專利名稱：利用來(lái)自光子引發(fā)裂變的高能瞬發(fā)中子來(lái)識(shí)別核材料存在的非侵入性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測(cè)可裂變核材料的存在的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法利用了由瞬 發(fā)中子的能量和角度分布所提供的獨(dú)特信號(hào)，所述瞬發(fā)中子在光子引發(fā)的核裂變中產(chǎn)生。 它們可以用于檢測(cè)錒系原子核的存在(特別是Z大于或等于89(即錒)的那些)。這些 核中的一些被歸為特種核材料(SNM)，并可用在大規(guī)模殺傷性武器例如核炸藥中以及臟彈 (dirty bomb)中。
背景技術(shù)：
核炸藥、可用于制造核炸藥的材料、以及可用于制造臟彈的材料的違法地下運(yùn)輸 構(gòu)成了對(duì)世界和平和安全的主要危脅。這些材料可以被恐怖分子、潛在恐怖分子、恐怖分子 支持者或其他人秘密地和走私地放在貨物或其它運(yùn)輸物的各種容器中，包括普通行李、板 條箱、車輛、貨物容器等等。需要有效和高效率的方法和系統(tǒng)來(lái)對(duì)處于港口和其它貨物和船 運(yùn)地點(diǎn)的這類違禁材料進(jìn)行可靠的非侵入式檢測(cè)，以便減少成功進(jìn)行違法運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)，同 時(shí)不會(huì)以破壞正常貿(mào)易的方式過(guò)度阻礙世界范圍內(nèi)的貨物流通。因此，不會(huì)產(chǎn)生大量假陽(yáng) 性檢測(cè)結(jié)果的檢測(cè)方法尤為重要。 無(wú)源檢測(cè)方法，例如自然衰減的伽瑪光譜法，被證明沒(méi)有普遍的有效性，因?yàn)樵S多 目的材料不具有高放射性而相對(duì)容易被屏蔽。X射線技術(shù)不易區(qū)分可裂變的核材料和可以 在貨物中合法存在的無(wú)害高Z材料例如鉛或鎢。 除了無(wú)源檢測(cè)之外，還曾采用、嘗試或提出過(guò)利用采用探測(cè)光束的有源技術(shù)來(lái)進(jìn) 行檢測(cè)的一些方法。 在一種這類有源技術(shù)中，采用了外部中子源來(lái)檢測(cè)可裂變核材料，這是通過(guò)裂變 事件的中子倍增效應(yīng)來(lái)檢測(cè)所引發(fā)的裂變事件的。然而，這很難區(qū)分開探測(cè)中子和裂變引 發(fā)的瞬發(fā)中子，特別是當(dāng)探測(cè)中子的能量高得與來(lái)自裂變的較高能的瞬發(fā)中子一樣時(shí)或者
18當(dāng)涉及大型的容器時(shí)。另一種技術(shù)利用脈沖式外部中子源引發(fā)可裂變核材料中的裂變事
件，然后通過(guò)裂變產(chǎn)物檢測(cè)緩發(fā)中子發(fā)射，使用時(shí)間的延遲作為將測(cè)得的信號(hào)從探測(cè)中子
中區(qū)分出來(lái)的手段。該緩發(fā)中子信號(hào)是弱得多的信號(hào)，故存在信噪比的問(wèn)題。 在另外的有源技術(shù)中，采用了伽馬射線探測(cè)光束來(lái)引發(fā)核材料的光裂變(Y， f)，
其中檢測(cè)來(lái)自裂變事件的中子。來(lái)自探測(cè)光束的散射伽馬射線以及由探測(cè)光束引發(fā)的光中
子(由伽馬探測(cè)光束與可裂變和/或不可裂變的核之間的相互作用引起的直接(Y， n)事
件)造成了檢測(cè)來(lái)自裂變事件的瞬發(fā)中子的噪聲，造成了不可靠或模糊的檢測(cè)結(jié)果。光裂
變還由裂變碎片導(dǎo)致了產(chǎn)生緩發(fā)中子，但與中子引發(fā)的裂變相比，所述緩發(fā)中子信號(hào)較弱，
而檢測(cè)存在噪聲的問(wèn)題。 因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供改進(jìn)的系統(tǒng)和方法，用于以降低的錯(cuò)誤率和模糊性 檢測(cè)物品中可裂變的核材料。 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供改進(jìn)的系統(tǒng)和方法，用于在引起噪聲的因素存在的情 況下通過(guò)提高瞬發(fā)裂變中子的區(qū)分度(discrimination)來(lái)檢測(cè)違禁的可裂變核材料。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供系統(tǒng)和方法，用于分析瞬發(fā)裂變中子的能量或能量譜 以檢測(cè)物品中可裂變核材料的存在。 本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供系統(tǒng)和方法，用于檢測(cè)瞬發(fā)裂變中子的角度分布以 檢測(cè)物品中可裂變核材料的存在。 本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供系統(tǒng)和方法，利用瞬發(fā)裂變中子的角度分布和瞬發(fā) 裂變中子的能量分布來(lái)檢測(cè)物品中可裂變核材料的存在。 上面列出的目的以及本發(fā)明進(jìn)一步的和其它的目的和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)下面描述的實(shí)施 方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
瞬發(fā)中子是在裂變過(guò)程之后立即發(fā)射出的中子；其特征在于從裂變碎片中發(fā)射出 來(lái)，所述發(fā)射通常是在所述碎片達(dá)到其最終速度的大部分之后發(fā)生，并由此可以被稱為完 全加速的碎片。此最終速度通過(guò)裂變碎片間的強(qiáng)大的庫(kù)侖斥力賦予所述碎片。在斷裂點(diǎn)處 (即恰好這些碎片分裂開時(shí)) 一些中子從光子引發(fā)的裂變中產(chǎn)生出來(lái)，但這些中子被證明 與在飛行中的碎片發(fā)射出來(lái)的中子相比數(shù)量上很少。還有一些緩發(fā)中子在一些碎片的P 衰變之后產(chǎn)生，但本文中不考慮這些中子，因?yàn)樗鼈儍H占瞬間發(fā)射出的中子的很小百分比 并因而在本文所公開的方法實(shí)踐具有可忽略不計(jì)的影響。利用來(lái)自光裂變的瞬發(fā)中子作為 檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一是，它們以緩發(fā)中子產(chǎn)量的大約200倍產(chǎn)生；這就能夠得到較高的檢 測(cè)可能性，更低的假陽(yáng)性率和更快的掃描時(shí)間。 本文所描述的技術(shù)和方法利用了所產(chǎn)生的中子在速度(和能量)上的提升，因?yàn)?所述中子是從通過(guò)(口，f)過(guò)程產(chǎn)生的快速移動(dòng)的核碎片中發(fā)射出來(lái)。這種提升把所述中 子放在了允許清楚地確定可裂變核的存在的能量范圍內(nèi)；該能量范圍不可能來(lái)源于由其它 不可裂變的核所發(fā)生的其它過(guò)程，如通過(guò)光子(Y， n)直接產(chǎn)生的中子。另一些感興趣的 特征是，在光裂變過(guò)程中所述碎片的核依賴性角度分布以及在不同角度的瞬發(fā)中子能量分 布。因此光子引發(fā)裂變的標(biāo)志是獨(dú)特的。而且，通過(guò)控制用于引起裂變的入射光子能量，來(lái) 自于其它核的(Y， n)過(guò)程可能降低重要程度或作為背景而消除。由于光子引發(fā)的裂變過(guò)程普遍存在于錒系元素中，故這些方法可確認(rèn)容器內(nèi)的可裂變核材料，特別是Z大于或等 于89(即錒)的那些。 本發(fā)明描述了通過(guò)測(cè)量瞬發(fā)中子的能量和檢查瞬發(fā)中子的能譜來(lái)檢測(cè)易裂變物 質(zhì)的系統(tǒng)和方法。源自光裂變的瞬發(fā)中子的能譜很容易與源自其它可能出現(xiàn)在不易裂變材 料如(Y，n)的過(guò)程的中子能譜區(qū)分開。能量大于E二Eb-Eth的中子，其中Eth是在相關(guān)的 其它不易裂變重元素中的(Y， n)過(guò)程的閾值，Eb是入射韌致輻射光子束的終點(diǎn)能量(或 者入射單色光子束的能量)，清楚地指示了錒系元素區(qū)域中的易裂變材料的存在。沒(méi)有其它 的光子引發(fā)過(guò)程能夠產(chǎn)生這樣能量的中子。 這些中子的角度分布反映了產(chǎn)生其的裂變碎片的角度分布明顯偏離各向同性的 分布指示了偶偶核的存在，而幾乎各向同性的分布指示了奇偶或偶奇易裂變物種的存在。 (下文中為簡(jiǎn)化起見，"奇偶"表示具有奇數(shù)核子的核，無(wú)論是質(zhì)子還是中子，并因而在下文 中該術(shù)語(yǔ)包括"奇偶"核和"偶奇"核。) 比較在不同角度的瞬發(fā)中子的能量分布還提供了有關(guān)物種存在的可能有用信息。 如果在不同的角度能量分布幾乎相同，則發(fā)生裂變的同位素是奇偶型；如果在不同角度能 量分布明顯不同，則發(fā)生光裂變的同位素是偶偶型。 光裂變的另一個(gè)標(biāo)志是，在不同中子能量處的瞬發(fā)中子的相對(duì)產(chǎn)量(即產(chǎn)量曲線 的形狀)不依賴于入射光子的能量。這與其它的過(guò)程例如(Y， n)形成了對(duì)比，所述其它 過(guò)程在不同能量處中子的相對(duì)產(chǎn)量強(qiáng)烈依賴于入射光子的能量，尤其是在可能的最高能量 處。 為了更好地理解本發(fā)明及其其它的和進(jìn)一步的目的，參考附圖和詳細(xì)說(shuō)明。


圖1A和1B分別表示了裂變碎片質(zhì)量產(chǎn)量和相關(guān)的平均中子多重性，作為23^ 和239Pu的中子引發(fā)的裂變所產(chǎn)生的裂變碎片質(zhì)量的函數(shù)；
圖2代表232Th的光裂變的中子飛行時(shí)間(和能量)譜； 圖3表示由金的(Y ， n)過(guò)程產(chǎn)生的光中子的能譜，其中韌致輻射光子束為14. 3 和15. 8Mev終點(diǎn)能量； 圖4A和4B分別表示光裂變產(chǎn)量作為235U和239Pu中韌致輻射終點(diǎn)能量的函數(shù)；
圖5A， 5B， 5C和5D分別顯示了 239Pu的(Y ，總)，(Y ， n) ， ( Y ， 2n)和(Y ， f)過(guò)程 的光子引發(fā)反應(yīng)的橫截面； 圖6表示系統(tǒng)一種實(shí)施方案的可能設(shè)置的設(shè)計(jì)示意圖，所述系統(tǒng)用于通過(guò)分析來(lái) 自于光子引發(fā)裂變的高能瞬發(fā)中子來(lái)檢測(cè)容器中的易裂變物質(zhì)。 圖7表示來(lái)自232Th和238U的光裂變的裂變碎片所發(fā)射出的中子的角度分布；
圖8A和8B是表示用于檢測(cè)由裂變碎片產(chǎn)生的中子的兩個(gè)光束位置的示意圖，所 述裂變碎片來(lái)自于光子引發(fā)裂變，其中探測(cè)器相對(duì)于光束的角度進(jìn)行了互換。
圖9表示了來(lái)自于232Th和238U的光裂變的裂變碎片角度分布；以及
