述中子检测器之一中的中子产量; f)对于所述预定的中子能量范围中的每个,确定中子产量曲线作为光子截止能量的函数;以及 g)基于比较所述一个中子检测器中针对所述预定中子能量范围的所述确定的中子产量曲线,进行如下识别:如果随着中子能量的变化,所述中子产量曲线改变不大于预定量,则识别存在于容器内的包括锕系元素的所述材料。
    38: 根据权利要求37的方法,其中包括能量不大于所述预定截止光子能量的光子的所述光子束为通过所述预定截止能量的电子产生的韧致辐射光子束。
    39: 权利要求37的方法,其中包括能量不大于所述预定截止光子能量的光子的所述光子束为单色光子束。
    40: 权利要求37的方法,其中确定所述测得中子的能量包括测量所述测得中子的飞行时间。
    41: 权利要求37的方法,其中确定所述测得中子的能量包括分析沉积在至少一个所述中子检测器中的能量。
    42: 权利要求37的方法,其中所述容器的位置使得至少两个中子检测器观测所述容器,所述中子检测器从相对于所述光子束不同的角度来观测所述容器,并且中子在至少两个所述中子检测器中检测,进一步包括: h)针对至少一个所述预定的截止光子能量,确定在至少两个所述中子检测器中在预定的中子能量范围内的总中子产量;以及 i)基于比较来自所述从相对光子束的不同角度观测所述容器的至少两个中子检测器的所述总中子产量,进行如下确定:如果总产量揭示中子各向同性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果总产量揭示中子各向异性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    43: 权利要求37的方法,进一步包括: h)对于相对于所述光子束成至少一个新的角度来说 i)移动至少一个所述中子检测器,使得所述移动的中子检测器从相对于所述光子束的所述新角度观测所述容器; ii)用包括能量不大于至少一个所述预定截止光子能量的光子的光子束照亮所述容器的至少一部分; iii)在所述至少一个移动的中子检测器中检测由所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生的至少一些中子;以及 iv)针对多个所述测得的中子中的每一个,确定所述测得的中子的能量; i)对于相对于所述光子束的至少一些所述中子检测器观测角度,在预定的中子能量范围内以相对于光子束的所述角度在所述至少一个移动的中子检测器中确定总中子产量;以及 j)对于相对所述光子束的至少一些中子检测器观测角度,基于比较来自所述至少一个移动的中子检测器的所述总中子产量,进行如下确定:如果总产量揭示中子各向同性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果总产量揭示中子各向异性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    44: 权利要求37的方法,其中所述容器的位置使得至少两个中子检测器观测所述容器,所述中子检测器从相对于所述光子束不同的角度来观测所述容器,并且中子在至少两个所述中子检测器中检测,进一步包括: h)针对至少一个所述多个预定的截止光子能量,确定在至少两个所述中子检测器中的中子能量分布;以及 i)基于比较来自所述从相对光子束的不同角度观测所述容器的至少两个中子检测器的所述中子能量分布,进行如下确定:如果随着相对于光子束的角度的变化,所述能量分布的改变没有超过预定量,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果随着相对于光子束的角度的变化,所述能量分布的改变超过预定量,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    45: 权利要求37的方法,进一步包括: h)对于相对于所述光子束成至少一个新的角度来说 i)移动至少一个所述中子检测器,使得所述移动的中子检测器从相对于所述光子束的所述新角度观测所述容器; ii)用包括能量不大于至少一个所述预定截止光子能量的光子的光子束照亮所述容器的至少一部分; iii)在所述至少一个移动的中子检测器中检测由所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生的至少一些中子;以及 iv)针对多个所述测得的中子中的每一个,确定所述测得的中子的能量; i)对于相对于所述光子束的至少一些所述中子检测器观测角度,确定在所述至少一个移动的中子检测器中中子能量分布;以及 j)对于相对所述光子束的至少一些中子检测器观测角度,基于比较来自所述至少一个移动的中子检测器的所述中子能量分布,进行如下确定:如果随着相对于光子束的角度的 变化,所述能量分布的改变没有超过预定量,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果随着相对于光子束的角度的变化,所述能量分布的改变超过预定量,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    46: 检测容器内包括锕系元素的材料存在的方法,包括: a)定位所述容器,使得至少一个中子检测器以相对于光子束的第一角度观测所述容器; b)用光子束照射所述容器的至少一部分,所述光子束包括能量不大于第一预定截止光子能量的光子; c)在至少一个所述中子检测器中检测至少一些中子,所述中子通过所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生; d)针对多个所述测得的中子中的每个,确定所述测得中子的最小能量;以及 e)基于至少一个所述测得中子的确定的最小能量超过了预定的值,识别存在于所述容器中的所述包含锕系元素的材料。
    47: 权利要求46的方法,其中所述预定值为所述第一预定截止光子能量与较低能量之间的差。
    48: 权利要求47的方法,其中所述较低能量为在特定材料中通过(□,n)过程产生中子的阈值能量。
    49: 权利要求47的方法,其中所述较低能量不大于在特定材料中通过(□,n)过程产生中子的阈值能量。
    50: 权利要求47的方法,其中所述较低能量为小于在特定材料中通过(□,n)过程产生中子的阈值能量的预定量。
    51: 权利要求47的方法,其中所述较低能量基于容器中可能存在的材料来确定。
    52: 权利要求47的方法,其中所述较低能量基于容器中存在的材料来确定。
    53: 权利要求46的方法,其中包括能量不大于所述第一预定截止光子能量的光子的所述光子束为通过所述第一预定截止能量的电子产生的韧致辐射光子束。
    54: 权利要求46的方法,其中包括能量不大于所述第一预定截止光子能量的光子的所述光子束为单色光子束。
    55: 权利要求46的方法,其中确定所述测得中子的最小能量包括分析沉积在至少一个所述中子检测器中的能量。
    56: 权利要求46的方法,其中所述容器的位置使得至少两个中子检测器观测所述容器,所述中子检测器从相对于所述光子束不同的角度来观测所述容器,并且中子在至少两个所述中子检测器中检测,进一步包括: f)确定在至少两个所述中子检测器中在预定的中子最小能量范围内的总中子产量;以及 g)基于比较来自所述从相对光子束的不同角度观测所述容器的至少两个中子检测器的所述总中子产量,进行如下确定:如果总产量揭示中子各向同性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果总产量揭示中子各向异性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    57: 权利要求46的方法,进一步包括: f)对于相对于所述光子束成至少一个新的角度来说 i)移动至少一个所述中子检测器,使得所述移动的中子检测器从相对于所述光子束的所述新角度观测所述容器; ii)用包括能量不大于所述第一预定截止光子能量的光子的光子束照亮所述容器的至少一部分; iii)在所述至少一个移动的中子检测器中检测由所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生的至少一些中子;以及 iv)针对多个所述测得的中子中的每一个,确定所述测得的中子的最小能量; g)对于相对于所述光子束的至少一些所述中子检测器观测角度,确定在预定的中子最小能量范围内在相对于光子束的所述角度在所述至少一个移动的中子检测器中的总中子产量;以及 h)对于相对所述光子束的至少一些中子检测器观测角度,基于比较来自所述至少一个移动的中子检测器的所述总中子产量,进行如下确定:如果总产量揭示中子各向同性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果总产量揭示中子各向异性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    58: 权利要求46的方法,其中所述容器的位置使得至少两个中子检测器观测所述容器,所述中子检测器从相对于所述光子束不同的角度来观测所述容器,并且中子在至少两个所述中子检测器中检测,进一步包括: f)在至少两个所述中子检测器中确定中子最小能量分布;以及 g)基于比较来自从相对光子束的不同角度观测所述容器的所述至少两个中子检测器的所述中子最小能量分布,进行如下确定:如果随着相对于光子束的角度的变化,所述最小能量分布的改变没有超过预定量,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果随着相对于光子束的角度的变化,所述最小能量分布的改变超过预定量,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    59: 权利要求46的方法,进一步包括: f)对于相对于所述光子束成至少一个新的角度来说 i)移动至少一个所述中子检测器,使得所述移动的中子检测器从相对于所述光子束的所述新角度观测所述容器; ii)用包括能量不大于所述第一预定截止光子能量的光子的光子束照亮所述容器的至少一部分; iii)在所述至少一个移动的中子检测器中检测由所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生的至少一些中子;以及 iv)针对多个所述测得的中子中的每一个,确定所述测得的中子的最小能量; g)对于相对于所述光子束的至少一些所述中子检测器观测角度,确定在预定的中子最小能量范围内在相对于光子束的所述角度在所述至少一个移动的中子检测器中的中子最小能量分布;以及 h)对于相对所述光子束的至少一些中子检测器观测角度,基于比较来自所述至少一个移动的中子检测器的所述中子最小能量分布,进行如下确定:如果随着相对于光子束的角 度的变化,所述最小能量分布的改变没有超过预定量,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果随着相对于光子束的角度的变化,所述最小能量分布的改变超过预定量,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    60: 权利要求46的方法,进一步包括: f)用包括能量不大于不同的预定截止光子能量的光子的至少一个额外的光子束照亮所述容器的至少一部分; g)在至少一个所述中子检测器中检测由所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生的至少一些中子; h)针对多个所述测得的中子中的每一个,确定所述测得的中子的最小能量; i)选择较高的中子能量区域,在较高的所述能量区域中对于任何所述预定的截止光子能量而言来自(γ,n)过程的中子在能量上是不允许的,以及选择较低的能量区域,在所述较低的能量区域中对于所有所述预定的截止光子能量而言来自(γ,n)过程的中子在能量上是允许的; j)对于所述预定的截止光子能量中的每一个,在至少两个预定的中子最小能量范围内确定所述中子检测器之一中的中子产量,其中至少一个预定的中子最小能量范围其中包括来自(γ,n)过程的中子在能量上是不允许的所述较高能量区域,并且其中至少一个其它的预定中子最小能量范围包括其中来自(γ,n)过程的中子在能量是允许的所述较低能量区域;以及 j)基于比较所述一个中子检测器中的所述确定的中子产量,其来自包含能量不大于所述不同的预定截止能量的光子的所述入射光子束,进行如下确认:如果,在其中来自(γ,n)过程的中子在能量上是不允许的较高预定中子最小能量范围中,在较低预定截止光子能量和所述较高预定截止光子能量之间的所述中子产量的增加与其中来自(γ,n)过程的中子在能量上是允许的所述较低预定中子最小能量范围中的中子产量增加相比并不显著,则确认包括存在的锕系元素的所述材料存在于容器内。
