Радиационный портальный монитор

Пассивное устройство обнаружения радиации

Радиационные портальные мониторы ( RPM ) — это пассивные устройства обнаружения радиации, используемые для проверки людей, транспортных средств, грузов или других векторов для обнаружения незаконных источников, например, на границах или охраняемых объектах. Страх террористических атак с применением радиологического оружия подстегнул развертывание RPM для сканирования грузов после 11 сентября , особенно в Соединенных Штатах.

Приложение

Первоначально RPM были разработаны для проверки людей и транспортных средств на охраняемых объектах, таких как оружейные лаборатории. ^[1] Они были развернуты на объектах металлолома для обнаружения источников радиации, смешанных с металлоломом, которые могли загрязнить объект и привести к дорогостоящей очистке. ^{[ требуется ссылка ]} В рамках усилий по предотвращению ядерной контрабанды после распада Советского Союза, RPM были развернуты вокруг этой территории, а затем и вокруг многих других европейских и азиатских стран, Министерством энергетики США (DOE) Национальной администрации по ядерной безопасности (NNSA) Программы второй линии обороны (SLD) ^[2] начиная с конца 1990-х годов. После атаки 11 сентября Таможенная и пограничная служба США (CBP) начала Программу радиационного портального монитора (RPMP) для развертывания RPM вокруг всех границ США (сухопутных, морских и воздушных). ^[3]

Обнаружено излучение

Радиационный портальный монитор (RPM) был разработан для обнаружения следов радиации, испускаемой объектом, проходящим через RPM. Гамма-излучение обнаруживается, а в некоторых случаях дополняется обнаружением нейтронов, когда требуется чувствительность к ядерному материалу. ^[4]

Технологии

PVT (обнаружение гамма-излучения)

RPM первого поколения часто полагаются на сцинтилляторы PVT для гамма-счета. Они предоставляют ограниченную информацию об энергии обнаруженных фотонов, и в результате их критиковали за их неспособность отличать гамма-лучи, исходящие от ядерных источников, от гамма-лучей, исходящих от большого количества доброкачественных типов грузов, которые естественным образом испускают радиоактивность, включая кошачий наполнитель , гранит , фарфор , керамогранит , бананы и т. д. ^[5] Эти естественно встречающиеся радиоактивные материалы , называемые NORM, составляют 99% ложных тревог. ^[6] Стоит отметить, что бананы ошибочно были указаны как источник радиационных тревог; это не так. Большинство продуктов содержат калий-40, но плотность упаковки фруктов и овощей слишком мала, чтобы произвести значимый сигнал. PVT действительно имеет возможность обеспечивать некоторую энергетическую дискриминацию, что может быть использовано для ограничения ложных тревог от NORM. ^[7]

NaI(Tl) (обнаружение гамма-излучения)

В попытке снизить высокие показатели ложных тревог первого поколения RPM была вызвана программа Advanced Spectroscopic Portal (ASP). Некоторые из портальных мониторов, оцененных для этих целей, основаны на сцинтилляционных кристаллах NaI(Tl) . Эти устройства, имеющие лучшее энергетическое разрешение, чем PVT, должны были снизить показатели ложных тревог, отличая угрозы от безвредных источников на основе обнаруженных спектров гамма-излучения. ASP на основе NaI(Tl) стоили в несколько раз дороже RPM первого поколения. На сегодняшний день ASP на основе NaI(Tl) не смогли продемонстрировать значительно лучшую производительность, чем RPM на основе PVT. ^[8]

Программа ASP была отменена в 2011 году ^[9] после продолжающихся проблем, включая высокий уровень ложных срабатываний и трудности с поддержанием стабильной работы. ^[10]

HPGe (обнаружение гамма-излучения)

В рамках программы ASP были оценены портальные мониторы на основе высокочистого германия (HPGe). HPGe, имеющий значительно лучшее энергетическое разрешение, чем NaI(Tl), позволяет довольно точно измерять изотопы, вносящие вклад в спектры гамма-излучения. Однако из-за очень высоких затрат и серьезных ограничений, таких как требования к криоохлаждению, поддержка правительством США портальных мониторов на основе HPGe была прекращена.