圖10表示了 238U的(n， f)的橫截面。 圖11表示了脈沖形狀區(qū)分的能譜，其來(lái)自于用9MeV韌致輻射光束照射的HEU和 Pb靶，表明光子與中子信號(hào)的分離，以及瞬發(fā)光裂變中子與Pb中(Y，n)過(guò)程所產(chǎn)生的中子的分離。優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明 裂變是復(fù)雜的過(guò)程，其一直是許多理論和試驗(yàn)研究的課題。(主要參見Bohr和 Mottelson， 〃 Nuclear Structure" ，1998，World Scientific Publishing Co. Pte丄td. Singapore,和其中的參考文獻(xiàn))。然而，普通經(jīng)驗(yàn)所確立的特性暗示了所述過(guò)程具有不依賴 于核或起始粒子的某些普遍規(guī)律。 當(dāng)裂變?yōu)樽园l(fā)時(shí)，其通過(guò)低能中子或通過(guò)(Y， f)過(guò)程閾值附近的光子吸收所啟 動(dòng)，裂變的優(yōu)勢(shì)模式是原子核分裂成不等質(zhì)量的兩個(gè)碎片。這些不等的質(zhì)量對(duì)于235U來(lái)說(shuō) 處于核子數(shù)95和140的區(qū)域，對(duì)其它可裂變核來(lái)說(shuō)處于類似的區(qū)域。所述碎片通過(guò)其電荷 (Zp Z2)的強(qiáng)大庫(kù)侖斥力加速并獲得大約160到180MeV范圍的動(dòng)能，這取決于發(fā)生裂變的 核。大部分的這種庫(kù)侖能量是在大約10—22秒內(nèi)當(dāng)所述碎片分開數(shù)個(gè)核直徑時(shí)獲得的。最 終的碎片速度對(duì)于輕的碎片來(lái)說(shuō)對(duì)應(yīng)于大約1MeV/核子的動(dòng)能，對(duì)于重的碎片來(lái)說(shuō)對(duì)應(yīng)于 大約0. 5MeV/核子的動(dòng)能。所述迅速移動(dòng)的碎片通常受到激發(fā)并發(fā)射出瞬發(fā)中子，大多是 在其獲得了可來(lái)自庫(kù)侖斥力的大部分動(dòng)能之后。 圖1A和IB表示了 J. Terrell對(duì)235U和239Pu的中子引發(fā)裂變的分析("Neutron Yields from Individual Fission Fragments" ， Physical Review, Vol. 127， Number 3， August 1， 1962,880-904頁(yè)，以及其中的參考文獻(xiàn))。這些附圖(對(duì)應(yīng)于Terrell的圖8和 9來(lái)說(shuō))顯示了來(lái)自于中子引發(fā)裂變的不對(duì)稱碎片質(zhì)量分布，以及從重和輕的碎片發(fā)射出 的中子的平均數(shù)目，作為235U和239Pu的碎片質(zhì)量的函數(shù)(圖1A和IB中的符號(hào)v， 和vH分 別表示發(fā)射出的中子的平均總數(shù)，來(lái)自于輕碎片的平均中子和來(lái)自于重碎片的平均中子， 其作為碎片質(zhì)量的函數(shù)。) 對(duì)于^U的中子引發(fā)裂變和^Cf的自發(fā)裂變，Terrell獲得了類似的結(jié)果，表明了 所述現(xiàn)象的普遍性。 許多作者研究了 252Cf的自發(fā)裂變，包括Harry R. Bowman, Stanley G. Thompson, J. C.D.Milton禾口 J. Swiatecki : 〃 Velocity and Angular Distributions ofPrompt Neutrons from Spontaneous Fission Of 252Cf〃 ，Phys. Rev.，巻126，第6期，6月15， 1962， 2120-2136頁(yè)和其中的參考文獻(xiàn)。這些作者們通過(guò)直接測(cè)量能夠證明a)"(來(lái)自252Cf自 發(fā)裂變的中子的)所述角度分布在裂變碎片的方向上形成強(qiáng)烈的峰值。在輕碎片方向上、 重碎片方向上和直角上的相對(duì)強(qiáng)度分別是約9，5和l";并且b)"所述能量和角度分布的廣 泛特征通過(guò)假設(shè)來(lái)自于完全加速的碎片的中子的各向同性蒸發(fā)(在碎片坐標(biāo)系中)而得以 重現(xiàn)"。 盡管并非Terrell和Bowman工作的唯一重要結(jié)論，但這里所引用和討論的那些結(jié) 論支持了自發(fā)裂變或低能量下裂變的普遍性描述，這對(duì)于本文中的討論很重要。
H. W. Schmitt， J. H. Neiler禾口F. J. Walter的工作"Fragment E證gyCorrelation Measurements for 252Cf Spontaneous Fission and 235U Thermal-NeutronFission 〃 ， Phys.Rev.巻141，第3期，1966年1月，1146-1160頁(yè)，提供了上述特征的其它證據(jù)。他們 發(fā)現(xiàn)對(duì)于252&自發(fā)裂變來(lái)說(shuō)，中子發(fā)射之前平均總碎片動(dòng)能為186.5士1.2MeV，而對(duì)于^U 的中子引發(fā)裂變來(lái)說(shuō)，為171. 9±1. 4MeV。這些碎片基本上所有的動(dòng)能都可來(lái)自所述碎片相 互之間的庫(kù)侖斥力。 從通過(guò)光子引發(fā)裂變形成的裂變碎片出來(lái)的中子的能量分布和角度分布都是相關(guān)的。C. P. Sargent, W. Bertozzi， P. T. Demos， J丄Matthews禾口 W. Turchinetz， 〃 Prompt Neutrons from Thorium Photofission〃 ， Physical Review，巻137，期IB，1月11,1965， B89-B101頁(yè)中報(bào)道的232Th的情況具有說(shuō)明性。這些作者在成對(duì)的角度上同時(shí)測(cè)量了來(lái) 自232Th光裂變的中子譜，相對(duì)于光子束成157和77度，以及相對(duì)于光子束成130和50度。 他們利用的韌致輻射光子來(lái)自具有6. 75和7. 75MeV動(dòng)能的電子。在他們的分析中幾個(gè)從 屬事實(shí)非常重要l) 232Th的(Y，n)閾值能量是6. 438MeV。因此，在電子束的能量分別為 6. 75MeV和7. 75MeV時(shí)，(y ， n)過(guò)程不能貢獻(xiàn)能量大于0. 31MeV和1. 31MeV的中子。由于 這些中子能量只能在各自的韌致輻射譜的終點(diǎn)處獲得，故對(duì)于來(lái)自(Y， n)過(guò)程的中子譜 來(lái)說(shuō)沒(méi)有重要的貢獻(xiàn)，甚至在中子能量分別明顯低于O. 31MeV或1. 31MeV的情況下也沒(méi)有； 以及2)來(lái)自^Th的光裂變、(Y，f)，的裂變碎片已知具有強(qiáng)烈的各向異性角度分布。該分 布在與入射光子束成90度時(shí)達(dá)到峰值，且該碎片角度分布定為I = a+b sin2 ( e )，其中e 是入射光子束方向和裂變碎片方向之間的夾角。在本文所討論的能量中，b/a比率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 l，甚至在入射光子能量高于9MeV時(shí)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))。該碎片的方向性提供 了來(lái)自于速度提升的中子角度和中子能量間的相關(guān)性，如果所述瞬發(fā)中子從具有其完全動(dòng) 能的碎片發(fā)射的話。 來(lái)自232Th ( Y ， f)的中子能譜分析結(jié)果與Sargent等人的以下結(jié)論是一致的1)從 非完全加速的碎片發(fā)出的瞬發(fā)中子分?jǐn)?shù)為0. 07±0. 09 ;2)所述瞬發(fā)中子的角度分布和能 量分布與各向同性的中子蒸發(fā)是一致的，所述各向同性的中子蒸發(fā)具有在移動(dòng)碎片的質(zhì)量 坐標(biāo)系中心的熱型譜，其中所述碎片以其完全加速的速度運(yùn)動(dòng)；以及3)在質(zhì)量坐標(biāo)系中心 的中子能譜特征在于，平均能量為1. 14±0. 06MeV。沒(méi)有明顯的溫度成分高達(dá)或高于該平均 能量。(也就是說(shuō)，隨后的Maxwellian能量分布，如果應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中的、且沒(méi)有來(lái) 自光裂變碎片運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)提升的處于靜止的碎片，將不能產(chǎn)生許多高能的中子，所述高 能中子是通過(guò)向碎片坐標(biāo)系中所發(fā)射的中子施加動(dòng)力學(xué)提升而得到的。)
圖7表示對(duì)于^Th和^U而言，來(lái)自于(Y，f)過(guò)程所產(chǎn)生的裂變碎片的瞬發(fā)中子 的角度分布，其中入射光子能量在(Y，f)過(guò)程的閾值附近。其摘自S.Nair，D.B.Gayther， B. H.Patrick禾口E.M.Bowey， Journal of Physics, G :Nuclear Physics,巻3， No. 7， 1977 (pp 1965-1978)，作者確證了 Sargent等人有關(guān)232Th的結(jié)果，并將該結(jié)果擴(kuò)展到238U的光裂變。 這些角度分布是通過(guò)檢測(cè)來(lái)自23 的中子引發(fā)裂變的碎片的檢測(cè)器而測(cè)得的。因此，它們 是光裂變碎片所發(fā)射出的所有中子能量的平均值，所述碎片旋繞在(n， f)橫截面上。這強(qiáng) 調(diào)在大約1MeV之上的中子，其中(n，f)橫截面變大(參見圖10，其表示了23 的(n， f)橫 截面。圖10由National Nuclear Data Center,Brookhaven NationalLaboratory，ENDF， Evaluated Nuclear (reaction) Data File所重現(xiàn))。 圖9也來(lái)自于Nair，其表示用和圖7相同的入射光子能量，來(lái)自于232Th和238U的 光裂變碎片的角度分布。在裂變碎片運(yùn)動(dòng)方向上來(lái)自于光裂變碎片的中子峰值通過(guò)圖7與 圖9的視覺(jué)比較而清楚地示出。(中子角度分布形狀的含義將在下面討論。)