    61: 权利要求46的方法,进一步包括: f)用包括能量不大于不同的预定截止光子能量的光子的至少一个额外的光子束照亮所述容器的至少一部分; g)在至少一个所述中子检测器中检测由所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生的至少一些中子; h)针对多个所述测得的中子中的每一个,确定所述测得的中子的最小能量; i)针对至少两个所述预定的截止光子能量,确定所述中子检测器之一中的中子最小能量分布;以及 j)基于比较所述一个中子检测器中的所述确定的中子最小能量分布,其来自包含能量不大于所述不同的预定截止能量的光子的所述入射光子束,进行如下确认:如果随着截止光子能量的变化,所述中子最小能量分布改变不大于预定量,则确认包括存在的锕系元素的所述材料存在于容器内。
    62: 权利要求46的方法,进一步包括: f)用包括能量不大于不同的预定截止光子能量的光子的至少一个额外的光子束照亮所述容器的至少一部分; g)在至少一个所述中子检测器中检测由所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生的至少一些中子; h)针对多个所述测得的中子中的每一个,确定所述测得的中子的最小能量; i)针对所述预定的截止光子能量中的每一个,在多个预定的中子最小能量范围内确定所述中子检测器之一中的中子产量; j)针对所述预定的中子最小能量范围的每一个,确定中子产量曲线作为光子截止能量的函数;以及 k)基于比较所述一个中子检测器中针对所述预定中子最小能量范围的所述确定的中子产量曲线,进行如下确认:如果随着中子能量的变化,所述中子产量曲线改变不大于预定量,则确认包括锕系元素的所述材料存在于容器内。
    63: 检测容器内包括锕系元素的材料存在的方法,包括: a)定位所述容器,使得至少一个中子检测器观测所述容器; b)针对至少两个预定的截止光子能量,用光子束照射所述容器的至少一部分,所述光子束包括能量不大于所述预定截止光子能量的光子; c)针对至少两个所述预定的截止光子能量,在至少一个所述中子检测器中检测至少一些中子,所述中子通过所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生; d)针对至少两个所述预定的截止光子能量,对多个所述测得的中子中的每个确定所述测得中子的最小能量; e)选择较高的中子能量区域,在所述较高的能量区域中对于所述至少两个所述预定的截止光子能量的任何而言来自(γ,n)过程的中子在能量上是不允许的,以及选择较低的能量区域,在所述较低的能量区域中对于所述至少两个所述预定的截止光子能量的全部而言来自(γ,n)过程的中子在能量上是允许的; f)针对至少两个所述预定的截止光子能量,在至少两个预定的中子最小能量范围内确定所述中子检测器之一中的中子产量,其中至少一个预定的中子最小能量范围包括其中来自(γ,n)过程的中子在能量上是不允许的所述较高能量区域,并且其中至少一个其它的预定中子最小能量范围包括其中来自(γ,n)过程的中子在能量上是允许的所述较低能量区域;以及 g)基于比较所述一个中子检测器中的所述确定的中子产量,其来自包含能量不大于所述不同的预定截止能量的光子的所述入射光子束,来进行如下确认:如果,在其中来自(γ,n)过程的中子在能量上是不允许的较高预定中子最小能量范围中,在较低预定截止光子能量和所述较高预定截止光子能量之间的所述中子产量的增加与其中来自(γ,n)过程的中子在能量上是允许的所述较低预定中子最小能量范围中的中子产量增加相比并不显著,则确认包括存在的锕系元素的所述材料存在于容器内。
    64: 检测容器内包括锕系元素的材料存在的方法,包括: a)定位所述容器,使得至少一个中子检测器观测所述容器; b)针对至少两个预定的截止光子能量,用光子束照射所述容器的至少一部分,所述光子束包括能量不大于所述预定截止光子能量的光子; c)针对至少两个所述预定的截止光子能量,在至少一个所述中子检测器中检测至少一些中子,所述中子通过所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生; d)针对至少两个所述预定的截止光子能量,对多个所述测得的中子中的每个确定所述测得中子的最小能量; e)针对至少两个所述预定的截止光子能量,确定所述中子检测器之一中的中子最小能量分布;以及 f)基于比较所述一个中子检测器中的所述确定的中子最小能量分布,其来自包含能量不大于所述至少两个预定截止光子能量的光子的所述入射光子束,进行如下识别:如果随着截止光子能量的变化,所述中子最小能量分布改变不大于预定量,则识别存在于容器内的包括锕系元素的所述材料。
    65: 检测容器内包括锕系元素的材料存在的方法,包括: a)定位所述容器,使得至少一个中子检测器观测所述容器; b)针对至少两个预定的截止光子能量,用光子束照射所述容器的至少一部分,所述光子束包括能量不大于所述预定截止光子能量的光子; c)针对至少两个所述预定的截止光子能量,在至少一个所述中子检测器中检测至少一些中子,所述中子通过所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生; d)针对至少两个所述预定的截止光子能量,对多个所述测得的中子中的每个确定所述测得中子的最小能量; e)针对至少两个所述预定的截止光子能量,在多个预定的中子最小能量范围内确定所述中子检测器之一中的中子产量; f)对于所述预定的中子最小能量范围中的每个,确定中子产量曲线作为光子截止能量的函数;以及 g)基于针对所述预定中子最小能量范围比较所述一个中子检测器中内的所述确定的中子产量曲线,进行如下识别:如果随着中子能量的变化,所述中子产量曲线改变不大于预定量,则识别存在于所述容器内的包括锕系元素的所述材料。
    66: 检测容器内包括锕系元素的材料存在的方法,包括: a)定位所述容器,使得至少一个中子检测器以相对于所述光子束的第一角度观测所述容器; b)用光子束照射所述容器的至少一部分,所述光子束包括能量不大于第一预定截止光子能量的光子; c)在至少一个所述中子检测器中检测至少一些中子,所述中子通过所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生; d)确定至少一个所述测得中子的能量超出了预定值;以及 e)基于至少一个所述测得中子的能量超出了预定值的确定结果,识别存在于所述容器中的所述包含锕系元素的材料。
    67: 权利要求66的方法,其中所述预定值为所述第一预定截止光子能量与较低能量之间的差。
    68: 权利要求67的方法,其中所述较低能量为在特定材料中通过(□,n)过程产生中子的阈值能量。
    69: 权利要求67的方法,其中所述较低能量不大于在特定材料中通过(□,n)过程产生中子的阈值能量。
    70: 权利要求67的方法,其中所述较低能量为小于在特定材料中通过(□,n)过程产生中子的阈值能量的预定量。
    71: 权利要求67的方法,其中所述较低能量基于容器中可能存在的材料来确定。
    72: 权利要求67的方法,其中所述较低能量基于容器中存在的材料来确定。
    73: 权利要求66的方法,其中包括能量不大于所述第一预定截止光子能量的光子的所述光子束为通过所述第一预定截止能量的电子产生的韧致辐射光子束。
    74: 权利要求66的方法,其中包括能量不大于所述第一预定截止光子能量的光子的所述光子束为单色光子束。
    75: 权利要求66的方法,其中确定所述测得中子的至少之一的能量是否超过预定值包括分析沉积在至少一个所述中子检测器中的能量。
    76: 权利要求66的方法,其中所述容器的位置使得至少两个中子检测器观测所述容器,所述中子检测器从相对于所述光子束不同的角度来观测所述容器,并且中子在至少两个所述中子检测器中检测,进一步包括: f)在至少两个所述中子检测器中在预定的中子能量范围内确定总中子产量;以及 g)基于比较来自所述从相对光子束的不同角度观测所述容器的至少两个中子检测器的所述总中子产量,进行如下确定:如果总产量揭示中子各向同性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果总产量揭示中子各向异性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    77: 权利要求66的方法,进一步包括: f)对于相对于所述光子束成至少一个新的角度来说 i)移动至少一个所述中子检测器,使得所述移动的中子检测器从相对于所述光子束的所述新角度观测所述容器; ii)用包括能量不大于所述第一预定截止光子能量的光子的光子束照亮所述容器的至少一部分; iii)在所述至少一个移动的中子检测器中检测由所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生的至少一些中子;以及 iv)针对多个所述测得的中子中的每一个,确定所述测得的中子的能量; g)对于相对于所述光子束的至少一些所述中子检测器观测角度,在预定的中子能量范围内在相对于光子束的所述角度确定在所述至少一个移动的中子检测器中的总中子产量;以及 h)对于相对所述光子束的至少一些中子检测器观测角度,基于比较来自所述至少一个移动的中子检测器的所述总中子产量,进行如下确定:如果总产量揭示中子各向同性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为奇偶同位素;如果总产量揭示中子各向异性分布作为相对于光子束的角度的函数,则确定存在的锕系元素为偶偶同位素。
    78: 检测容器内包括锕系元素的材料存在的方法,包括: a)定位所述容器,使得至少一个中子检测器以相对于所述光子束的第一角度观测所述容器; b)用光子束照射所述容器的至少一部分,所述光子束包括能量不大于第一预定截止光 子能量的光子; c)在至少一个所述中子检测器中检测至少一些中子,所述中子通过所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生; d)确定已经检测到多于预定数量的中子的能量高于第一预定值; e)选择第二预定值; f)用光子束照射所述容器的至少一部分,所述光子束包括能量不大于第一预定截止光子能量的光子; g)在至少一个所述中子检测器中检测至少一些中子,所述中子通过所述光子束与所述容器的至少一部分之间的相互作用产生; h)基于至少一个所述测得中子的已确定的能量超出了第二预定值,识别存在于所述容器中的所述包含锕系元素的材料。