³He (обнаружение тепловых нейтронов)

RPM, предназначенные для перехвата ядерных угроз, обычно включают технологию обнаружения нейтронов. Подавляющее большинство всех нейтронных детекторов, используемых в RPM на сегодняшний день, основано на трубках He-3 , окруженных замедлителями нейтронов . Однако с конца 2009 года глобальный кризис поставок He-3 ^[11] сделал эту технологию недоступной. Поиск альтернативных технологий обнаружения нейтронов дал удовлетворительные результаты. ^[12]

⁴He (обнаружение быстрых нейтронов)

Новейшая технология, внедряемая в портах ^[13], использует сжатый природный гелий для прямого обнаружения быстрых нейтронов без необходимости использования громоздких замедлителей нейтронов . Используя ядра отдачи после событий рассеяния нейтронов, естественный гелий светится (сцинтиллирует), позволяя фотоумножителям (например, SiPM) производить электрический сигнал. ^[14] Введение замедлителей и лития-6 для захвата термализованных нейтронов еще больше увеличивает возможности обнаружения природного гелия за счет потери начальной информации о нейтронах (такой как энергия) и снижения чувствительности к экранированным материалам, излучающим нейтроны.

Радиологические угрозы

Развертывание РМП осуществляется с целью перехвата радиологических угроз, а также сдерживания вредоносных групп от развертывания таких угроз.

Радиологические рассеивающие устройства

Радиологические рассеивающие устройства (RDD) являются оружием массового поражения, а не оружием массового поражения. « Грязные бомбы » являются примерами RDD. Как следует из названия, RDD направлены на рассеивание радиоактивного материала по территории, что приводит к высоким расходам на очистку, психологическому и экономическому ущербу. Тем не менее, прямые человеческие потери, вызванные RDD, невелики и не связаны с радиологическим аспектом. RDD легко изготавливаются, а компоненты легкодоступны. RDD сравнительно легко обнаружить с помощью RPM из-за их высокого уровня радиоактивности. RDD испускают гамма-излучение, а также иногда, в зависимости от используемых изотопов, нейтроны.

Ядерные устройства

Самодельные ядерные устройства (СЯУ) и ядерное оружие являются оружием массового поражения. Их трудно приобретать, производить, ремонтировать и использовать. Хотя СЯУ могут быть сконструированы так, чтобы испускать лишь небольшое количество радиации, что затрудняет их обнаружение с помощью РПМ, все СЯУ испускают некоторое количество гамма- и нейтронного излучения.

Сигнализации

Гамма-излучение, а также нейтронное излучение могут привести к срабатыванию процедуры тревоги RPM. Тревоги, вызванные статистическими колебаниями показателей обнаружения, называются ложными тревогами. Тревоги, вызванные доброкачественными радиоактивными источниками, называются ложными тревогами. Причины ложных тревог можно разделить на несколько больших категорий:

Природные радиоактивные материалы (NORM) и технически усовершенствованные NORM (TENORM) ^[15]
- Керамика, плитка, фарфор, гончарные изделия, гранит, глина и другие изделия на основе камня и глины содержат повышенные уровни встречающегося в природе калия-40 и в меньшей степени тория-232 и других изотопов. ^[16]
- Танкеры с пропаном, полные или пустые, содержат повышенные уровни радия-226 . ^[17]
- Многие удобрения и калий содержат повышенные уровни калия-40 . ^[16]
- В наполнителе для кошачьих туалетов содержится повышенное количество тория-232 .
Медицинские изотопные тревоги составляют большинство тревог на полосах движения частных транспортных средств на сухопутных границах и обычно связаны с медицинским лечением водителя или пассажиров, в основном из-за технеция-99m , таллия-201 и йода-131 . ^[18]

Развертывание

Эта статья в первую очередь касается RPM, используемых для проверки грузовиков в портах въезда. Более 1400 RPM установлены на границах США и столько же на иностранных объектах с целью пресечения незаконных радиоактивных и ядерных материалов. Развертывания в США охватывают все сухопутные пограничные транспортные средства, все контейнерные грузы в морских портах, а также все почтовые и курьерские службы. Также предпринимаются усилия по развертыванию аналогичных мер в отношении других трансграничных векторов, включая:

Пешеходный радиационный портал мониторинга
Мониторинг радиационного портала авиагрузоперевозок
Портальный радиационный мониторинг на базе крана
Портальный радиационный мониторинг багажа
Мониторинг радиационного излучения на железнодорожном портале

RPM также используются на гражданских и военных ядерных объектах для предотвращения кражи радиоактивных материалов. Сталелитейные заводы часто используют RPM для проверки входящего металлолома, чтобы избежать незаконного размещения радиоактивных источников таким образом. Мусоросжигательные заводы часто контролируют входящий материал, чтобы избежать загрязнения.