圖2來(lái)自于Sargent等人的參考文獻(xiàn)的圖4，其示出了在相對(duì)于入射7. 75MeV的光 子束方向成77度角時(shí)，來(lái)自^Th光裂變的瞬發(fā)中子的飛行時(shí)間(能量)譜。圖2上部是瞬發(fā)中子能量標(biāo)尺。 圖2中的中子譜的一個(gè)顯著的特征是與具有大約1. 14MeV平均能量的蒸發(fā)(熱) 譜相比，存在著非常高能量的中子，如Sargent等人所報(bào)道，該報(bào)道是其對(duì)來(lái)自于232Th的光 子引發(fā)裂變的瞬發(fā)中子的能量和角度分布的分析。例如，在6MeV處的強(qiáng)度就相當(dāng)大。大量 高能中子的存在部分源于通過(guò)運(yùn)動(dòng)碎片傳遞給中子的明顯速度提升。例如，如果碎片的速 度對(duì)應(yīng)于1MeV/核子的動(dòng)能，則在碎片運(yùn)動(dòng)方向上從質(zhì)量坐標(biāo)系的碎片中心發(fā)射出的1MeV 的中子將是在實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中速度的2倍且具有4MeV動(dòng)能。這是因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中 的中子速度是碎片速度與碎片坐標(biāo)系中中子速度的總和。由于該實(shí)例中所考慮的能量和 方向是相同的，故速度加倍。動(dòng)能隨著速度的平方而變化。因而在碎片坐標(biāo)系中具有1MeV 的中子在實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中為4MeV。更普遍地說(shuō)，如果碎片速度是V，碎片坐標(biāo)中同方向中子 速度是v，則在實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)中的中子速度為V+v。在實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)中的中子動(dòng)能為E = (m/2) (V2+2Vv+v2)或E = Ef(l+2(E乂Ef)"+E乂Ef)，其中En是碎片坐標(biāo)中的中子動(dòng)能，Ef是碎片中 一個(gè)核子的動(dòng)能。因此，在上述實(shí)例中，在質(zhì)量坐標(biāo)系的碎片中心在碎片運(yùn)動(dòng)方向上以2MeV 發(fā)射出的中子將具有5. 8MeV實(shí)驗(yàn)室動(dòng)能。 在直接(Y，n)中子產(chǎn)生過(guò)程中能量守恒不允許具有高于E二Eb-Eth的中子產(chǎn)生， 其中Eb是入射光子束的韌致輻射終點(diǎn)能量，Eth是從其他相關(guān)重元素中產(chǎn)生中子的(Y ， n) 閾值能量。因此，檢測(cè)具有高于該值能量的中子是裂變存在的可靠證據(jù)。
由于232Th的(Y ， n)閾值是6. 438MeV， 6MeV的中子能量不可能來(lái)自于(Y ， n)，除 非韌致輻射終點(diǎn)到達(dá)12.438MeV。而且，即使當(dāng)韌致輻射終點(diǎn)到達(dá)該值時(shí)，來(lái)自(Y ， n)過(guò) 程的中子數(shù)量也很少，因?yàn)樗鼈冎荒軌蛲ㄟ^(guò)在韌致輻射終點(diǎn)能量處的一些光子產(chǎn)生。
這些能量考慮因素以類似的方式應(yīng)用于所有的可裂變核材料，特別是Z > 89的那 些，即錒系元素區(qū)域。此外，并且最重要的是，大多數(shù)重元素如Bi、Pb、W、Ta等，具有(Y，n) 閾值在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 范圍內(nèi)，就成為針對(duì)易裂變材料存在性的非常可靠的測(cè)試。 另一個(gè)用以證實(shí)被測(cè)中子來(lái)自于光分裂的測(cè)試是，能量高于E = Eb-Eth的中子產(chǎn) 量對(duì)入射光子能量適度增長(zhǎng)的靈敏度。特別地，測(cè)量所述產(chǎn)量相對(duì)于低于這個(gè)能量的中子 產(chǎn)量的增長(zhǎng)是很重要的。當(dāng)中子從光裂變的裂變碎片中發(fā)射出來(lái)時(shí)，所述中子產(chǎn)量的增長(zhǎng) 或相對(duì)增長(zhǎng)是不明顯的，因?yàn)楠?dú)立于精確入射光子能量的能量考慮因素，例如來(lái)自裂變碎 片運(yùn)動(dòng)的速度提升，是決定所述產(chǎn)量的最重要因素。 圖3表示了金的(y ， n)中子譜。(它是W.Bertozzi， F.R.Paolini和 C.P.Sargent， 〃 Time-of-Flight Measurements of Photoneutron Energy Spectra"， PhysicalReview， 119， 790 (1958)中的圖2)。圖3表示了 (Y，n)過(guò)程的本質(zhì)是如何造成該 過(guò)程所產(chǎn)生的中子大部分集中于低能量的。圖3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸一化處理以產(chǎn)生與來(lái)自 中子能量En〉 1. 4MeV的2D參考靶中(y ， n)過(guò)程的相同數(shù)量的中子。因?yàn)楣庾雍椭凶幽?量特別地與勺中的(Y，n)過(guò)程相關(guān)，該歸一化處理允許形成差異光子譜(高能(15. 8MeV) 韌致輻射譜和低能(14. 3MeV)韌致輻射譜之間的差異)，其對(duì)應(yīng)于中心位于大約14. 5MeV并 具有大約2MeV的半寬的光子寬波帶。也就是說(shuō)，由圖3中的兩個(gè)能量下的中子能譜間差異 所產(chǎn)生的中子能譜對(duì)應(yīng)于由上述中心位于大約14. 5MeV的能帶中的光子所產(chǎn)生的光中子。 圖3證實(shí)了由于(Y，n)過(guò)程所產(chǎn)生的中子大部分集中在低能量，因此來(lái)自(Y，n)過(guò)程的中子造成的光裂變譜污染在較高的中子能量處預(yù)計(jì)是很低的，即使從能量低于由嚴(yán)格應(yīng)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。 圖3中的光譜表明了來(lái)自(Y，n)過(guò)程的中子隨增加的中子能量而具有迅速、幾乎 指數(shù)性的減少，這與圖2中所示的在7. 75MeV韌致輻射能量來(lái)自232Th的光裂變(Y ， f)過(guò) 程的中子譜形成對(duì)比。對(duì)于金來(lái)說(shuō)，如果韌致輻射譜終點(diǎn)為7.75MeV，則來(lái)自(Y，n)的中子 譜不存在，因?yàn)?y，n)閾值Eth高于8MeV。即使具有12MeV的韌致輻射終點(diǎn)，來(lái)自金(y， n)的最高中子能量也小于4MeV，而在這一能量范圍來(lái)自(Y，n)的中子不多，因?yàn)槠鋵?duì)應(yīng)于 韌致輻射譜終點(diǎn)處的光子。對(duì)于中子能量高于6MeV的情況來(lái)說(shuō)，來(lái)自于^Th的(Y，f)的 中子產(chǎn)量在12MeV韌致輻射處非常大。 表l給出了錒系元素區(qū)域中一些典型的核的(Y，f)和(Y，n)閾值(單位MeV)。 所述(Y，f)閾值來(lái)自于H.W. Koch， 〃 Experimental Photo-FissionThresholds in 235U， 238U， 233U， 239Pu and 232Th〃 ， Physical Review, 77， 329-336 (1950)。還列出了 207Pb的(y ， n)閾值，因?yàn)樗翘烊汇U材料的成分，所述天然鉛材料可用作對(duì)抗易裂變材料檢測(cè)的屏蔽 罩。所述表格表示了對(duì)于韌致輻射終點(diǎn)能量高達(dá)llMeV時(shí)的可獲自(Y，n)過(guò)程的最大中 子能量，包括對(duì)于皿Pb時(shí)。該能量可與圖3中的光譜相比較，示出了許多能量超過(guò)6MeV的 中子，其來(lái)自于采用僅7. 75MeV的韌致輻射的232Th光裂變。甚至在11MeV的韌致輻射能量 時(shí)，沒(méi)有高于5. 7MeV的中子來(lái)自任何核，且沒(méi)有高于4. 26MeV的中子來(lái)自2°7Pb，并且處于或 接近于這些能量的中子數(shù)量非常少，因?yàn)樗鼈儗?duì)應(yīng)于處于或接近于所述韌致輻射譜終點(diǎn)能 量的光子。應(yīng)當(dāng)注意的是，隨著韌致輻射的終點(diǎn)能量從6增加至11MeV， ( y ，f)過(guò)程的重要 性也增加，因?yàn)闄M截面隨著能量增加，并且因?yàn)樵谳^低光子能量(在該處(Y， f)橫截面相 當(dāng)大)的韌致輻射譜中的光子數(shù)量增加。所述(Y，f)閾值幾乎全都低于(Y，n)閾值，并 且全都顯著低于2°7Pb的(Y ， n)閾值。
最大(y， n)中子能量(MeV) 《、()'，0閾 值(MeV)(y， n)閾 值(MeV)韋刃致輻射y終點(diǎn)能量，eb (MeV) 6 7 8 9 10 11232Th5.40±0.226.4380.561.562.563.564.56
233U5.18±0.275.7590.241.242.243.344.345.34
235u5.31±0.275.2980.701.702.703.704.705.70
238u5.08±0.156.1540.851.852.853.854.85
239Pu5.31±0.255.6470.351.352.353.354.355.35
207pb6.7380.261.262.263.264.26
表l.選定韌致輻射能量和同位素的來(lái)自(Y，n)的最大中子能量 表1中的數(shù)據(jù)表明了高于特定能量的中子產(chǎn)量是如何隨著韌致輻射終點(diǎn)能量的 改變而改變的。對(duì)于皿Pb，表1顯示，直到電子束能量超過(guò)大約11MeV才有高于4MeV的中 子產(chǎn)量。(對(duì)于金，正如上面有關(guān)圖3中所討論的，電子束能量必須超過(guò)12MeV以提供高于
244MeV的中子產(chǎn)量。)然而，對(duì)于錒系元素來(lái)說(shuō)，高于4MeV的中子產(chǎn)量會(huì)是從6MeV電子束能 量以下開始的電子束能量的強(qiáng)增加函數(shù)，這是因?yàn)榈?Y， f)閾值使得光裂變過(guò)程隨著越 來(lái)越多的光子可用于光裂變而迅速增長(zhǎng)，這些所有光子都形成獨(dú)立于光子能量的中子譜， 并且強(qiáng)烈聚集在選定的中子能量區(qū)域(例如，大于4MeV)。表l所示的錒系元素實(shí)例或其它 重金屬如2°7Pb中的(Y ， n)過(guò)程直到電子束能量相當(dāng)高于10MeV才是總產(chǎn)量的主要成分， 這是因?yàn)樗鲞^(guò)程只涉及韌致輻射終點(diǎn)Eb附近的光子。 另一點(diǎn)如下面進(jìn)一步討論，是在大多數(shù)的光子能量范圍內(nèi)，光裂變橫截面明顯大 于(Y，n)橫截面，如圖5B和5D所示。大多數(shù)情況下，來(lái)自(Y，f)的中子僅僅基于橫截面 就顯著于(Y ， n)，姑且不論本文所討論的其它特征。 表1中的數(shù)據(jù)是基于具有特定終點(diǎn)能量的連續(xù)韌致輻射譜，但類似的討論也適用 于單色光子束。對(duì)于不同的光子能量來(lái)說(shuō)，來(lái)自光裂變的中子能譜保持了對(duì)中子能量的相 同依賴，但對(duì)于單色光子來(lái)說(shuō)，總產(chǎn)量?jī)H受到特定光子能量處(Y， f)橫截面的調(diào)控。對(duì)比 之下，從韌致輻射束產(chǎn)生的中子的總產(chǎn)量則受到具有所述(Y， f)橫截面的韌致輻射譜的 巻積的調(diào)控。對(duì)于單色入射光子來(lái)說(shuō)，受能量守恒因素規(guī)定的來(lái)自(Y，n)的最大中子能量 就剛好遵循著上述討論內(nèi)容。 非4MeV的其它能量可用作定義可裂變核材料存在的"觸發(fā)值"或截止值。也就是 說(shuō)，對(duì)于任何特定的電子束能量來(lái)說(shuō)，可以選擇"觸發(fā)值"能量，使得能量高于該"觸發(fā)值" 的中子的存在在能量上對(duì)于相關(guān)的重材料如皿Pb的(Y， n)過(guò)程來(lái)說(shuō)是不可能的，因而任 何檢測(cè)到的中子只可能來(lái)源于錒系元素中的光裂變過(guò)程。圖2中的數(shù)據(jù)顯示，有許多來(lái)自 (Y， f)過(guò)程的高于6MeV的中子，因而6MeV可以選作為"觸發(fā)值"能量。也可以有其它的 "觸發(fā)值"能量；所述選擇依賴于一些因素，如期望的檢測(cè)速度、允許的假陽(yáng)性度，以及期望 的檢測(cè)效率。 此外，所述選擇也會(huì)受到容器中貨物的特定性質(zhì)的制約；如果所述貨物由具有高 (Y ， n)閾值的材料制成，如銅、鋁、鋼或氧，則可以選擇較低的"觸發(fā)值"能量。