    说明书


    利用来自光子引发裂变的高能瞬发中子来识别核材料存在的非侵入性方法

        【相关申请的交叉引用】

        本申请要求以下优先权:(1)号为No.60/944009、名称为“Non-IntrusiveMethod?To?Identify?Presence?Of?Nuclear?Materials?Using?Energetic?Prompt?NeutronsFrom?Photon?Induced?Fission”的美国临时专利申请,其由Robert?J.Ledoux和William?Bertozzi提交于2007年6月14日,这里通过引用结合进来;和(2)号为No.60/971638、名称为“Non-Intrusive?Method?To?Identify?Presence?Of?NuclearMaterials?Using?Energetic?Prompt?Neutrons?From?Photon?Induced?Fission?AndNeutron-Induced?Fission”的美国临时专利申请,其由Robert?J.Ledoux和WilliamBertozzi提交于2007年9月12日,这里也通过引用结合进来。有关联邦资助的研究或开发的说明

        本发明是根据美国海军奖励得到政府的支持的No.N66001-07-D-0025合同/No.0001提货单做出的。政府对本发明拥有一定的权利。

        【发明领域】

        本发明涉及检测可裂变核材料的存在的系统和方法。所述系统和方法利用了由瞬发中子的能量和角度分布所提供的独特信号,所述瞬发中子在光子引发的核裂变中产生。它们可以用于检测锕系原子核的存在(特别是Z大于或等于89(即锕)的那些)。这些核中的一些被归为特种核材料(SNM),并可用在大规模杀伤性武器例如核炸药中以及脏弹(dirty?bomb)中。

        背景技术

        核炸药、可用于制造核炸药的材料、以及可用于制造脏弹的材料的违法地下运输构成了对世界和平和安全的主要危胁。这些材料可以被恐怖分子、潜在恐怖分子、恐怖分子支持者或其他人秘密地和走私地放在货物或其它运输物的各种容器中,包括普通行李、板条箱、车辆、货物容器等等。需要有效和高效率的方法和系统来对处于港口和其它货物和船运地点的这类违禁材料进行可靠的非侵入式检测,以便减少成功进行违法运输的风险,同时不会以破坏正常贸易的方式过度阻碍世界范围内的货物流通。因此,不会产生大量假阳性检测结果的检测方法尤为重要。

        无源检测方法,例如自然衰减的伽玛光谱法,被证明没有普遍的有效性,因为许多目的材料不具有高放射性而相对容易被屏蔽。X射线技术不易区分可裂变的核材料和可以在货物中合法存在的无害高Z材料例如铅或钨。

        除了无源检测之外,还曾采用、尝试或提出过利用采用探测光束的有源技术来进行检测的一些方法。

        在一种这类有源技术中,采用了外部中子源来检测可裂变核材料,这是通过裂变事件的中子倍增效应来检测所引发的裂变事件的。然而,这很难区分开探测中子和裂变引发的瞬发中子,特别是当探测中子的能量高得与来自裂变的较高能的瞬发中子一样时或者当涉及大型的容器时。另一种技术利用脉冲式外部中子源引发可裂变核材料中的裂变事件,然后通过裂变产物检测缓发中子发射,使用时间的延迟作为将测得的信号从探测中子中区分出来的手段。该缓发中子信号是弱得多的信号,故存在信噪比的问题。

        在另外的有源技术中,采用了伽马射线探测光束来引发核材料的光裂变(γ,f),其中检测来自裂变事件的中子。来自探测光束的散射伽马射线以及由探测光束引发的光中子(由伽马探测光束与可裂变和/或不可裂变的核之间的相互作用引起的直接(γ,n)事件)造成了检测来自裂变事件的瞬发中子的噪声,造成了不可靠或模糊的检测结果。光裂变还由裂变碎片导致了产生缓发中子,但与中子引发的裂变相比,所述缓发中子信号较弱,而检测存在噪声的问题。

        因此本发明的一个目的是提供改进的系统和方法,用于以降低的错误率和模糊性检测物品中可裂变地核材料。

        本发明的另一个目的是提供改进的系统和方法,用于在引起噪声的因素存在的情况下通过提高瞬发裂变中子的区分度(discrimination)来检测违禁的可裂变核材料。

        本发明的另一个目的是提供系统和方法,用于分析瞬发裂变中子的能量或能量谱以检测物品中可裂变核材料的存在。

        本发明还有另一个目的是提供系统和方法,用于检测瞬发裂变中子的角度分布以检测物品中可裂变核材料的存在。

        本发明还有另一个目的是提供系统和方法,利用瞬发裂变中子的角度分布和瞬发裂变中子的能量分布来检测物品中可裂变核材料的存在。

        上面列出的目的以及本发明进一步的和其它的目的和优点通过下面描述的实施方式来实现。

        【发明内容】

        瞬发中子是在裂变过程之后立即发射出的中子;其特征在于从裂变碎片中发射出来,所述发射通常是在所述碎片达到其最终速度的大部分之后发生,并由此可以被称为完全加速的碎片。此最终速度通过裂变碎片间的强大的库仑斥力赋予所述碎片。在断裂点处(即恰好这些碎片分裂开时)一些中子从光子引发的裂变中产生出来,但这些中子被证明与在飞行中的碎片发射出来的中子相比数量上很少?;褂幸恍┗悍⒅凶釉谝恍┧槠摩滤ケ渲蟛?,但本文中不考虑这些中子,因为它们仅占瞬间发射出的中子的很小百分比并因而在本文所公开的方法实践具有可忽略不计的影响。利用来自光裂变的瞬发中子作为检测技术的优点之一是,它们以缓发中子产量的大约200倍产生;这就能够得到较高的检测可能性,更低的假阳性率和更快的扫描时间。

        本文所描述的技术和方法利用了所产生的中子在速度(和能量)上的提升,因为所述中子是从通过(□,f)过程产生的快速移动的核碎片中发射出来。这种提升把所述中子放在了允许清楚地确定可裂变核的存在的能量范围内;该能量范围不可能来源于由其它不可裂变的核所发生的其它过程,如通过光子(γ,n)直接产生的中子。另一些感兴趣的特征是,在光裂变过程中所述碎片的核依赖性角度分布以及在不同角度的瞬发中子能量分布。因此光子引发裂变的标志是独特的。而且,通过控制用于引起裂变的入射光子能量,来自于其它核的(γ,n)过程可能降低重要程度或作为背景而消除。由于光子引发的裂变过程普遍存在于锕系元素中,故这些方法可确认容器内的可裂变核材料,特别是Z大于或等于89(即锕)的那些。

        本发明描述了通过测量瞬发中子的能量和检查瞬发中子的能谱来检测易裂变物质的系统和方法。源自光裂变的瞬发中子的能谱很容易与源自其它可能出现在不易裂变材料如(γ,n)的过程的中子能谱区分开。能量大于E=Eb-Eth的中子,其中Eth是在相关的其它不易裂变重元素中的(γ,n)过程的阈值,Eb是入射韧致辐射光子束的终点能量(或者入射单色光子束的能量),清楚地指示了锕系元素区域中的易裂变材料的存在。没有其它的光子引发过程能够产生这样能量的中子。

        这些中子的角度分布反映了产生其的裂变碎片的角度分布:明显偏离各向同性的分布指示了偶偶核的存在,而几乎各向同性的分布指示了奇偶或偶奇易裂变物种的存在。(下文中为简化起见,“奇偶”表示具有奇数核子的核,无论是质子还是中子,并因而在下文中该术语包括“奇偶”核和“偶奇”核。)

        比较在不同角度的瞬发中子的能量分布还提供了有关物种存在的可能有用信息。如果在不同的角度能量分布几乎相同,则发生裂变的同位素是奇偶型;如果在不同角度能量分布明显不同,则发生光裂变的同位素是偶偶型。

        光裂变的另一个标志是,在不同中子能量处的瞬发中子的相对产量(即产量曲线的形状)不依赖于入射光子的能量。这与其它的过程例如(γ,n)形成了对比,所述其它过程在不同能量处中子的相对产量强烈依赖于入射光子的能量,尤其是在可能的最高能量处。

        为了更好地理解本发明及其其它的和进一步的目的,参考附图和详细说明。

        【附图说明】

        图1A和1B分别表示了裂变碎片质量产量和相关的平均中子多重性,作为235U和239Pu的中子引发的裂变所产生的裂变碎片质量的函数;

        图2代表232Th的光裂变的中子飞行时间(和能量)谱;

        图3表示由金的(γ,n)过程产生的光中子的能谱,其中韧致辐射光子束为14.3和15.8Mev终点能量;

        图4A和4B分别表示光裂变产量作为235U和239Pu中韧致辐射终点能量的函数;

        图5A,5B,5C和5D分别显示了239Pu的(γ,总),(γ,n),(γ,2n)和(γ,f)过程的光子引发反应的横截面;

        图6表示系统一种实施方案的可能设置的设计示意图,所述系统用于通过分析来自于光子引发裂变的高能瞬发中子来检测容器中的易裂变物质。

        图7表示来自232Th和238U的光裂变的裂变碎片所发射出的中子的角度分布;

        图8A和8B是表示用于检测由裂变碎片产生的中子的两个光束位置的示意图,所述裂变碎片来自于光子引发裂变,其中探测器相对于光束的角度进行了互换。

        图9表示了来自于232Th和238U的光裂变的裂变碎片角度分布;以及

        图10表示了238U的(n,f)的横截面。

        图11表示了脉冲形状区分的能谱,其来自于用9MeV韧致辐射光束照射的HEU和Pb靶,表明光子与中子信号的分离,以及瞬发光裂变中子与Pb中(γ,n)过程所产生的中子的分离。