Ссылки

^ Fehlau, PE; Brunson, GS (1983). «Использование пластиковых сцинтилляторов в ядерных гарантиях». Труды IEEE по ядерной науке . 30 (1): 158– 161. Bibcode : 1983ITNS...30..158F. doi : 10.1109/TNS.1983.4332242. ISSN 0018-9499. S2CID 36408575.
^ Программа «Вторая линия обороны» Архивировано 12 ноября 2011 г. на Wayback Machine
^ Кузес, РТ, «Обнаружение незаконных ядерных материалов», American Scientist 93, стр. 422-427 (сентябрь–октябрь 2005 г.).
^ Kouzes, Richard T.; Siciliano, Edward R.; Ely, James H.; Keller, Paul E.; McConn, Ronald J. (2008). «Пассивное обнаружение нейтронов для пресечения поставок ядерного материала на границы». Ядерные приборы и методы в исследованиях физики. Раздел A: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 584 ( 2–3 ): 383–400 . Bibcode : 2008NIMPA.584..383K. doi : 10.1016/j.nima.2007.10.026. ISSN 0168-9002.
^ Расточительство, злоупотребления и ненадлежащее управление в контрактах Министерства внутренней безопасности (PDF) . Палата представителей США . Июль 2006 г., стр. 12–13 .
^ «Руководство для системы детектора излучения Ludlum Model 3500-1000» (PDF) .
^ Ely, James; Kouzes, Richard; Schweppe, John; Siciliano, Edward; Strachan, Denis; Weier, Dennis (2006). «Использование энергетического окна для различения SNM от NORM в радиационных портальных мониторах». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел A: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 560 (2): 373– 387. Bibcode : 2006NIMPA.560..373E. doi : 10.1016/j.nima.2006.01.053. ISSN 0168-9002.
^ «Оценка испытаний, затрат и преимуществ современных спектроскопических порталов для досмотра грузов в портах въезда: промежуточный отчет» (2009)
^ Matishak, Martin (26 июля 2011 г.). «Homeland Security Cancels Troubled Radiation Detector Effort». Global Security Newswire . Получено 6 июля 2015 г.
^ "Борьба с ядерной контрабандой: уроки, извлеченные из отмененной программы радиационного портального монитора, могут помочь в будущих приобретениях". GAO-13-256 . Получено 6 июля 2015 г.
↑ Мэтью Л. Уолд (22 ноября 2009 г.). «Нехватка замедляет программу обнаружения ядерных бомб». New York Times . Получено 22 сентября 2013 г.
^ Kouzes, RT, JH Ely, LE Erikson, WJ Kernan, AT Lintereur, ER Siciliano, DL Stephens, DC Stromswold, RM VanGinhoven, ML Woodring, Альтернативы обнаружения нейтронов для обеспечения внутренней безопасности, Ядерные приборы и методы в физических исследованиях A 623 (2010) 1035–1045
^ "Порт Антверпена получает детекторы ядерного оружия". Архивировано из оригинала 2017-03-25.
^ Льюис, Дж. М.; Р. П. Келли; Д. Мурер; К. А. Джордан (2014). «Обнаружение сигнала деления с использованием сцинтилляционных детекторов на быстрых нейтронах с гелием-4». Appl. Phys. Lett . 105 (1): 014102. Bibcode : 2014ApPhL.105a4102L. doi : 10.1063/1.4887366.
^ Kouzes, R.; Ely, J.; Evans, J.; Hensley, W.; Lepel, E.; McDonald, J.; Schweppe, J.; Siciliano, E.; Strom, D.; Woodring, M. (2006). «Природные радиоактивные материалы в грузах на границах США». Упаковка, транспортировка, хранение и безопасность радиоактивных материалов . 17 (1): 11– 17. doi :10.1179/174651006X95556. ISSN 1746-5095. S2CID 110462476.
^ ab Domestic Nuclear Detection Office , " Radiation Quick Reference Guide" "Архивная копия" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2010-12-26 . Получено 2011-05-12 .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
^ Кули, Джери. "Управление NORM на нефтяном месторождении". Октябрьская отраслевая встреча сети STEPS Пермского бассейна , 14 октября 2008 г. "Архивная копия" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2011-07-05 . Получено 2011-05-12 .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
^ Kouzes, Richard T.; Siciliano, Edward R. (2006). «Реакция радиационных портальных мониторов на медицинские радионуклиды на пограничных переходах». Radiation Measurements . 41 (5): 499– 512. Bibcode : 2006RadM...41..499K. doi : 10.1016/j.radmeas.2005.10.005. ISSN 1350-4487.

Внешние ссылки

Радиационные портальные мониторы Таможенной и пограничной службы США в морских портах Министерство внутренней безопасности

[FehlauBrunson1983-1] Fehlau, PE; Brunson, GS (1983). «Использование пластиковых сцинтилляторов в ядерных гарантиях». Труды IEEE по ядерной науке . 30 (1): 158– 161. Bibcode : 1983ITNS...30..158F. doi : 10.1109/TNS.1983.4332242. ISSN 0018-9499. S2CID 36408575.