相反，天然含有少量氖的含氫物質(zhì)可能由于其(Y， n)過(guò)程的低閾值2.2MeV而 受到關(guān)注。然而，由于能量釋放幾乎均等地被中子和質(zhì)子享有，故最大中子能量設(shè)為E = (Eb-2. 2)/2MeV，并且對(duì)于電子束能量為10MeV的實(shí)例來(lái)說(shuō)，最大中子能量大約為3. 9MeV，而 9. 2MeV的光子導(dǎo)致3. 5MeV的中子能量。因而，較高的"觸發(fā)值"可能是合適的。
更重要的關(guān)注點(diǎn)可能是9Be。它具有低(Y ， n)閾值，僅為大約1. 6MeV，并且所述 能量共享導(dǎo)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。 對(duì)Eb = 10MeV的實(shí)例來(lái)說(shuō)，最大中子能量為大約7. 5MeV。該高能量可能呈現(xiàn)出嚴(yán)重的背 景。然而，利用(Y， n)過(guò)程遵循能量守恒的嚴(yán)格規(guī)律，人們能夠區(qū)分來(lái)自錒系元素光裂變 的中子和來(lái)自化e的(Y，n)過(guò)程的中子，因此E二 (8/9) (Eb_l. 6)定義了可能的最大中子 能量，而所述光裂變過(guò)程具有很大程度上獨(dú)立于所討論的能量區(qū)域中的光子能量的中子能 譜，Eb小于大約15MeV。因此，能量大于E = (8/9) (Eb_l. 6)的中子，其中Eb是光子束能量 或韌致輻射終點(diǎn)能量，是易裂變材料的證據(jù)。在Eb = 10MeV時(shí)，高于大約7. 5MeV的中子的 存在會(huì)是證據(jù)。在Eb二8MeV時(shí)，高于5.7MeV的中子的存在會(huì)是證據(jù)。同樣，瞬發(fā)中子能 譜是獨(dú)立于光子能量的，而^e中(Y，n)過(guò)程產(chǎn)生強(qiáng)烈依賴于光子能量的中子譜。該差異 也允許區(qū)分可裂變?cè)氐拇嬖诤?Be的存在。
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然而，如果擔(dān)心這種測(cè)量可能不可靠的話，可以采取進(jìn)一步的步驟。在Eb = 10MeV 進(jìn)行時(shí)，來(lái)自鈹(Y， n)的最大中子能量為大約7.5MeV。通過(guò)減少所述光子束能量至例如 8MeV，來(lái)自鈹(Y， n)的最大能量中子將減少到5. 6MeV，但光裂變中子能量分布將不會(huì)改 變。如果有高于5.6MeV的中子，則所述過(guò)程毋庸置疑是光子引發(fā)的裂變。如果對(duì)中子來(lái)自 裂變?nèi)杂幸恍岩傻脑?，可以進(jìn)一步減少光子束能量。例如在5MeV光子或韌致輻射能量， 將幾乎沒(méi)有或沒(méi)有光裂變。但在上述光子束能量，鈹(Y ， n)產(chǎn)生高達(dá)大約3MeV的中子。 這些中子的存在將清楚地確立鈹?shù)拇嬖?。從這些中子的產(chǎn)量，可以計(jì)算出當(dāng)使用較高的光 子能量時(shí)鈹對(duì)較高中子能量的貢獻(xiàn)，來(lái)自鈹?shù)闹凶幽芰糠植急蝗サ簦Ｏ碌墓庾V用于分 析錒系元素中子的存在。 幸運(yùn)地是，9Be幾乎是該種類中唯一的。有一些其它核具有較低的(Y ，n)閾值；其 中6Li、13C ^Sm是值得注意的，其閾值分別為5. 66， 4. 95， 4. 14和5. 87MeV。上面列出 的相同過(guò)程可用以去除這些物質(zhì)以避免作為遮掩可裂變核的貢獻(xiàn)物的來(lái)源。
圖4A禾口4B，來(lái)自H,W. Koch， 〃 Experimental Photo-Fission Thresholds in235U， 238U， 233U， 239Pu and 232Th〃 'Physical Review, 77， 329-336 (1950)的圖4和5，顯示了兩種同 位素235U(圖4A)和239Pu(圖4B)的裂變碎片產(chǎn)量作為韌致輻射終點(diǎn)能量("峰譜能量") 的函數(shù)。這些說(shuō)明了裂變產(chǎn)量的迅速增加是用于產(chǎn)生韌致輻射的電子束能量的函數(shù)。圖4A 還表明，在富鈾樣品中235u的貢獻(xiàn)顯著于雜質(zhì)238U的貢獻(xiàn)。這些數(shù)據(jù)是基于實(shí)際光裂變碎 片的檢測(cè)。瞬發(fā)中子的產(chǎn)量大致遵循相同的產(chǎn)量曲線，因?yàn)樵诠饬炎冞^(guò)程中的中子發(fā)射不 依賴于目的區(qū)域中的光子能量，所述目的區(qū)域低于大約12至lj 13MeV光子能量的巨電偶極共 振。所述來(lái)自于碎片的中子發(fā)射通過(guò)之前討論的將裂變核分裂成兩個(gè)碎片的復(fù)雜的動(dòng)力學(xué) 來(lái)確定。 結(jié)果，作為韌致輻射能量的函數(shù)的給定能量的瞬發(fā)中子產(chǎn)量曲線的形狀基本上獨(dú) 立于中子能量。也就是說(shuō)，6MeV中子的產(chǎn)量曲線與2MeV、3MeV、4MeV等等的中子的產(chǎn)量曲 線具有對(duì)韌致輻射終點(diǎn)能量相同的依賴度。這與來(lái)自(Y，n)過(guò)程的中子產(chǎn)量曲線形成對(duì) 比，(Y ，n)過(guò)程起始于通過(guò)Eb = Eth+En給定的終點(diǎn)能量，其中En是期望的中子能量。因而 它們和(Y， n)閾值能量Eth偏離所述中子能量，這與(Y， f)的產(chǎn)量曲線形成對(duì)比。這強(qiáng) 有力地證明檢測(cè)到的中子來(lái)自于光裂變而不是(Y ， n)。 圖5A到5D顯示了^Pu的光子引發(fā)反應(yīng)的橫截面。它們來(lái)自B丄Berman， J. T. Caldwell，E. J. Dowdy，S. S. Dietrich,P. Meyer禾口 R. A. Alvarez, 〃 Photofission and photoneutron cross sections and photofission neutron multiplicitiesfor 233U， 234U， 237Np and 239Pu〃 'Physical Review C巻34，第6期，2201-2214 (1986)的圖7。圖5A表示 總光子吸收橫截面。圖5B表示(Y，ln)的部分橫截面，是單中子發(fā)射。圖5C表示(Y，2n) 的部分橫截面，是雙中子發(fā)射。圖5D表示(Y，f)的部分橫截面，光裂變。
光裂變橫截面(圖5D)在大部分的光子能量范圍內(nèi)顯著地大于(Y ，n)橫截面(圖 5B)。這表明錒系元素具有的共同特征是，從(Y， n)閾值起遍及大部分的巨電偶極共振范 圍內(nèi)，光裂變都是強(qiáng)烈且通常很占顯著地位的過(guò)程。假設(shè)瞬發(fā)中子從大約2. 5到大于3的 光裂變范圍倍增，來(lái)自光裂變過(guò)程的瞬發(fā)中子在所有的中子能量下都將大大顯著于入射光 子反應(yīng)通道。該特征有助于確認(rèn)錒系可裂變材料的存在，而無(wú)論是否可能存在其它的重元 素例如Pb，甚至不用考慮中子能量方面的能量守恒制約。大多數(shù)較重核中的光子吸收過(guò)程中占優(yōu)勢(shì)的是中子發(fā)射，并且總產(chǎn)量受到巨偶極求和規(guī)則控制，即積分橫截面和NZ/A成比 例，它是緩慢變化的函數(shù)。由于能量中巨偶極共振的位點(diǎn)也是核質(zhì)量的緩慢變化的函數(shù)，故 來(lái)自光裂變過(guò)程的、2.5至3倍于預(yù)期來(lái)自(Y，n)的中子產(chǎn)量的瞬發(fā)中子產(chǎn)量是光裂變的 信號(hào)，因?yàn)閷?duì)給定量的重材料來(lái)說(shuō)，單獨(dú)的(Y，f)中子產(chǎn)量將產(chǎn)生比(Y，n)明顯要高的光 子吸收橫截面。也就是說(shuō)，測(cè)量每個(gè)重核每個(gè)光子的中子產(chǎn)量允許確認(rèn)光裂變的存在，如果 重材料的存在量可以通過(guò)其它方法測(cè)量局部密度來(lái)確定的話。 瞬發(fā)中子的角度分布以及中子能量與碎片角度分布的關(guān)系也是易裂變材料和光 裂變過(guò)程的標(biāo)識(shí)，并可以用在檢測(cè)方案中。 所述碎片的角度分布對(duì)于奇偶核來(lái)說(shuō)不如偶偶核那么顯著，部分是因?yàn)樽孕?態(tài)的高度密集。奇偶核的角度分布幾乎是各向同性的，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)中所報(bào)道，其中顯示角度各向異性在 5. 6MeV時(shí)大約為10% ，在6. 61MeV時(shí)為6% ，而在8. 61MeV時(shí)為 2% 。這些結(jié)果與來(lái)自偶 偶核光裂變的碎片所表現(xiàn)出的大各向異性形成強(qiáng)烈對(duì)比，所述偶偶核光裂變的碎片自旋基 態(tài)為零。因此，一旦檢測(cè)到錒系元素的光裂變，近乎各項(xiàng)同性的中子角度分布就是奇偶易裂 變物種如235U、237Np和239Pu的標(biāo)志。強(qiáng)烈各向異性的中子角度分布則指示了偶偶易裂變物 種，如232Th和238U。(例如參見S. Nair， D. B. Gayther， B. H. Patrick和E. M. Bowey， Journal ofPhysics，G :Nuclear Physics, Vol 3， No. 7， 1977 (ppl965-1978)以及其中的參考文獻(xiàn)。)
所述中子在各種角度上的能量分布本身就是所述碎片各向異性的標(biāo)志，從而也是 核類型的標(biāo)志。該事實(shí)用于Sargent等人工作的分析中，如上面所討論。如果所述碎片是 強(qiáng)各向異性的(偶偶易裂變物種)，則中子的能譜將在與光子束成不同方向時(shí)表現(xiàn)出明顯 的區(qū)別。例如，如果所述碎片在與光子束成90度時(shí)有強(qiáng)烈的峰值，則由于碎片速度的原因， 在90度時(shí)的中子譜會(huì)與相對(duì)于光子束成接近180度或0度時(shí)的中子譜表現(xiàn)出不同程度的 速度提升。然而，如果所述碎片角度分布為近乎各向同性的(奇偶易裂變物種)，則所述中 子的能量分布將在所有角度上都相同。在兩種情況下，較高的能量都反映了所述碎片的運(yùn) 動(dòng)，但在不同角度的中子能量分布對(duì)比將反映出所述碎片隨角度的各向異性度。