        优选实施方案的详细说明

        裂变是复杂的过程,其一直是许多理论和试验研究的课题。(主要参见Bohr和Mottelson,″Nuclear?Structure″,1998,World?Scientific?Publishing?Co.Pte.Ltd.Singapore,和其中的参考文献)。然而,普通经验所确立的特性暗示了所述过程具有不依赖于核或起始粒子的某些普遍规律。

        当裂变为自发时,其通过低能中子或通过(γ,f)过程阈值附近的光子吸收所启动,裂变的优势模式是原子核分裂成不等质量的两个碎片。这些不等的质量对于235U来说处于核子数95和140的区域,对其它可裂变核来说处于类似的区域。所述碎片通过其电荷(Z1,Z2)的强大库仑斥力加速并获得大约160到180MeV范围的动能,这取决于发生裂变的核。大部分的这种库仑能量是在大约10-22秒内当所述碎片分开数个核直径时获得的。最终的碎片速度对于轻的碎片来说对应于大约1MeV/核子的动能,对于重的碎片来说对应于大约0.5MeV/核子的动能。所述迅速移动的碎片通常受到激发并发射出瞬发中子,大多是在其获得了可来自库仑斥力的大部分动能之后。

        图1A和1B表示了J.Terrell对235U和239Pu的中子引发裂变的分析(″Neutron?Yields?from?Individual?Fission?Fragments″,Physical?Review,Vol.127,Number?3,August?1,1962,880-904页,以及其中的参考文献)。这些附图(对应于Terrell的图8和9来说)显示了来自于中子引发裂变的不对称碎片质量分布,以及从重和轻的碎片发射出的中子的平均数目,作为235U和239Pu的碎片质量的函数(图1A和1B中的符号v,vL和vH分别表示发射出的中子的平均总数,来自于轻碎片的平均中子和来自于重碎片的平均中子,其作为碎片质量的函数。)

        对于233U的中子引发裂变和252Cf的自发裂变,Terrell获得了类似的结果,表明了所述现象的普遍性。

        许多作者研究了252Cf的自发裂变,包括Harry?R.Bowman,Stanley?G.Thompson,J.C.D.Milton和J.Swiatecki:″Velocity?and?Angular?Distributions?ofPrompt?Neutrons?from?Spontaneous?Fission?Of?252Cf″,Phys.Rev.,卷126,第6期,6月15,1962,2120-2136页和其中的参考文献。这些作者们通过直接测量能够证明:a)“(来自252Cf自发裂变的中子的)所述角度分布在裂变碎片的方向上形成强烈的峰值。在轻碎片方向上、重碎片方向上和直角上的相对强度分别是约9,5和1”;并且b)“所述能量和角度分布的广泛特征通过假设来自于完全加速的碎片的中子的各向同性蒸发(在碎片坐标系中)而得以重现”。

        尽管并非Terrell和Bowman工作的唯一重要结论,但这里所引用和讨论的那些结论支持了自发裂变或低能量下裂变的普遍性描述,这对于本文中的讨论很重要。

        H.W.Schmitt,J.H.Neiler和F.J.Walter的工作″Fragment?EnergyCorrelation?Measurements?for?252Cf?Spontaneous?Fission?and?235U?Thermal-NeutronFission″,Phys.Rev.卷141,第3期,1966年1月,1146-1160页,提供了上述特征的其它证据。他们发现对于252Ca自发裂变来说,中子发射之前平均总碎片动能为186.5±1.2MeV,而对于235U的中子引发裂变来说,为171.9±1.4MeV。这些碎片基本上所有的动能都可来自所述碎片相互之间的库仑斥力。

        从通过光子引发裂变形成的裂变碎片出来的中子的能量分布和角度分布都是相关的。C.P.Sargent,W.Bertozzi,P.T.Demos,J.L.Matthews和W.Turchinetz,″Prompt?Neutrons?from?Thorium?Photofission″,Physical?Review,卷137,期IB,1月11,1965,B89-B101页中报道的232Th的情况具有说明性。这些作者在成对的角度上同时测量了来自232Th光裂变的中子谱,相对于光子束成157和77度,以及相对于光子束成130和50度。他们利用的韧致辐射光子来自具有6.75和7.75MeV动能的电子。在他们的分析中几个从属事实非常重要:1)232Th的(γ,n)阈值能量是6.438MeV。因此,在电子束的能量分别为6.75MeV和7.75MeV时,(γ,n)过程不能贡献能量大于0.31MeV和1.31MeV的中子。由于这些中子能量只能在各自的韧致辐射谱的终点处获得,故对于来自(γ,n)过程的中子谱来说没有重要的贡献,甚至在中子能量分别明显低于0.31MeV或1.31MeV的情况下也没有;以及2)来自232Th的光裂变、(γ,f),的裂变碎片已知具有强烈的各向异性角度分布。该分布在与入射光子束成90度时达到峰值,且该碎片角度分布定为I=a+b?sin2(θ),其中θ是入射光子束方向和裂变碎片方向之间的夹角。在本文所讨论的能量中,b/a比率远远大于1,甚至在入射光子能量高于9MeV时仍保持大于1(E.J.Winhold,P.T.Demos和I.Halpem,Physical?Review,87,1139(1952):;以及A.P.Berg,R.M.Bartholomew,F.Brown,L.Katz和S.B.Kowalski,CanadianJournal?of?Physics,37,1418(1959))。该碎片的方向性提供了来自于速度提升的中子角度和中子能量间的相关性,如果所述瞬发中子从具有其完全动能的碎片发射的话。

        来自232Th(γ,f)的中子能谱分析结果与Sargent等人的以下结论是一致的:1)从非完全加速的碎片发出的瞬发中子分数为0.07±0.09;2)所述瞬发中子的角度分布和能量分布与各向同性的中子蒸发是一致的,所述各向同性的中子蒸发具有在移动碎片的质量坐标系中心的热型谱,其中所述碎片以其完全加速的速度运动;以及3)在质量坐标系中心的中子能谱特征在于,平均能量为1.14±0.06MeV。没有明显的温度成分高达或高于该平均能量。(也就是说,随后的Maxwellian能量分布,如果应用于实验室坐标系中的、且没有来自光裂变碎片运动的动力学提升的处于静止的碎片,将不能产生许多高能的中子,所述高能中子是通过向碎片坐标系中所发射的中子施加动力学提升而得到的。)

        图7表示对于232Th和238U而言,来自于(γ,f)过程所产生的裂变碎片的瞬发中子的角度分布,其中入射光子能量在(γ,f)过程的阈值附近。其摘自S.Nair,D.B.Gayther,B.H.Patrick和E.M.Bowey,Journal?of?Physics,G:Nuclear?Physics,卷3,No.7,1977(pp?1965-1978),作者确证了Sargent等人有关232Th的结果,并将该结果扩展到238U的光裂变。这些角度分布是通过检测来自238U的中子引发裂变的碎片的检测器而测得的。因此,它们是光裂变碎片所发射出的所有中子能量的平均值,所述碎片旋绕在(n,f)横截面上。这强调在大约1MeV之上的中子,其中(n,f)横截面变大(参见图10,其表示了238U的(n,f)横截面。图10由National?Nuclear?Data?Center,Brookhaven?NationalLaboratory,ENDF,Evaluated?Nuclear(reaction)Data?File所重现)。

        图9也来自于Nair,其表示用和图7相同的入射光子能量,来自于232Th和238U的光裂变碎片的角度分布。在裂变碎片运动方向上来自于光裂变碎片的中子峰值通过图7与图9的视觉比较而清楚地示出。(中子角度分布形状的含义将在下面讨论。)

        图2来自于Sargent等人的参考文献的图4,其示出了在相对于入射7.75MeV的光子束方向成77度角时,来自232Th光裂变的瞬发中子的飞行时间(能量)谱。图2上部是瞬发中子能量标尺。

        图2中的中子谱的一个显著的特征是与具有大约1.14MeV平均能量的蒸发(热)谱相比,存在着非常高能量的中子,如Sargent等人所报道,该报道是其对来自于232Th的光子引发裂变的瞬发中子的能量和角度分布的分析。例如,在6MeV处的强度就相当大。大量高能中子的存在部分源于通过运动碎片传递给中子的明显速度提升。例如,如果碎片的速度对应于1MeV/核子的动能,则在碎片运动方向上从质量坐标系的碎片中心发射出的1MeV的中子将是在实验室坐标系中速度的2倍且具有4MeV动能。这是因为在实验室坐标系中的中子速度是碎片速度与碎片坐标系中中子速度的总和。由于该实例中所考虑的能量和方向是相同的,故速度加倍。动能随着速度的平方而变化。因而在碎片坐标系中具有1MeV的中子在实验室坐标系中为4MeV。更普遍地说,如果碎片速度是V,碎片坐标中同方向中子速度是v,则在实验室坐标中的中子速度为V+v。在实验室坐标中的中子动能为E=(m/2)(V2+2Vv+v2)或E=Ef(1+2(En/Ef)0.5+En/Ef),其中En是碎片坐标中的中子动能,Ef是碎片中一个核子的动能。因此,在上述实例中,在质量坐标系的碎片中心在碎片运动方向上以2MeV发射出的中子将具有5.8MeV实验室动能。

        在直接(γ,n)中子产生过程中能量守恒不允许具有高于E=Eb-Eth的中子产生,其中Eb是入射光子束的韧致辐射终点能量,Eth是从其他相关重元素中产生中子的(γ,n)阈值能量。因此,检测具有高于该值能量的中子是裂变存在的可靠证据。