[2] Программа «Вторая линия обороны» Архивировано 12 ноября 2011 г. на Wayback Machine

[3] Кузес, РТ, «Обнаружение незаконных ядерных материалов», American Scientist 93, стр. 422-427 (сентябрь–октябрь 2005 г.).

[KouzesSiciliano2008-4] Kouzes, Richard T.; Siciliano, Edward R.; Ely, James H.; Keller, Paul E.; McConn, Ronald J. (2008). «Пассивное обнаружение нейтронов для пресечения поставок ядерного материала на границы». Ядерные приборы и методы в исследованиях физики. Раздел A: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 584 ( 2–3 ): 383–400 . Bibcode : 2008NIMPA.584..383K. doi : 10.1016/j.nima.2007.10.026. ISSN 0168-9002.

[hor-5] Расточительство, злоупотребления и ненадлежащее управление в контрактах Министерства внутренней безопасности (PDF) . Палата представителей США . Июль 2006 г., стр. 12–13 .

[6] «Руководство для системы детектора излучения Ludlum Model 3500-1000» (PDF) .

[ElyKouzes2006-7] Ely, James; Kouzes, Richard; Schweppe, John; Siciliano, Edward; Strachan, Denis; Weier, Dennis (2006). «Использование энергетического окна для различения SNM от NORM в радиационных портальных мониторах». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел A: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 560 (2): 373– 387. Bibcode : 2006NIMPA.560..373E. doi : 10.1016/j.nima.2006.01.053. ISSN 0168-9002.

[8] «Оценка испытаний, затрат и преимуществ современных спектроскопических порталов для досмотра грузов в портах въезда: промежуточный отчет» (2009)

[9] Matishak, Martin (26 июля 2011 г.). «Homeland Security Cancels Troubled Radiation Detector Effort». Global Security Newswire . Получено 6 июля 2015 г.

[10] "Борьба с ядерной контрабандой: уроки, извлеченные из отмененной программы радиационного портального монитора, могут помочь в будущих приобретениях". GAO-13-256 . Получено 6 июля 2015 г.

[11] Мэтью Л. Уолд (22 ноября 2009 г.). «Нехватка замедляет программу обнаружения ядерных бомб». New York Times . Получено 22 сентября 2013 г.

[12] Kouzes, RT, JH Ely, LE Erikson, WJ Kernan, AT Lintereur, ER Siciliano, DL Stephens, DC Stromswold, RM VanGinhoven, ML Woodring, Альтернативы обнаружения нейтронов для обеспечения внутренней безопасности, Ядерные приборы и методы в физических исследованиях A 623 (2010) 1035–1045

[13] "Порт Антверпена получает детекторы ядерного оружия". Архивировано из оригинала 2017-03-25.

[14] Льюис, Дж. М.; Р. П. Келли; Д. Мурер; К. А. Джордан (2014). «Обнаружение сигнала деления с использованием сцинтилляционных детекторов на быстрых нейтронах с гелием-4». Appl. Phys. Lett . 105 (1): 014102. Bibcode : 2014ApPhL.105a4102L. doi : 10.1063/1.4887366.

[KouzesEly2006-15] Kouzes, R.; Ely, J.; Evans, J.; Hensley, W.; Lepel, E.; McDonald, J.; Schweppe, J.; Siciliano, E.; Strom, D.; Woodring, M. (2006). «Природные радиоактивные материалы в грузах на границах США». Упаковка, транспортировка, хранение и безопасность радиоактивных материалов . 17 (1): 11– 17. doi :10.1179/174651006X95556. ISSN 1746-5095. S2CID 110462476.

[DNDO-16] Domestic Nuclear Detection Office , " Radiation Quick Reference Guide" "Архивная копия" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2010-12-26 . Получено 2011-05-12 .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )

[17] Кули, Джери. "Управление NORM на нефтяном месторождении". Октябрьская отраслевая встреча сети STEPS Пермского бассейна , 14 октября 2008 г. "Архивная копия" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2011-07-05 . Получено 2011-05-12 .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )

[KouzesSiciliano2006-18] Kouzes, Richard T.; Siciliano, Edward R. (2006). «Реакция радиационных портальных мониторов на медицинские радионуклиды на пограничных переходах». Radiation Measurements . 41 (5): 499– 512. Bibcode : 2006RadM...41..499K. doi : 10.1016/j.radmeas.2005.10.005. ISSN 1350-4487.