所述碎片的角度分布決定著所述中子的角度分布和所述中子的能量分布作為角 度的函數(shù)。E. J. Winhold， P. T. Demos禾口 I. Halpern， Physical Review, 87， 1139 (1952); E.J. Winhold禾P I. Halpern， Physical Review,103，990-1000 (1956);以及A. P. Berg， R.M.Bartholomew, F. Brown， L Katz禾口 S. B. Kowalski， Canadian Journal of Physics, 37,1418(1959)中的結(jié)果表示了多種同位素的碎片角度分布。以下提供了來(lái)自Berg等 人的摘要，作為上述論文中的數(shù)據(jù)概述測(cè)量了光裂變碎片相對(duì)于光子束的角度分布作 為6-20Mev范圍內(nèi)最大韌致輻射能量的函數(shù)。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具有各向異性的分布，其可以描述為以下形式的方程式W( ) = l+asir^0，其中 為碎片與光束之間的角度。所述各項(xiàng)異性程度在低能量時(shí)大，隨著能量的增加而迅速減 小。在給定能量，Th-232具有最大的各向異性程度，而Pu-240的最小。
所述摘要中引用的結(jié)果與本文所涉及的其它論文中的結(jié)果基 本一致。此外，Berg等人的結(jié)果的一些更多細(xì)節(jié)列于兩個(gè)表中，該表格從所述參考文獻(xiàn)中摘出角度分布比率，于90。計(jì)數(shù)/于0°計(jì)數(shù)
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1.0站、ivt!.(t7 i.032士.0.(i4仏r，!M'、f0.03 一一 ， 山 U-2S5 1.024 ±0.05 *所述比率
J、(卜23W 1.!);M:fc《).26 0.能7-土:ft,12 'U〗膽士仏06 1.0〗.3土0.肪0.9S2土0.0S
為在90°觀察到的每單位X射線劑量的計(jì)數(shù)除以相同劑量在O。觀察到的計(jì)數(shù)。卞E。 是所述韌致輻射譜在百萬(wàn)電子伏下的最大能量。l:E。二6.5Mev時(shí)45。
/0°的比率為 1.09±0. 23表2 :角度分布(來(lái)自Berg等人的表I)W(e) = l+asin29中a的校正值
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7.0系
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*這些值(其
并不不同于零)沒(méi)有針對(duì)各向同性組合物進(jìn)行校正。表3 : a的校正的值(來(lái)自Berg等人
的表VI) 表2("角度分布...")表明，對(duì)所示的奇偶同位素的光裂變來(lái)說(shuō)，在表格中所示 的韌致輻射終點(diǎn)的能量范圍內(nèi)，90度事件與0度事件的比率大約等于1。因此，先前所討論 的b/a的值為0，且所述角度分布為各向同性的。表3("校正的值...")表明，擬合成所述 表格中顯示的角度分布的歸一化形式也是韌致輻射終點(diǎn)的函數(shù)。所得到的角度分布是明顯 各向異性的。在本文參考文獻(xiàn)中涉及的這些數(shù)據(jù)、引用摘要以及理論基礎(chǔ)中，普遍規(guī)律是準(zhǔn) 確的；奇偶錒系元素發(fā)生各向同性的光裂變，而偶偶錒系元素發(fā)生各向異性的光裂變。特別 地，所述結(jié)果通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了最容易被用于核武器的同位素，^U、，Pu和^Np。這些物質(zhì)將 發(fā)生各向同性的光裂變，這與238U、232Th以及其它被測(cè)的偶偶同位素形成對(duì)比。
圖9表示了來(lái)自偶偶核光裂變的裂變碎片角度分布，圖7表示了從這些碎片發(fā)射 出的瞬發(fā)中子的角度分布，這兩幅圖證實(shí)了在相對(duì)于光子束90度時(shí)所述碎片和中子角度 分布通常出現(xiàn)峰值。在150度時(shí)所述中子產(chǎn)量比90度時(shí)大約少20% ，并且所述分布的形狀 以90度為軸大致對(duì)稱。所述碎片角度分布表明了如預(yù)期那樣具有較大的各向異性度，因?yàn)?所述中子分布是通過(guò)疊加所述碎片質(zhì)心中的各向同性角度分布和所述碎片在角度方面的 分布來(lái)形成的。與這些分布相比，可以用于制造武器的同位素^U、，Pu和^Np(未示出) 表現(xiàn)出光裂變碎片的大多數(shù)各向同性角度分布(如上面所討論)，并且所得到的所述瞬發(fā) 中子的角度分布也是各向同性的。 用于實(shí)施本文所述的方法的檢測(cè)器系統(tǒng)的一種實(shí)施方案需要光子源，所述光子源 具有能夠超過(guò)(Y， f)閾值的能量，以及中子檢測(cè)器。所述光子可以是單色的，可以由能夠 變化能量的源產(chǎn)生，或者可以分布在寬的能量范圍內(nèi)(所述能量范圍能夠良好確定最高能 量)，例如根據(jù)上面所討論的電子生成的韌致輻射譜。當(dāng)使用加速器來(lái)提供所述電子時(shí)，所
28述電子加速器可以具有將電子束的能量從低于裂變位壘(閾值)變到較高能量的能力，以 便開發(fā)上面所討論的所有模態(tài)。 能夠區(qū)分中子能量的任何中子檢測(cè)器都是合適的。利用了能量沉積的檢測(cè)器，例 如來(lái)自氫閃爍體中中子彈性散射的反沖質(zhì)子，就是可能的選擇。測(cè)量中子引發(fā)的反應(yīng)能量 的檢測(cè)器是另一種可能的選擇。通過(guò)飛行時(shí)間測(cè)量中子能量的方法也是合適的檢測(cè)方案。 這種檢測(cè)方法所需的能量分辨率必須足夠排除來(lái)自非錒系元素材料中(Y， n)過(guò)程的中 子，如上面所討論。 因?yàn)榉清H系元素(Y， n)的污染可以通過(guò)選擇入射光子的能量(或韌致輻射終 點(diǎn))或被測(cè)的中子能量來(lái)控制并較少地表現(xiàn)出來(lái)，故所需的分辨率是許多測(cè)量技術(shù)所許可 的。所需的特定分辨率可能詳細(xì)取決于所考慮的特殊情況，但在4到6MeV的中子能量處大 約0. 5-0. 75MeV的分辨率可能就足夠了。 在一些實(shí)施方案中，可能需要以可能的光子通量來(lái)操作的檢測(cè)方法，這些光子通
過(guò)從被研究材料中沿著檢測(cè)器方向散射出來(lái)而產(chǎn)生。光子還可以由天然輻射和宇宙射線產(chǎn)
生。因此，所述中子檢測(cè)器可能必須采用無(wú)源和有源的屏蔽技術(shù)進(jìn)行屏蔽。 此外，作為上述事實(shí)的結(jié)果，需要中子檢測(cè)器來(lái)區(qū)分光子和中子。這可以通過(guò)所采
用的反應(yīng)過(guò)程、光子相對(duì)于中子的飛行時(shí)間、以及檢測(cè)器區(qū)分重顆粒(例如中子)相比較于
電子的能量沉積的能力來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)通過(guò)帶電顆粒通過(guò)產(chǎn)生的離子化密度具有不同衰減時(shí)
間的有機(jī)和無(wú)機(jī)閃爍體可能是適用的。在這種閃爍體中利用信號(hào)處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)從中子
中分離光子，所述信號(hào)處理技術(shù)利用了這些不同帶電顆粒的響應(yīng)。 圖ll證實(shí)，當(dāng)使用低于9MeV的入射光子能量時(shí)，可以對(duì)來(lái)自光子引發(fā)裂變的瞬發(fā) 中子與由(口，n)反應(yīng)產(chǎn)生的中子進(jìn)行能量分離。該圖是利用9MeV的韌致輻射束獲得的， 所述韌致輻射束是在Technical University ofDarmstadt的CW S-DALINAC中產(chǎn)生。圖11 中所示的來(lái)自Pb和高濃鈾(HEU)靶的光譜是采用為CAARS PNPF模塊提出的技術(shù)來(lái)獲得的。 有機(jī)液體閃爍體用來(lái)確定沉積在檢測(cè)器中的能量并用來(lái)分離光子和中子事件。較淺的數(shù)據(jù) 點(diǎn)代表來(lái)自Pb的事件(其如上面所討論，對(duì)于2°7P同位素來(lái)說(shuō)，具有大約6. 5 MeV的(□， n)閾值)，而較深的數(shù)據(jù)點(diǎn)代表來(lái)自HEU的事件(其具有5. 5 MeV的光裂變閾值)。該中子 事件聚集在所述圖的較下面部分并且清楚地區(qū)分于上面的光子事件。在中子事件中，框表 示來(lái)自HEU瞬發(fā)光裂變的中子看上去明確無(wú)誤的區(qū)域。該區(qū)域中的中子信號(hào)是錒系元素光 裂變事件的明確無(wú)誤信號(hào)。 圖6表示了一種示例性實(shí)施方案的系統(tǒng)600，其用于通過(guò)分析高能瞬發(fā)中子來(lái)檢 測(cè)容器中的易裂變材料，所述瞬發(fā)中子來(lái)自光子引發(fā)的裂變。能量為Eb的電子束602通過(guò) 電子加速器601產(chǎn)生。所述電子束602當(dāng)打在韌致輻射靶603(又稱為輻射體)上時(shí)產(chǎn)生韌 致輻射光子。所述電子加速器601和輻射體603可任選地被單色或近乎單色的光子源所代 替。所述任選的準(zhǔn)直器604使所述韌致輻射準(zhǔn)直。屏蔽罩605可以將所述韌致輻射靶603 和電子加速器601封閉起來(lái)。光子束607導(dǎo)向待被分析的可能含有易裂變材料608的容器 606上。所述易裂變材料608與容器606的(例如)三個(gè)壁的距離設(shè)為x、y和z。放在容器 606后面的光子檢測(cè)器609可任選地用于監(jiān)測(cè)所發(fā)射出的光子束607的光子通量。檢測(cè)器 610、611、612和613可以以大致90度的角度放在所述容器606周圍的位置，并與校準(zhǔn)光子 束607成方便的后方位角。所述檢測(cè)器的數(shù)量和位置可以按照上述原則和方法與圖6所示的不同。在所示實(shí)施方案中，檢測(cè)器610和611可以放置在離容器606壁已知的距離L610 和L611。如果需要的話，所述檢測(cè)器610、611、612和613可任選地被屏蔽罩所包圍(未示 出)，以及被反符合計(jì)數(shù)系統(tǒng)(anti-coincidence counting system)所包圍(未示出)。所 述檢測(cè)器610、611、612和613本身可以對(duì)中子能量敏感或者其可以作為系統(tǒng)(例如一種利 用飛行時(shí)間的系統(tǒng))的一部分，所述系統(tǒng)將為每個(gè)檢測(cè)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通過(guò)所述容器606及其內(nèi)容物之后收集剩余的光子通量。 