        由于232Th的(γ,n)阈值是6.438MeV,6MeV的中子能量不可能来自于(γ,n),除非韧致辐射终点到达12.438MeV。而且,即使当韧致辐射终点到达该值时,来自(γ,n)过程的中子数量也很少,因为它们只能够通过在韧致辐射终点能量处的一些光子产生。

        这些能量考虑因素以类似的方式应用于所有的可裂变核材料,特别是Z≥89的那些,即锕系元素区域。此外,并且最重要的是,大多数重元素如Bi、Pb、W、Ta等,具有(γ,n)阈值在6.5MeV或之上的同位素。因此,找出能量高于E=Eb-Eth的中子,其中Eth在6MeV范围内,就成为针对易裂变材料存在性的非??煽康牟馐?。

        另一个用以证实被测中子来自于光分裂的测试是,能量高于E=Eb-Eth的中子产量对入射光子能量适度增长的灵敏度。特别地,测量所述产量相对于低于这个能量的中子产量的增长是很重要的。当中子从光裂变的裂变碎片中发射出来时,所述中子产量的增长或相对增长是不明显的,因为独立于精确入射光子能量的能量考虑因素,例如来自裂变碎片运动的速度提升,是决定所述产量的最重要因素。

        图3表示了金的(γ,n)中子谱。(它是W.Bertozzi,F.R.Paolini和C.P.Sargent,″Time-of-Flight?Measurements?of?Photoneutron?Energy?Spectra″,PhysicalReview,119,790(1958)中的图2)。图3表示了(γ,n)过程的本质是如何造成该过程所产生的中子大部分集中于低能量的。图3中的数据进行了归一化处理以产生与来自中子能量En>1.4MeV的2D参考靶中(γ,n)过程的相同数量的中子。因为光子和中子能量特别地与2D中的(γ,n)过程相关,该归一化处理允许形成差异光子谱(高能(15.8MeV)韧致辐射谱和低能(14.3MeV)韧致辐射谱之间的差异),其对应于中心位于大约14.5MeV并具有大约2MeV的半宽的光子宽波带。也就是说,由图3中的两个能量下的中子能谱间差异所产生的中子能谱对应于由上述中心位于大约14.5MeV的能带中的光子所产生的光中子。图3证实了由于(γ,n)过程所产生的中子大部分集中在低能量,因此来自(γ,n)过程的中子造成的光裂变谱污染在较高的中子能量处预计是很低的,即使从能量低于由严格应用能量守恒所建立的E=Eb-Eth的截止值的中子角度看也如此。

        图3中的光谱表明了来自(γ,n)过程的中子随增加的中子能量而具有迅速、几乎指数性的减少,这与图2中所示的在7.75MeV韧致辐射能量来自232Th的光裂变(γ,f)过程的中子谱形成对比。对于金来说,如果韧致辐射谱终点为7.75MeV,则来自(γ,n)的中子谱不存在,因为(γ,n)阈值Eth高于8MeV。即使具有12MeV的韧致辐射终点,来自金(γ,n)的最高中子能量也小于4MeV,而在这一能量范围来自(γ,n)的中子不多,因为其对应于韧致辐射谱终点处的光子。对于中子能量高于6MeV的情况来说,来自于232Th的(γ,f)的中子产量在12MeV韧致辐射处非常大。

        表1给出了锕系元素区域中一些典型的核的(γ,f)和(γ,n)阈值(单位:MeV)。所述(γ,f)阈值来自于H.W.Koch,″Experimental?Photo-FissionThresholds?in?235U,238U,233U,239Pu?and?232Th″,Physical?Review,77,329-336(1950)?;沽谐隽?07Pb的(γ,n)阈值,因为它是天然铅材料的成分,所述天然铅材料可用作对抗易裂变材料检测的屏蔽罩。所述表格表示了对于韧致辐射终点能量高达11MeV时的可获自(γ,n)过程的最大中子能量,包括对于207Pb时。该能量可与图3中的光谱相比较,示出了许多能量超过6MeV的中子,其来自于采用仅7.75MeV的韧致辐射的232Th光裂变。甚至在11MeV的韧致辐射能量时,没有高于5.7MeV的中子来自任何核,且没有高于4.26MeV的中子来自207Pb,并且处于或接近于这些能量的中子数量非常少,因为它们对应于处于或接近于所述韧致辐射谱终点能量的光子。应当注意的是,随着韧致辐射的终点能量从6增加至11MeV,(γ,f)过程的重要性也增加,因为横截面随着能量增加,并且因为在较低光子能量(在该处(γ,f)横截面相当大)的韧致辐射谱中的光子数量增加。所述(γ,f)阈值几乎全都低于(γ,n)阈值,并且全都显著低于207Pb的(γ,n)阈值。表1.选定韧致辐射能量和同位素的来自(γ,n)的最大中子能量

        表1中的数据表明了高于特定能量的中子产量是如何随着韧致辐射终点能量的改变而改变的。对于207Pb,表1显示,直到电子束能量超过大约11MeV才有高于4MeV的中子产量。(对于金,正如上面有关图3中所讨论的,电子束能量必须超过12MeV以提供高于4MeV的中子产量。)然而,对于锕系元素来说,高于4MeV的中子产量会是从6MeV电子束能量以下开始的电子束能量的强增加函数,这是因为低(γ,f)阈值使得光裂变过程随着越来越多的光子可用于光裂变而迅速增长,这些所有光子都形成独立于光子能量的中子谱,并且强烈聚集在选定的中子能量区域(例如,大于4MeV)。表1所示的锕系元素实例或其它重金属如207Pb中的(γ,n)过程直到电子束能量相当高于10MeV才是总产量的主要成分,这是因为所述过程只涉及韧致辐射终点Eb附近的光子。

        另一点如下面进一步讨论,是在大多数的光子能量范围内,光裂变横截面明显大于(γ,n)横截面,如图5B和5D所示。大多数情况下,来自(γ,f)的中子仅仅基于横截面就显著于(γ,n),姑且不论本文所讨论的其它特征。

        表1中的数据是基于具有特定终点能量的连续韧致辐射谱,但类似的讨论也适用于单色光子束。对于不同的光子能量来说,来自光裂变的中子能谱保持了对中子能量的相同依赖,但对于单色光子来说,总产量仅受到特定光子能量处(γ,f)横截面的调控。对比之下,从韧致辐射束产生的中子的总产量则受到具有所述(γ,f)横截面的韧致辐射谱的卷积的调控。对于单色入射光子来说,受能量守恒因素规定的来自(γ,n)的最大中子能量就刚好遵循着上述讨论内容。

        非4MeV的其它能量可用作定义可裂变核材料存在的“触发值”或截止值。也就是说,对于任何特定的电子束能量来说,可以选择“触发值”能量,使得能量高于该“触发值”的中子的存在在能量上对于相关的重材料如207Pb的(γ,n)过程来说是不可能的,因而任何检测到的中子只可能来源于锕系元素中的光裂变过程。图2中的数据显示,有许多来自(γ,f)过程的高于6MeV的中子,因而6MeV可以选作为“触发值”能量。也可以有其它的“触发值”能量;所述选择依赖于一些因素,如期望的检测速度、允许的假阳性度,以及期望的检测效率。

        此外,所述选择也会受到容器中货物的特定性质的制约;如果所述货物由具有高(γ,n)阈值的材料制成,如铜、铝、钢或氧,则可以选择较低的“触发值”能量。

        相反,天然含有少量氘的含氢物质可能由于其(γ,n)过程的低阈值2.2MeV而受到关注。然而,由于能量释放几乎均等地被中子和质子享有,故最大中子能量设为E=(Eb-2.2)/2MeV,并且对于电子束能量为10MeV的实例来说,最大中子能量大约为3.9MeV,而9.2MeV的光子导致3.5MeV的中子能量。因而,较高的“触发值”可能是合适的。

        更重要的关注点可能是9Be。它具有低(γ,n)阈值,仅为大约1.6MeV,并且所述能量共享导致具有大部分可用能量E=(8/9)(Eb-1.6)MeV的中子是可用的最大中子能量。对Eb=10MeV的实例来说,最大中子能量为大约7.5MeV。该高能量可能呈现出严重的背景。然而,利用(γ,n)过程遵循能量守恒的严格规律,人们能够区分来自锕系元素光裂变的中子和来自9Be的(γ,n)过程的中子,因此E=(8/9)(Eb-1.6)定义了可能的最大中子能量,而所述光裂变过程具有很大程度上独立于所讨论的能量区域中的光子能量的中子能谱,Eb小于大约15MeV。因此,能量大于E=(8/9)(Eb-1.6)的中子,其中Eb是光子束能量或韧致辐射终点能量,是易裂变材料的证据。在Eb=10MeV时,高于大约7.5MeV的中子的存在会是证据。在Eb=8MeV时,高于5.7MeV的中子的存在会是证据。同样,瞬发中子能谱是独立于光子能量的,而9Be中(γ,n)过程产生强烈依赖于光子能量的中子谱。该差异也允许区分可裂变元素的存在和9Be的存在。

        然而,如果担心这种测量可能不可靠的话,可以采取进一步的步骤。在Eb=10MeV进行时,来自铍(γ,n)的最大中子能量为大约7.5MeV。通过减少所述光子束能量至例如8MeV,来自铍(γ,n)的最大能量中子将减少到5.6MeV,但光裂变中子能量分布将不会改变。如果有高于5.6MeV的中子,则所述过程毋庸置疑是光子引发的裂变。如果对中子来自裂变仍有一些怀疑的话,可以进一步减少光子束能量。例如在5MeV光子或韧致辐射能量,将几乎没有或没有光裂变。但在上述光子束能量,铍(γ,n)产生高达大约3MeV的中子。这些中子的存在将清楚地确立铍的存在。从这些中子的产量,可以计算出当使用较高的光子能量时铍对较高中子能量的贡献,来自铍的中子能量分布被去掉,而剩下的光谱用于分析锕系元素中子的存在。

        幸运地是,9Be几乎是该种类中唯一的。有一些其它核具有较低的(γ,n)阈值;其中6Li、13C、17O和149Sm是值得注意的,其阈值分别为5.66,4.95,4.14和5.87MeV。上面列出的相同过程可用以去除这些物质以避免作为遮掩可裂变核的贡献物的来源。

        图4A和4B,来自H.W.Koch,″Experimental?Photo-Fission?Thresholds?in235U,238U,233U,239Pu?and?232Th″,Physical?Review,77,329-336(1950)的图4和5,显示了两种同位素235U(图4A)和239Pu(图4B)的裂变碎片产量作为韧致辐射终点能量(“峰谱能量”)的函数。这些说明了裂变产量的迅速增加是用于产生韧致辐射的电子束能量的函数。图4A还表明,在富铀样品中235U的贡献显著于杂质238U的贡献。这些数据是基于实际光裂变碎片的检测。瞬发中子的产量大致遵循相同的产量曲线,因为在光裂变过程中的中子发射不依赖于目的区域中的光子能量,所述目的区域低于大约12到13MeV光子能量的巨电偶极共振。所述来自于碎片的中子发射通过之前讨论的将裂变核分裂成两个碎片的复杂的动力学来确定。

        结果,作为韧致辐射能量的函数的给定能量的瞬发中子产量曲线的形状基本上独立于中子能量。也就是说,6MeV中子的产量曲线与2MeV、3MeV、4MeV等等的中子的产量曲线具有对韧致辐射终点能量相同的依赖度。这与来自(γ,n)过程的中子产量曲线形成对比,(γ,n)过程起始于通过Eb=Eth+En给定的终点能量,其中En是期望的中子能量。因而它们和(γ,n)阈值能量Eth偏离所述中子能量,这与(γ,f)的产量曲线形成对比。这强有力地证明检测到的中子来自于光裂变而不是(γ,n)。

        图5A到5D显示了239Pu的光子引发反应的横截面。它们来自B.L.Berman,J.T.Caldwell,E.J.Dowdy,S.S.Dietrich,P.Meyer和R.A.Alvarez,″Photofission?and?photoneutron?cross?sections?and?photofission?neutron?multiplicitiesfor?233U,234U,237Np?and?239Pu″,Physical?Review?C卷34,第6期,2201-2214(1986)的图7。图5A表示总光子吸收横截面。图5B表示(γ,1n)的部分横截面,是单中子发射。图5C表示(γ,2n)的部分横截面,是双中子发射。图5D表示(γ,f)的部分横截面,光裂变。

        光裂变横截面(图5D)在大部分的光子能量范围内显著地大于(γ,n)横截面(图5B)。这表明锕系元素具有的共同特征是,从(γ,n)阈值起遍及大部分的巨电偶极共振范围内,光裂变都是强烈且通常很占显著地位的过程。假设瞬发中子从大约2.5到大于3的光裂变范围倍增,来自光裂变过程的瞬发中子在所有的中子能量下都将大大显著于入射光子反应通道。该特征有助于确认锕系可裂变材料的存在,而无论是否可能存在其它的重元素例如Pb,甚至不用考虑中子能量方面的能量守恒制约。大多数较重核中的光子吸收过程中占优势的是中子发射,并且总产量受到巨偶极求和规则控制,即积分横截面和NZ/A成比例,它是缓慢变化的函数。由于能量中巨偶极共振的位点也是核质量的缓慢变化的函数,故来自光裂变过程的、2.5至3倍于预期来自(γ,n)的中子产量的瞬发中子产量是光裂变的信号,因为对给定量的重材料来说,单独的(γ,f)中子产量将产生比(γ,n)明显要高的光子吸收横截面。也就是说,测量每个重核每个光子的中子产量允许确认光裂变的存在,如果重材料的存在量可以通过其它方法测量局部密度来确定的话。

        瞬发中子的角度分布以及中子能量与碎片角度分布的关系也是易裂变材料和光裂变过程的标识,并可以用在检测方案中。

        所述碎片的角度分布对于奇偶核来说不如偶偶核那么显著,部分是因为自旋态的高度密集。奇偶核的角度分布几乎是各向同性的,如L.P.Geraldo的“Angular?Distribution?of?the?Photofission?Fragments?of?237Np?at?Threshold?Energy”,Journal?of?Physics?G:Nuclear?Physics,121423-1431(1986)中所报道,其中显示角度各向异性在5.6MeV时大约为10%,在6.61MeV时为6%,而在8.61MeV时为~2%。这些结果与来自偶偶核光裂变的碎片所表现出的大各向异性形成强烈对比,所述偶偶核光裂变的碎片自旋基态为零。因此,一旦检测到锕系元素的光裂变,近乎各项同性的中子角度分布就是奇偶易裂变物种如235U、237Np和239Pu的标志。强烈各向异性的中子角度分布则指示了偶偶易裂变物种,如232Th和238U。(例如参见S.Nair,D.B.Gayther,B.H.Patrick和E.M.Bowey,Journal?ofPhysics,G:Nuclear?Physics,Vol?3,No.7,1977(pp1965-1978)以及其中的参考文献。)

        所述中子在各种角度上的能量分布本身就是所述碎片各向异性的标志,从而也是核类型的标志。该事实用于Sargent等人工作的分析中,如上面所讨论。如果所述碎片是强各向异性的(偶偶易裂变物种),则中子的能谱将在与光子束成不同方向时表现出明显的区别。例如,如果所述碎片在与光子束成90度时有强烈的峰值,则由于碎片速度的原因,在90度时的中子谱会与相对于光子束成接近180度或0度时的中子谱表现出不同程度的速度提升。然而,如果所述碎片角度分布为近乎各向同性的(奇偶易裂变物种),则所述中子的能量分布将在所有角度上都相同。在两种情况下,较高的能量都反映了所述碎片的运动,但在不同角度的中子能量分布对比将反映出所述碎片随角度的各向异性度。

        所述碎片的角度分布决定着所述中子的角度分布和所述中子的能量分布作为角度的函数。E.J.Winhold,P.T.Demos和I.Halpern,Physical?Review,87,1139(1952);E.J.Winhold和I.Halpern,Physical?Review,103,990-1000(1956);以及A.P.Berg,R.M.Bartholomew,F.Brown,L.Katz和S.B.Kowalski,Canadian?Journal?of?Physics,37,1418(1959)中的结果表示了多种同位素的碎片角度分布。以下提供了来自Berg等人的摘要,作为上述论文中的数据概述:测量了光裂变碎片相对于光子束的角度分布作为6-20Mev范围内最大韧致辐射能量的函数。在所有被研究的能量,核素U-233、U-235、Np-237、Pu-239和Am-241具有各向同性的分布。核素Th-232、U-234、U-236、U-238和Pu-240具有各向异性的分布,其可以描述为以下形式的方程式:W(Θ)=1+αsin2Θ,其中Θ为碎片与光束之间的角度。所述各项异性程度在低能量时大,随着能量的增加而迅速减小。在给定能量,Th-232具有最大的各向异性程度,而Pu-240的最小。

        所述摘要中引用的结果与本文所涉及的其它论文中的结果基本一致。此外,Berg等人的结果的一些更多细节列于两个表中,该表格从所述参考文献中摘出:角度分布比率,于90°计数/于0°计数**所述比率为在90°观察到的每单位X射线剂量的计数除以相同剂量在0°观察到的计数。E0是所述韧致辐射谱在百万电子伏下的最大能量。E0=6.5Mev时45°/0°的比率为1.09±0.23表2:角度分布(来自Berg等人的表I)W(θ)=1+αsin2θ中α的校正值*这些值(其并不不同于零)没有针对各向同性组合物进行校正。表3:α的校正的值(来自Berg等人的表VI)

        表2(“角度分布...”)表明,对所示的奇偶同位素的光裂变来说,在表格中所示的韧致辐射终点的能量范围内,90度事件与0度事件的比率大约等于1。因此,先前所讨论的b/a的值为0,且所述角度分布为各向同性的。表3(“校正的值...”)表明,拟合成所述表格中显示的角度分布的归一化形式也是韧致辐射终点的函数。所得到的角度分布是明显各向异性的。在本文参考文献中涉及的这些数据、引用摘要以及理论基础中,普遍规律是准确的;奇偶锕系元素发生各向同性的光裂变,而偶偶锕系元素发生各向异性的光裂变。特别地,所述结果通过实验验证了最容易被用于核武器的同位素,235U、239Pu和237Np。这些物质将发生各向同性的光裂变,这与238U、232Th以及其它被测的偶偶同位素形成对比。

        图9表示了来自偶偶核光裂变的裂变碎片角度分布,图7表示了从这些碎片发射出的瞬发中子的角度分布,这两幅图证实了在相对于光子束90度时所述碎片和中子角度分布通常出现峰值。在150度时所述中子产量比90度时大约少20%,并且所述分布的形状以90度为轴大致对称。所述碎片角度分布表明了如预期那样具有较大的各向异性度,因为所述中子分布是通过叠加所述碎片质心中的各向同性角度分布和所述碎片在角度方面的分布来形成的。与这些分布相比,可以用于制造武器的同位素235U、239Pu和237Np(未示出)表现出光裂变碎片的大多数各向同性角度分布(如上面所讨论),并且所得到的所述瞬发中子的角度分布也是各向同性的。

        用于实施本文所述的方法的检测器系统的一种实施方案需要光子源,所述光子源具有能够超过(γ,f)阈值的能量,以及中子检测器。所述光子可以是单色的,可以由能够变化能量的源产生,或者可以分布在宽的能量范围内(所述能量范围能够良好确定最高能量),例如根据上面所讨论的电子生成的韧致辐射谱。当使用加速器来提供所述电子时,所述电子加速器可以具有将电子束的能量从低于裂变位垒(阈值)变到较高能量的能力,以便开发上面所讨论的所有模态。