所述束流收集器614以及任選的發(fā)射通量監(jiān)測(cè)器，檢測(cè)器609，可以根據(jù)需要被屏蔽而不會(huì) 直接看到該檢測(cè)器。來(lái)自檢測(cè)器609、610、611、612和613的信號(hào)通過(guò)連接裝置615連接到 信號(hào)處理電子設(shè)備和/或計(jì)算機(jī)616上，該設(shè)備和/或計(jì)算機(jī)處理所述檢測(cè)器信號(hào)，并可任 選地通過(guò)連接裝置617將其它們和/或處理過(guò)的信息傳送給中央控制以及數(shù)據(jù)分析和存儲(chǔ) 系統(tǒng)(未示出)。可替代地，所述檢測(cè)器信號(hào)可以直接通往所述中央系統(tǒng)以用于處理和分 析。 作為另一種在中子檢測(cè)器中直接檢測(cè)中子能量的方式，可以將低占空比的 LINAC(例如Varian linatron)或其它合適的電子加速器進(jìn)行脈沖以允許實(shí)施飛行時(shí)間 (TOF)技術(shù)。與其它的檢測(cè)技術(shù)相比，例如利用連續(xù)入射光子束的脈沖形狀甄別法，所述 TOF方法預(yù)計(jì)具有較高的收集高能中子的效率，較低的環(huán)境背景，以及較高的確定角度分布 的可能性。所述TOF方法可以采用短脈沖結(jié)構(gòu)(10ns)和選通檢測(cè)器來(lái)排除伽瑪閃爍。TOF 內(nèi)在的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合改良的LINAC和檢測(cè)器，可以部分補(bǔ)償普通配置的脈沖加速器的降低的占 空比。 在飛行時(shí)間(TOF)實(shí)施方案中，可以對(duì)電子加速器601或其它的源施加一定時(shí)間 段T的脈沖來(lái)產(chǎn)生電子束602 (脈沖化的)，并關(guān)閉足夠長(zhǎng)的時(shí)間以使所有的可檢測(cè)中子 (來(lái)自光子束607與容器606及其內(nèi)容物之間的相互作用)通過(guò)所述檢測(cè)器。然后所述電 子束602可以再次脈沖一定的時(shí)間段T?？梢灾貜?fù)該順序直到獲得所希望的檢測(cè)數(shù)據(jù)。
所述電子加速器601或者在所述韌致輻射靶603附近的或在所述韌致輻射或光子 束607中的一些附屬靶(未示出)可以提供基準(zhǔn)信號(hào)，當(dāng)所述光子束607產(chǎn)生時(shí)該基準(zhǔn)信號(hào) 會(huì)通知到所述信號(hào)處理電子設(shè)備和/或計(jì)算機(jī)616。在易裂變樣品608中由光裂變產(chǎn)生的 中子以時(shí)間L/v到達(dá)檢測(cè)器，其中L是可裂變樣品608到目標(biāo)檢測(cè)器的距離，v是所述中子 的速度。對(duì)于檢測(cè)器611來(lái)說(shuō)，例如，在所表示的實(shí)施方案中，其與入射光子束607成直角 面對(duì)著所述易裂變樣品608， L = L611+y， y即易裂變樣品608到容器606的最接近檢測(cè)器 611的相應(yīng)壁的距離。所述中子的速度設(shè)為v二 (2E/m)"2，其中E是中子的動(dòng)能，m是中子 質(zhì)量。來(lái)自檢測(cè)器611的信號(hào)到達(dá)信號(hào)處理電子設(shè)備和/或計(jì)算機(jī)616，其將所述基準(zhǔn)信號(hào) 到達(dá)時(shí)間與檢測(cè)器611信號(hào)到達(dá)時(shí)間之差轉(zhuǎn)換成所述中子到檢測(cè)器的飛行時(shí)間(TOF)。利 用關(guān)系式TOF = (L611+y)/v，所述信號(hào)處理電子設(shè)備和/或計(jì)算機(jī)616計(jì)算出所述中子速 度并由此算出其能量(E二mv72)，并記錄該數(shù)據(jù)然后將其傳送給中央控制和分析系統(tǒng)(未 示出)。 所述檢測(cè)系統(tǒng)的能量分辨率取決于所述中子的TOF、 T、 L以及飛行距離到所述檢 測(cè)器不同部分的離差(dispersion)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，這些參數(shù)(包括電子束脈沖 寬度T)和所述系統(tǒng)的幾何形狀可以進(jìn)行調(diào)整以獲得足以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的能量分辨率。
(狹窄的)光子束607可以順序地掃過(guò)所述容器606以照射易裂變樣品608可能
30位于的不連續(xù)柱體。這用于更好地定位任何可裂變材料的位置，并減少容器內(nèi)其它的中子 產(chǎn)生材料所造成的背景。或者，例如，所述光子束607可以是寬的扇形束，其可覆蓋容器606 的更大區(qū)域，其中所述扇形在朝著所述檢測(cè)器的方向上成90度展開。這允許所述容器有更 寬的掃描區(qū)域但限制在狹窄的方向上。這種實(shí)施方案將有助于針對(duì)易裂變材料以較短的時(shí) 間掃描容器。其會(huì)檢測(cè)分布在扇形束尺寸范圍內(nèi)的易裂變材料。在這種幾何構(gòu)造中，不知 道x和y，但其可以通過(guò)比較容器兩邊的中子能量譜來(lái)推導(dǎo)得出，因?yàn)樗鼈儜?yīng)當(dāng)非常接近于 相同，特別是在最高能量時(shí)。開始為任何假設(shè)的"a"值，例如所述容器寬度的1/2(x = y)， 所得到的光譜都可以通過(guò)改變"a"值來(lái)調(diào)整，直到所述光譜調(diào)到具有相同的高能形狀。
用于短持續(xù)時(shí)間電子束脈沖的技術(shù)是公知的技術(shù)，對(duì)于高能量電子束而言容易產(chǎn) 生一些納秒的脈沖。1MeV中子在lm內(nèi)的飛行時(shí)間為72納秒。因此，一些米的飛行距離即 產(chǎn)生如下飛行時(shí)間(例如，在3米的距離內(nèi)，6MeV中子為大約71納秒)其允許10到20納 秒的電子束脈沖持續(xù)時(shí)間，從而允許通過(guò)能量選自以將光裂變中子與來(lái)自(Y， n)過(guò)程的 中子分離。 其它特殊的實(shí)施方案也是可能的，一些在本文中提到，作為進(jìn)一步說(shuō)明所述方法 以解析之前描述的概念和方法。 圖6中檢測(cè)器610、611、612和613可以為任何能夠明確無(wú)誤地檢測(cè)中子的檢測(cè) 器。不是測(cè)量中子飛行時(shí)間以確定其能量，在一些應(yīng)用中僅列明所述事件肯定為中子并且 所述能量大于確定量就足夠了。這將表征所述中子能量高于確定量。 一些這類中子的能量 可能會(huì)涉及到。結(jié)合如上所述的對(duì)電子束能量或光子能量的控制，確定能量高于特定預(yù)設(shè) 量的中子數(shù)量將所述中子歸為來(lái)自光裂變。如上面所述，其它過(guò)程例如(Y，n)，在中子能 量大于E = Eb-Eth時(shí)是不可能的，其中Eb為韌致輻射的終點(diǎn)或者光能量，Eth為可能存在的 相關(guān)非錒系材料的(Y，n)閾值，所述非錒系材料需要從被懷疑的錒系元素中區(qū)分出來(lái)。
如上面所討論，來(lái)自光裂變的中子能量分布非常獨(dú)立于用于在本文所討論的光子 能量區(qū)域中(等于或低于巨電偶極共振)引起光裂變的光子的能量。另一種實(shí)施方案利用 了這個(gè)事實(shí)來(lái)確定是否所述中子源于光裂變。改變所述光子能量或韌致輻射終點(diǎn)能量不會(huì) 實(shí)質(zhì)上改變來(lái)自光裂變的中子的能量分布。然而，對(duì)于其它過(guò)程例如(Y ，n)來(lái)說(shuō)就并非如 此，特別是在較高的中子能量區(qū)域，這是由于能量守恒以及上面討論的需要E = Eb-Eth造成 的。因而，測(cè)量對(duì)于不同光子能量的中子能量分布并比較所述結(jié)果，可以確認(rèn)錒系元素光裂 變?；蛘?，測(cè)量和比較隨光子能量改變而高于特定能量的中子數(shù)量，可以獲得同樣的結(jié)果。
另一種實(shí)施方案會(huì)隨著光子能量變化測(cè)量給定中子能量的中子產(chǎn)量，并可以針對(duì) 多個(gè)中子能量進(jìn)行。這會(huì)針對(duì)給定能量的中子生成產(chǎn)量曲線，作為光子能量的函數(shù)。由于 來(lái)自光子引發(fā)的裂變的中子能量譜獨(dú)立于所述入射的光子能量，所以會(huì)對(duì)所有的中子能量 得出作為光子能量函數(shù)的相同的產(chǎn)量曲線，如果所述光譜為光裂變占主導(dǎo)的話。然而，如果 所述中子譜源自相關(guān)的非錒系元素材料的(Y， n)的話，則每個(gè)中子能量具有作為光子能 量函數(shù)的產(chǎn)量曲線，其中光子能量中偏移了該清楚的中子分離能量，特別是對(duì)于在可能的 最高能量的中子來(lái)說(shuō)。同樣這遵循能量守恒。 中子檢測(cè)可以基于所述中子和所述檢測(cè)器中所述組成材料之間的反應(yīng)能。這種性 質(zhì)的檢測(cè)器有時(shí)可以但不總是被稱為"閾值檢測(cè)器"，因?yàn)榉磻?yīng)只有在所述中子能量大于特 定量時(shí)才會(huì)發(fā)生。這種反應(yīng)的實(shí)例包括但不限于(n， n' Y)，(n，n' f)，(n，n' p) ， (n，n' d)和(n，n' a )。所述事件的檢測(cè)可以基于但不限于以下檢測(cè)閃爍事件并測(cè)量沉積的能量；由材料中的離子化過(guò)程產(chǎn)生的電荷并測(cè)量總電荷；以及，檢測(cè)放射性核，其中所述放射性只有在所述中子能量(一個(gè)或多個(gè))大于特定值(一個(gè)或多個(gè)多個(gè))時(shí)才會(huì)引發(fā)。所有這些方法都包括在本發(fā)明所描述的實(shí)施方案中。 如上面所討論，一些市場(chǎng)上可買到的塑料和液體閃爍體能夠利用適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理技術(shù)明確無(wú)誤地確認(rèn)中子。這些檢測(cè)器還具有足夠快的用以定性的響應(yīng)時(shí)間，以為本文所述的目的，并且這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是已知的。這些檢測(cè)器部分是作為質(zhì)子反沖檢測(cè)器工作的，其是基于通過(guò)中子彈性散射而賦予質(zhì)子的能量，所述中子從含氫材料中的質(zhì)子處發(fā)生彈性散射。因此，部分地，其可以起到"閾值檢測(cè)器"的作用，如上面所討論，以及提供檢測(cè)器中發(fā)生事件的時(shí)間并根據(jù)中子確認(rèn)所述事件。這種檢測(cè)方法是本文所描述的實(shí)施方案的一部分。 |3衰減之后的緩發(fā)中子也可以通過(guò)本文所述的方法來(lái)檢測(cè)，并用于檢測(cè)可裂變材料的方法。它們與上面所討論的瞬發(fā)中子相比，含量少了很多。在大多數(shù)情況下，它們的存在可以用作另一種檢測(cè)方法，以擴(kuò)充本文所討論的實(shí)施方案。它們可以通過(guò)許多技術(shù)從瞬發(fā)中子中區(qū)分出來(lái)。利用具有脈沖束設(shè)定以測(cè)量瞬發(fā)中子的TOF，使緩發(fā)中子看上去在以曝光時(shí)間或上述TOF實(shí)施方案中脈沖數(shù)量建立的時(shí)間內(nèi)成均勻的分布。用于建立緩發(fā)中子信號(hào)的時(shí)間是P衰減壽命的特征。如果光子束關(guān)閉，它們?cè)?3衰減壽命的特征時(shí)間方面將減少。所述緩發(fā)中子的存在在許多情況下可以作為作用極小的因素被忽略不計(jì)。在一些情況下，其可以用作檢測(cè)可裂變材料的輔助手段。在所有情況下，所述緩發(fā)中子的存在可以被考慮進(jìn)去，并且所述結(jié)果因此進(jìn)行校正，如果這些實(shí)施方案需要校正的話。