        能够区分中子能量的任何中子检测器都是合适的。利用了能量沉积的检测器,例如来自氢闪烁体中中子弹性散射的反冲质子,就是可能的选择。测量中子引发的反应能量的检测器是另一种可能的选择。通过飞行时间测量中子能量的方法也是合适的检测方案。这种检测方法所需的能量分辨率必须足够排除来自非锕系元素材料中(γ,n)过程的中子,如上面所讨论。

        因为非锕系元素(γ,n)的污染可以通过选择入射光子的能量(或韧致辐射终点)或被测的中子能量来控制并较少地表现出来,故所需的分辨率是许多测量技术所许可的。所需的特定分辨率可能详细取决于所考虑的特殊情况,但在4到6MeV的中子能量处大约0.5-0.75MeV的分辨率可能就足够了。

        在一些实施方案中,可能需要以可能的光子通量来操作的检测方法,这些光子通过从被研究材料中沿着检测器方向散射出来而产生。光子还可以由天然辐射和宇宙射线产生。因此,所述中子检测器可能必须采用无源和有源的屏蔽技术进行屏蔽。

        此外,作为上述事实的结果,需要中子检测器来区分光子和中子。这可以通过所采用的反应过程、光子相对于中子的飞行时间、以及检测器区分重颗粒(例如中子)相比较于电子的能量沉积的能力来实现。根据通过带电颗粒通过产生的离子化密度具有不同衰减时间的有机和无机闪烁体可能是适用的。在这种闪烁体中利用信号处理技术可以实现从中子中分离光子,所述信号处理技术利用了这些不同带电颗粒的响应。

        图11证实,当使用低于9MeV的入射光子能量时,可以对来自光子引发裂变的瞬发中子与由(□,n)反应产生的中子进行能量分离。该图是利用9MeV的韧致辐射束获得的,所述韧致辐射束是在Technical?University?ofDarmstadt的CW?S-DALINAC中产生。图11中所示的来自Pb和高浓铀(HEU)靶的光谱是采用为CAARS?PNPF??樘岢龅募际趵椿竦玫?。有机液体闪烁体用来确定沉积在检测器中的能量并用来分离光子和中子事件。较浅的数据点代表来自Pb的事件(其如上面所讨论,对于207P同位素来说,具有大约6.5?MeV的(□,n)阈值),而较深的数据点代表来自HEU的事件(其具有5.5?MeV的光裂变阈值)。该中子事件聚集在所述图的较下面部分并且清楚地区分于上面的光子事件。在中子事件中,框表示来自HEU瞬发光裂变的中子看上去明确无误的区域。该区域中的中子信号是锕系元素光裂变事件的明确无误信号。

        图6表示了一种示例性实施方案的系统600,其用于通过分析高能瞬发中子来检测容器中的易裂变材料,所述瞬发中子来自光子引发的裂变。能量为Eb的电子束602通过电子加速器601产生。所述电子束602当打在韧致辐射靶603(又称为辐射体)上时产生韧致辐射光子。所述电子加速器601和辐射体603可任选地被单色或近乎单色的光子源所代替。所述任选的准直器604使所述韧致辐射准直。屏蔽罩605可以将所述韧致辐射靶603和电子加速器601封闭起来。光子束607导向待被分析的可能含有易裂变材料608的容器606上。所述易裂变材料608与容器606的(例如)三个壁的距离设为x、y和z。放在容器606后面的光子检测器609可任选地用于监测所发射出的光子束607的光子通量。检测器610、611、612和613可以以大致90度的角度放在所述容器606周围的位置,并与校准光子束607成方便的后方位角。所述检测器的数量和位置可以按照上述原则和方法与图6所示的不同。在所示实施方案中,检测器610和611可以放置在离容器606壁已知的距离L610和L611。如果需要的话,所述检测器610、611、612和613可任选地被屏蔽罩所包围(未示出),以及被反符合计数系统(anti-coincidence?counting?system)所包围(未示出)。所述检测器610、611、612和613本身可以对中子能量敏感或者其可以作为系统(例如一种利用飞行时间的系统)的一部分,所述系统将为每个检测到的中子事件提供中子能量。束流收集器614可用于在光子束607通过所述容器606及其内容物之后收集剩余的光子通量。所述束流收集器614以及任选的发射通量监测器,检测器609,可以根据需要被屏蔽而不会直接看到该检测器。来自检测器609、610、611、612和613的信号通过连接装置615连接到信号处理电子设备和/或计算机616上,该设备和/或计算机处理所述检测器信号,并可任选地通过连接装置617将其它们和/或处理过的信息传送给中央控制以及数据分析和存储系统(未示出)??商娲?,所述检测器信号可以直接通往所述中央系统以用于处理和分析。

        作为另一种在中子检测器中直接检测中子能量的方式,可以将低占空比的LINAC(例如Varian?linatron)或其它合适的电子加速器进行脉冲以允许实施飞行时间(TOF)技术。与其它的检测技术相比,例如利用连续入射光子束的脉冲形状甄别法,所述TOF方法预计具有较高的收集高能中子的效率,较低的环境背景,以及较高的确定角度分布的可能性。所述TOF方法可以采用短脉冲结构(10ns)和选通检测器来排除伽玛闪烁。TOF内在的优点结合改良的LINAC和检测器,可以部分补偿普通配置的脉冲加速器的降低的占空比。

        在飞行时间(TOF)实施方案中,可以对电子加速器601或其它的源施加一定时间段T的脉冲来产生电子束602(脉冲化的),并关闭足够长的时间以使所有的可检测中子(来自光子束607与容器606及其内容物之间的相互作用)通过所述检测器。然后所述电子束602可以再次脉冲一定的时间段T??梢灾馗锤盟承蛑钡交竦盟M募觳馐?。

        所述电子加速器601或者在所述韧致辐射靶603附近的或在所述韧致辐射或光子束607中的一些附属靶(未示出)可以提供基准信号,当所述光子束607产生时该基准信号会通知到所述信号处理电子设备和/或计算机616。在易裂变样品608中由光裂变产生的中子以时间L/v到达检测器,其中L是可裂变样品608到目标检测器的距离,v是所述中子的速度。对于检测器611来说,例如,在所表示的实施方案中,其与入射光子束607成直角面对着所述易裂变样品608,L=L611+y,y即易裂变样品608到容器606的最接近检测器611的相应壁的距离。所述中子的速度设为v=(2E/m)1/2,其中E是中子的动能,m是中子质量。来自检测器611的信号到达信号处理电子设备和/或计算机616,其将所述基准信号到达时间与检测器611信号到达时间之差转换成所述中子到检测器的飞行时间(TOF)。利用关系式TOF=(L611+y)/v,所述信号处理电子设备和/或计算机616计算出所述中子速度并由此算出其能量(E=mv2/2),并记录该数据然后将其传送给中央控制和分析系统(未示出)。

        所述检测系统的能量分辨率取决于所述中子的TOF、T、L以及飞行距离到所述检测器不同部分的离差(dispersion)。本领域技术人员将明白,这些参数(包括电子束脉冲宽度T)和所述系统的几何形状可以进行调整以获得足以实现本发明目的的能量分辨率。

        (狭窄的)光子束607可以顺序地扫过所述容器606以照射易裂变样品608可能位于的不连续柱体。这用于更好地定位任何可裂变材料的位置,并减少容器内其它的中子产生材料所造成的背景?;蛘?,例如,所述光子束607可以是宽的扇形束,其可覆盖容器606的更大区域,其中所述扇形在朝着所述检测器的方向上成90度展开。这允许所述容器有更宽的扫描区域但限制在狭窄的方向上。这种实施方案将有助于针对易裂变材料以较短的时间扫描容器。其会检测分布在扇形束尺寸范围内的易裂变材料。在这种几何构造中,不知道x和y,但其可以通过比较容器两边的中子能量谱来推导得出,因为它们应当非常接近于相同,特别是在最高能量时??嘉魏渭偕璧摹癮”值,例如所述容器宽度的1/2(x=y),所得到的光谱都可以通过改变“a”值来调整,直到所述光谱调到具有相同的高能形状。

        用于短持续时间电子束脉冲的技术是公知的技术,对于高能量电子束而言容易产生一些纳秒的脉冲。1MeV中子在1m内的飞行时间为72纳秒。因此,一些米的飞行距离即产生如下飞行时间(例如,在3米的距离内,6MeV中子为大约71纳秒):其允许10到20纳秒的电子束脉冲持续时间,从而允许通过能量选自以将光裂变中子与来自(γ,n)过程的中子分离。

        其它特殊的实施方案也是可能的,一些在本文中提到,作为进一步说明所述方法以解析之前描述的概念和方法。

        图6中检测器610、611、612和613可以为任何能够明确无误地检测中子的检测器。不是测量中子飞行时间以确定其能量,在一些应用中仅列明所述事件肯定为中子并且所述能量大于确定量就足够了。这将表征所述中子能量高于确定量。一些这类中子的能量可能会涉及到。结合如上所述的对电子束能量或光子能量的控制,确定能量高于特定预设量的中子数量将所述中子归为来自光裂变。如上面所述,其它过程例如(γ,n),在中子能量大于E=Eb-Eth时是不可能的,其中Eb为韧致辐射的终点或者光能量,Eth为可能存在的相关非锕系材料的(γ,n)阈值,所述非锕系材料需要从被怀疑的锕系元素中区分出来。