所述光子束可以是在上面討論TOF實(shí)施方案時(shí)所述的各種脈沖的，或者其可以具有連續(xù)性特征，如來(lái)自連續(xù)工作的射頻加速器、DC加速器、或類似的單色或幾乎單色性質(zhì)的功能光子源。 另一種掃描實(shí)施方案會(huì)在所有橫向于所述光束方向的方向上采用非常寬的光束幾何形狀，并加以準(zhǔn)直化，以將所述光束尺寸限制在所述容器以其最大表現(xiàn)形式的寬度尺寸內(nèi)。該實(shí)施方案在檢測(cè)大容積范圍內(nèi)分散成小樣品的可裂變材料時(shí)非常有效，例如廣泛分布在所述容器的大區(qū)域中的薄片或廣泛分布的小球。 可以有許多的光束幾何形狀，對(duì)于特定情況來(lái)說(shuō)每個(gè)都具有本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識(shí)到的特別優(yōu)點(diǎn)，并且其均包含于本發(fā)明之內(nèi)。 為了盡可能快地實(shí)施容器掃描過(guò)程，可優(yōu)選以低閾值或觸發(fā)中子檢測(cè)能量來(lái)實(shí)施首次掃描，以便最大化來(lái)自光裂變的信號(hào)，甚至于付出會(huì)獲得來(lái)自(Y， n)過(guò)程的信號(hào)的代價(jià)。如果在適當(dāng)?shù)拈g隔內(nèi)沒(méi)有記錄來(lái)自容器或其一部分的事件，或者沒(méi)有事件高于可接受的背景，則所述掃描可以繼續(xù)到所述容器的另一部分，或者如果整個(gè)容器都被掃描完的話，所述容器可以繼續(xù)傳送。如果檢測(cè)到了事件，所述閾值或觸發(fā)中子檢測(cè)能可以被提高，并且容器或其部分利用所述較高的中子閾值或觸發(fā)檢測(cè)能重新掃描以減少或消除來(lái)自競(jìng)爭(zhēng)性(Y，n)過(guò)程的污染。或者，當(dāng)然，重新掃描時(shí)也可以采用本文所列的其他方法，用以區(qū)分光裂變和(Y，n)過(guò)程。 由于角度分布可能難以測(cè)量出(考慮到不同貨物載荷的差別吸收和散射)，故重要的是認(rèn)識(shí)到，如上面所討論，如果瞬發(fā)中子的能量分布獨(dú)立于相對(duì)光子束的角度的話，則所述碎片各向同性地發(fā)射，并且所述可裂變材料為奇偶同位素然而，如果相對(duì)于成接近180度的大角度的瞬發(fā)中子譜，所述瞬發(fā)中子的譜線在與光子束成90度處具有位于較高能量的較大富集，則所述碎片具有峰值在90度的角度分布，并且所述易裂變材料為偶偶同位素。因此，在兩個(gè)角度測(cè)量中子能量分布能夠?qū)崿F(xiàn)這種確定。 另一種實(shí)施方案去掉了沿不同路徑的差別吸收所造成的瞬發(fā)中子的能量分布和角度依賴中的不確定性，所述不同路徑是中子穿過(guò)容器到達(dá)不同檢測(cè)器所經(jīng)過(guò)的。該實(shí)施方案將光子束沿著不同方向?qū)蛉萜?。例如，在一種設(shè)置中，光子束可以從頂部進(jìn)入所述容器，而中子檢測(cè)器在和所述光子束成100度的位置以及和所述光子束成170度的位置觀察所述中子。通過(guò)改變光子束從所述容器側(cè)面進(jìn)入的方向，所述檢測(cè)器會(huì)變換角色。之前成100度的現(xiàn)在成170度，而之前成170度的現(xiàn)在成100度。然而，中子吸收的差別方面保持完全相同。兩種測(cè)量法現(xiàn)在提供了有關(guān)影響的清楚指示，即影響著相對(duì)于光子方向的所述中子發(fā)射角度的中子能量分布，以及所述中子相對(duì)于所述光子束方向的角度分布。作為特別的特征，如果所述光裂變過(guò)程是各向同性的，則檢測(cè)器中的所述相對(duì)中子產(chǎn)量將不會(huì)改變。改變則表明在原始光裂變過(guò)程中為各向異性。 對(duì)于其它的角度該過(guò)程也具有普遍性。例如，圖8A和8B，分別表示了具有可裂變材料808的容器806。第一中子檢測(cè)器801示出在第一位置，第二中子檢測(cè)器802示出在第二位置。在圖8A中，光子束807A從第一方向(方向1)照射所述容器806。在圖8B中，光子束807B從第二方向(方向2)照射所述容器806。對(duì)于兩個(gè)光子束方向中的每一個(gè)來(lái)說(shuō)，所述中子檢測(cè)器801和802相對(duì)于光子束(807A或807B)方向交換了角度。對(duì)于光子束方向1，第一中子檢測(cè)器801處于角度^，第二中子檢測(cè)器802處于角度e2。對(duì)于光子束方向2，第一中子檢測(cè)器801處于角度92，第二中子檢測(cè)器802處于角度ei() ^和^分別是沿著光子束方向1和2光子束在靶808處(其可能為可裂變材料)的強(qiáng)度。如果S(E， e )
為方向e上的中子的能量譜，則光子束方向i上被兩個(gè)檢測(cè)器所檢測(cè)到的中子描述為測(cè)量
函數(shù)Fi(E， 9j):第一中子檢測(cè)器801 :FJE， e》=IpAjE)xS(E， e》；以及第二中子檢測(cè)器802:F2(E， 92) = IlXA2(E)xS(E， 9 2)。 利用方向2的光束被兩個(gè)檢測(cè)器所檢測(cè)到的中子為第一中子檢測(cè)器801 :FJE，92) = 12xAjE)xS(E， 92);以及第二中子檢測(cè)器802 :F2(E， e》=I2xA2(E)xS(E， e》。
衰減因子^和^相對(duì)于光子束位置保持恒定，可以得到比率來(lái)消除這些因子，使
得(s(e， e》/s(e， e2)}2=化(e， e風(fēng)(e， e》跳(e， 02)賴，92)}(等式1)
因此，s(E， e》和s(E， e 2)通過(guò)測(cè)得的量相關(guān)聯(lián)，并且可以直接進(jìn)行比較。本領(lǐng)
域技術(shù)人員能夠?qū)⒃摷夹g(shù)普及到多于兩個(gè)的檢測(cè)器上，該實(shí)施方案意在包含所有這些變化方式。 除非另有說(shuō)明，所示實(shí)施方案能夠理解為提供了特定實(shí)施方案的變化細(xì)節(jié)的示例
性特征，因此，除非另有說(shuō)明，該實(shí)施方案的特征、部件、模塊和/或方面可以進(jìn)行其它方式地組合、指定、交換和/或重新設(shè)置，而不背離所公開的裝置或方法。此外，所述部件的形狀和尺寸也是示例性的，除非另有說(shuō)明，其可以在不影響所公開的裝置或方法的情況下進(jìn)行改變。也可以有其它特別的實(shí)施方案，一些在本文中提到，作為進(jìn)一步說(shuō)明所述方法以解析之前描述的概念和方法。 盡管術(shù)語(yǔ)"核材料"、"可裂變的核材料"、"易裂變材料"和"可裂變材料"各式各樣
33地用在本發(fā)明中，但發(fā)明者的意思是這些術(shù)語(yǔ)是可以交換使用的，并且均意在指那些能通過(guò)伽馬射線作用或通過(guò)熱中子或快中子引發(fā)裂變的材料。這些術(shù)語(yǔ)并不是指響應(yīng)伽馬或中子輻射而發(fā)射中子的材料，除非這些材料也可以被伽馬射線作用或熱中子或快中子引發(fā)裂變。本文中使用的術(shù)語(yǔ)"容器"意在包括任何封閉物或部分封閉物，其可以包圍或部分包圍可裂變材料以隱藏或部分隱藏它或屏蔽它或者部分屏蔽它而不被常規(guī)檢測(cè)方法測(cè)得——其包括但不限于貨物和船運(yùn)容器和車輛。 盡管本文所公開的系統(tǒng)和方法參考其示例性的實(shí)施方案來(lái)特別表示和說(shuō)明的，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，其中可以做出各種形式和細(xì)節(jié)的改變而不背離本發(fā)明的范圍。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到本發(fā)明也能夠廣泛用于進(jìn)一步的和其它的實(shí)施方案中，其在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)之內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到或者采用常規(guī)的試驗(yàn)?zāi)艽_定許多與本文特別描述的示例性實(shí)施方案等價(jià)的方式。這種等價(jià)方式意在包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
檢測(cè)容器內(nèi)包含錒系元素的材料存在的方法，包括a)定位所述容器，使得至少一個(gè)中子檢測(cè)器以相對(duì)于光子束的第一角度觀測(cè)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預(yù)定截止光子能量的光子；c)在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)至少一些中子，所述中子通過(guò)所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產(chǎn)生；d)針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每個(gè)，確定所述測(cè)得中子的能量；以及e)基于至少一個(gè)所述測(cè)得中子的確定能量超過(guò)了預(yù)定的值，識(shí)別存在于所述容器中的所述包含錒系元素的材料。
2. 權(quán)利要求l的方法，其中所述預(yù)定值為所述第一預(yù)定截止光子能量與較低能量之間 的差。
3. 權(quán)利要求2的方法，其中所述較低能量為在特定材料中通過(guò)(□， n)過(guò)程產(chǎn)生中子 的閾值能量。
4. 權(quán)利要求2的方法，其中所述較低能量不大于在特定材料中通過(guò)(□， n)過(guò)程產(chǎn)生 中子的閾值能量。
5. 權(quán)利要求2的方法，其中所述較低能量為小于在特定材料中通過(guò)(□， n)過(guò)程產(chǎn)生 中子的閾值能量的預(yù)定量。
6. 權(quán)利要求2的方法，其中所述較低能量基于所述容器中可能存在的材料來(lái)確定。
7. 權(quán)利要求2的方法，其中所述較低能量基于所述容器中存在的材料來(lái)確定。
8. 權(quán)利要求1的方法，其中包括能量不大于所述第一預(yù)定截止光子能量的光子的所述 光子束為通過(guò)所述第一預(yù)定截止能量的電子產(chǎn)生的韌致輻射光子束。
9. 權(quán)利要求1的方法，其中包括能量不大于所述第一預(yù)定截止光子能量的光子的所述 光子束為單色光子束。
10. 權(quán)利要求l的方法，其中確定所述測(cè)得中子的能量包括測(cè)量所述測(cè)得中子的飛行 時(shí)間。