        如上面所讨论,来自光裂变的中子能量分布非常独立于用于在本文所讨论的光子能量区域中(等于或低于巨电偶极共振)引起光裂变的光子的能量。另一种实施方案利用了这个事实来确定是否所述中子源于光裂变。改变所述光子能量或韧致辐射终点能量不会实质上改变来自光裂变的中子的能量分布。然而,对于其它过程例如(γ,n)来说就并非如此,特别是在较高的中子能量区域,这是由于能量守恒以及上面讨论的需要E=Eb-Eth造成的。因而,测量对于不同光子能量的中子能量分布并比较所述结果,可以确认锕系元素光裂变?;蛘?,测量和比较随光子能量改变而高于特定能量的中子数量,可以获得同样的结果。

        另一种实施方案会随着光子能量变化测量给定中子能量的中子产量,并可以针对多个中子能量进行。这会针对给定能量的中子生成产量曲线,作为光子能量的函数。由于来自光子引发的裂变的中子能量谱独立于所述入射的光子能量,所以会对所有的中子能量得出作为光子能量函数的相同的产量曲线,如果所述光谱为光裂变占主导的话。然而,如果所述中子谱源自相关的非锕系元素材料的(γ,n)的话,则每个中子能量具有作为光子能量函数的产量曲线,其中光子能量中偏移了该清楚的中子分离能量,特别是对于在可能的最高能量的中子来说。同样这遵循能量守恒。

        中子检测可以基于所述中子和所述检测器中所述组成材料之间的反应能。这种性质的检测器有时可以但不总是被称为“阈值检测器”,因为反应只有在所述中子能量大于特定量时才会发生。这种反应的实例包括但不限于(n,n′γ),(n,n′f),(n,n′p),(n,n′d)和(n,n′α)。所述事件的检测可以基于但不限于以下检测:闪烁事件并测量沉积的能量;由材料中的离子化过程产生的电荷并测量总电荷;以及,检测放射性核,其中所述放射性只有在所述中子能量(一个或多个)大于特定值(一个或多个多个)时才会引发。所有这些方法都包括在本发明所描述的实施方案中。

        如上面所讨论,一些市场上可买到的塑料和液体闪烁体能够利用适当的信号处理技术明确无误地确认中子。这些检测器还具有足够快的用以定性的响应时间,以为本文所述的目的,并且这对本领域技术人员来说是已知的。这些检测器部分是作为质子反冲检测器工作的,其是基于通过中子弹性散射而赋予质子的能量,所述中子从含氢材料中的质子处发生弹性散射。因此,部分地,其可以起到“阈值检测器”的作用,如上面所讨论,以及提供检测器中发生事件的时间并根据中子确认所述事件。这种检测方法是本文所描述的实施方案的一部分。

        β衰减之后的缓发中子也可以通过本文所述的方法来检测,并用于检测可裂变材料的方法。它们与上面所讨论的瞬发中子相比,含量少了很多。在大多数情况下,它们的存在可以用作另一种检测方法,以扩充本文所讨论的实施方案。它们可以通过许多技术从瞬发中子中区分出来。利用具有脉冲束设定以测量瞬发中子的TOF,使缓发中子看上去在以曝光时间或上述TOF实施方案中脉冲数量建立的时间内成均匀的分布。用于建立缓发中子信号的时间是β衰减寿命的特征。如果光子束关闭,它们在β衰减寿命的特征时间方面将减少。所述缓发中子的存在在许多情况下可以作为作用极小的因素被忽略不计。在一些情况下,其可以用作检测可裂变材料的辅助手段。在所有情况下,所述缓发中子的存在可以被考虑进去,并且所述结果因此进行校正,如果这些实施方案需要校正的话。

        所述光子束可以是在上面讨论TOF实施方案时所述的各种脉冲的,或者其可以具有连续性特征,如来自连续工作的射频加速器、DC加速器、或类似的单色或几乎单色性质的功能光子源。

        另一种扫描实施方案会在所有横向于所述光束方向的方向上采用非??淼墓馐负涡巫?,并加以准直化,以将所述光束尺寸限制在所述容器以其最大表现形式的宽度尺寸内。该实施方案在检测大容积范围内分散成小样品的可裂变材料时非常有效,例如广泛分布在所述容器的大区域中的薄片或广泛分布的小球。

        可以有许多的光束几何形状,对于特定情况来说每个都具有本领域技术人员可以意识到的特别优点,并且其均包含于本发明之内。

        为了尽可能快地实施容器扫描过程,可优选以低阈值或触发中子检测能量来实施首次扫描,以便最大化来自光裂变的信号,甚至于付出会获得来自(γ,n)过程的信号的代价。如果在适当的间隔内没有记录来自容器或其一部分的事件,或者没有事件高于可接受的背景,则所述扫描可以继续到所述容器的另一部分,或者如果整个容器都被扫描完的话,所述容器可以继续传送。如果检测到了事件,所述阈值或触发中子检测能可以被提高,并且容器或其部分利用所述较高的中子阈值或触发检测能重新扫描以减少或消除来自竞争性(γ,n)过程的污染?;蛘?,当然,重新扫描时也可以采用本文所列的其他方法,用以区分光裂变和(γ,n)过程。

        由于角度分布可能难以测量出(考虑到不同货物载荷的差别吸收和散射),故重要的是认识到,如上面所讨论,如果瞬发中子的能量分布独立于相对光子束的角度的话,则所述碎片各向同性地发射,并且所述可裂变材料为奇偶同位素:然而,如果相对于成接近180度的大角度的瞬发中子谱,所述瞬发中子的谱线在与光子束成90度处具有位于较高能量的较大富集,则所述碎片具有峰值在90度的角度分布,并且所述易裂变材料为偶偶同位素。因此,在两个角度测量中子能量分布能够实现这种确定。

        另一种实施方案去掉了沿不同路径的差别吸收所造成的瞬发中子的能量分布和角度依赖中的不确定性,所述不同路径是中子穿过容器到达不同检测器所经过的。该实施方案将光子束沿着不同方向导向容器。例如,在一种设置中,光子束可以从顶部进入所述容器,而中子检测器在和所述光子束成100度的位置以及和所述光子束成170度的位置观察所述中子。通过改变光子束从所述容器侧面进入的方向,所述检测器会变换角色。之前成100度的现在成170度,而之前成170度的现在成100度。然而,中子吸收的差别方面保持完全相同。两种测量法现在提供了有关影响的清楚指示,即影响着相对于光子方向的所述中子发射角度的中子能量分布,以及所述中子相对于所述光子束方向的角度分布。作为特别的特征,如果所述光裂变过程是各向同性的,则检测器中的所述相对中子产量将不会改变。改变则表明在原始光裂变过程中为各向异性。

        对于其它的角度该过程也具有普遍性。例如,图8A和8B,分别表示了具有可裂变材料808的容器806。第一中子检测器801示出在第一位置,第二中子检测器802示出在第二位置。在图8A中,光子束807A从第一方向(方向1)照射所述容器806。在图8B中,光子束807B从第二方向(方向2)照射所述容器806。对于两个光子束方向中的每一个来说,所述中子检测器801和802相对于光子束(807A或807B)方向交换了角度。对于光子束方向1,第一中子检测器801处于角度θ1,第二中子检测器802处于角度θ2。对于光子束方向2,第一中子检测器801处于角度θ2,第二中子检测器802处于角度θ1。I1和I2分别是沿着光子束方向1和2光子束在靶808处(其可能为可裂变材料)的强度。如果S(E,θ)为方向θ上的中子的能量谱,则光子束方向1上被两个检测器所检测到的中子描述为测量函数Fi(E,θj):第一中子检测器801:F1(E,θ1)=I1xA1(E)xS(E,θ1);以及第二中子检测器802:F2(E,θ2)=I1xA2(E)xS(E,θ2)。

        利用方向2的光束被两个检测器所检测到的中子为:第一中子检测器801:F1(E,θ2)=I2xA1(E)xS(E,θ2);以及第二中子检测器802:F2(E,θ1)=I2xA2(E)xS(E,θ1)。

        衰减因子A1和A2相对于光子束位置保持恒定,可以得到比率来消除这些因子,使得:{S(E,θ1)/S(E,θ2)}2={F1(E,θ1)xF2(E,θ1)}/{F2(E,θ2)xF1(E,θ2)}(等式1)

        因此,S(E,θ1)和S(E,θ2)通过测得的量相关联,并且可以直接进行比较。本领域技术人员能够将该技术普及到多于两个的检测器上,该实施方案意在包含所有这些变化方式。

        除非另有说明,所示实施方案能够理解为提供了特定实施方案的变化细节的示例性特征,因此,除非另有说明,该实施方案的特征、部件、??楹?或方面可以进行其它方式地组合、指定、交换和/或重新设置,而不背离所公开的装置或方法。此外,所述部件的形状和尺寸也是示例性的,除非另有说明,其可以在不影响所公开的装置或方法的情况下进行改变。也可以有其它特别的实施方案,一些在本文中提到,作为进一步说明所述方法以解析之前描述的概念和方法。

        尽管术语“核材料”、“可裂变的核材料”、“易裂变材料”和“可裂变材料”各式各样地用在本发明中,但发明者的意思是这些术语是可以交换使用的,并且均意在指那些能通过伽马射线作用或通过热中子或快中子引发裂变的材料。这些术语并不是指响应伽马或中子辐射而发射中子的材料,除非这些材料也可以被伽马射线作用或热中子或快中子引发裂变。本文中使用的术语“容器”意在包括任何封闭物或部分封闭物,其可以包围或部分包围可裂变材料以隐藏或部分隐藏它或屏蔽它或者部分屏蔽它而不被常规检测方法测得——其包括但不限于货物和船运容器和车辆。

        尽管本文所公开的系统和方法参考其示例性的实施方案来特别表示和说明的,但本领域技术人员将明白,其中可以做出各种形式和细节的改变而不背离本发明的范围。应当意识到本发明也能够广泛用于进一步的和其它的实施方案中,其在本发明的实质之内。本领域技术人员将认识到或者采用常规的试验能确定许多与本文特别描述的示例性实施方案等价的方式。这种等价方式意在包含在本发明的范围之内。

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