11. 權(quán)利要求1的方法，其中確定所述測(cè)得中子的能量包括分析沉積在至少一個(gè)所述 中子檢測(cè)器中的能量。
12. 權(quán)利要求l的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個(gè)中子檢測(cè)器觀測(cè)所述容器， 所述中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束不同的角度來(lái)觀測(cè)所述容器，并且中子在至少兩個(gè)所 述中子檢測(cè)器中檢測(cè)，進(jìn)一步包括f) 確定在至少兩個(gè)所述中子檢測(cè)器中在預(yù)定的中子能量范圍內(nèi)的總中子產(chǎn)量；以及g) 基于比較來(lái)自于相對(duì)所述光子束成不同角度觀測(cè)所述容器的所述至少兩個(gè)中子檢 測(cè)器的所述總中子產(chǎn)量，來(lái)進(jìn)行如下確定如果總產(chǎn)量揭示中子各向同性分布作為相對(duì)于 所述光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產(chǎn)量揭示中子各 向異性分布作為相對(duì)于所述光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
13. 權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括f)對(duì)于相對(duì)于所述光子束成至少一個(gè)新的角度而言i)移動(dòng)至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器，使得所述移動(dòng)的中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束的所述新角度觀測(cè)所述容器；ii) 用包括能量不大于所述第一預(yù)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) 在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中，檢測(cè)由所述光子束與所述容器的至少一部 分之間的相互作用產(chǎn)生的至少一些中子；以及iv) 針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每一個(gè)，確定所述測(cè)得的中子的能量；g) 對(duì)于相對(duì)于所述光子束的至少一些所述中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，確定位于相對(duì)于所述 光子束的所述角度處在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中在預(yù)定的中子能量范圍內(nèi)的總 中子產(chǎn)量；以及h) 對(duì)于相對(duì)所述光子束的至少一些中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，基于比較來(lái)自所述至少一個(gè) 移動(dòng)的中子檢測(cè)器的所述總中子產(chǎn)量，進(jìn)行如下確定如果總產(chǎn)量揭示中子各向同性分布 作為相對(duì)于所述光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產(chǎn)量 揭示中子各向異性分布作為相對(duì)于所述光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為偶 偶同位素。
14. 權(quán)利要求1的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個(gè)中子檢測(cè)器觀測(cè)到所述容 器，所述中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束成不同的角度來(lái)觀測(cè)所述容器，并且中子在至少 兩個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)，進(jìn)一步包括f) 確定在至少兩個(gè)所述中子檢測(cè)器中的中子能量產(chǎn)量；以及g) 基于比較來(lái)自于相對(duì)所述光子束成不同角度觀測(cè)所述容器的所述至少兩個(gè)中子檢 測(cè)器的所述中子能量分布，來(lái)進(jìn)行如下確定，如果隨著相對(duì)于所述光子束的角度變化所述 能量分布沒(méi)有改變超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果隨著相對(duì)于所 述光子束的角度變化所述能量分布改變超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
15. 權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括f) 對(duì)于相對(duì)于所述光子束成至少一個(gè)新的角度來(lái)說(shuō)i) 移動(dòng)至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器，使得所述移動(dòng)的中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束的 所述新角度觀測(cè)所述容器；ii) 用包括能量不大于所述第一預(yù)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) 在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中檢測(cè)由所述光子束與所述容器的至少一部 分之間的相互作用產(chǎn)生的至少一些中子；以及iv) 針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每一個(gè)，確定所述測(cè)得的中子的能量；g) 對(duì)于相對(duì)于所述光子束的至少一些所述中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，確定在相對(duì)于光子束 的所述角度處在預(yù)定的中子能量范圍內(nèi)在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中的中子能量 分布；以及h) 對(duì)于相對(duì)所述光子束的至少一些中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，基于比較來(lái)自所述至少一個(gè) 移動(dòng)的中子檢測(cè)器的所述中子能量分布，進(jìn)行如下確定如果隨著相對(duì)于所述光子束的角 度變化所述能量分布沒(méi)有改變超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果隨 著相對(duì)于所述光子束的角度變化所述能量分布改變超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
16. 權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括f) 用包括能量不大于不同的預(yù)定截止光子能量的光子的至少一個(gè)額外的光子束照亮 所述容器的至少一部分；g) 在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的 相互作用產(chǎn)生的至少一些中子；h) 針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每一個(gè)，確定所述測(cè)得的中子的能量；i) 選擇較高的中子能量區(qū)域，在所述能量區(qū)域中對(duì)于任何所述預(yù)定截止光子能量而言 來(lái)自(Y，n)過(guò)程的中子在能量上是不允許的；以及選擇較低的能量區(qū)域，在所述能量區(qū)域 中對(duì)于所有所述預(yù)定截止光子能量而言來(lái)自(Y，n)過(guò)程的中子在能量上是允許的；j)對(duì)于所述預(yù)定的截止光子能量中的每一個(gè)，在至少兩個(gè)預(yù)定的中子能量范圍內(nèi)確定 所述中子檢測(cè)器之一中的中子產(chǎn)量，其中至少一個(gè)預(yù)定的中子能量范圍包括其中來(lái)自(Y， n)過(guò)程的中子在能量上是不允許的所述較高能量區(qū)域；并且其中至少一個(gè)其它的預(yù)定中 子能量范圍包括其中來(lái)自(Y，n)過(guò)程的中子在能量上是允許的所述較低能量區(qū)域；以及k)基于比較所述一個(gè)中子檢測(cè)器中的所述確定的中子產(chǎn)量，其來(lái)自包含能量不大于 所述不同的預(yù)定截止能量的光子的所述入射光子束，來(lái)進(jìn)行如下確認(rèn)如果，在其中來(lái)自 (Y ，n)過(guò)程的中子在能量上是不允許的較高預(yù)定中子能量范圍中，在較低預(yù)定截止光子能 量和所述較高預(yù)定截止光子能量之間的所述中子產(chǎn)量的增加與其中來(lái)自(Y， n)過(guò)程的中 子在能量上是允許的所述較低預(yù)定中子能量范圍中的中子產(chǎn)量增加相比并不顯著，則確認(rèn) 包括存在的錒系元素的所述材料存在于容器內(nèi)。
17. 權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括f) 用包括能量不大于不同的預(yù)定截止光子能量的光子的至少一個(gè)額外的光子束照亮 所述容器的至少一部分；g) 在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的 相互作用產(chǎn)生的至少一些中子；h) 針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每一個(gè)，確定所述測(cè)得的中子的能量；i) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，確定所述中子檢測(cè)器之一中的中子能量分 布；以及j)基于比較所述一個(gè)中子檢測(cè)器中的所述確定的中子能量分布，其來(lái)自包含能量不大 于所述不同的預(yù)定截止能量的光子的所述入射光子束，進(jìn)行如下確認(rèn)如果隨著截止光子 能量的變化所述中子能量分布改變不大于預(yù)定量，則確認(rèn)包括存在的錒系元素的所述材料 存在于容器內(nèi)。
18. 權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括f) 用包括能量不大于不同的預(yù)定截止光子能量的光子的至少一個(gè)額外的光子束照亮 所述容器的至少一部分；g) 在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的 相互作用產(chǎn)生的至少一些中子；h) 針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每一個(gè)，確定所述測(cè)得的中子的能量；i) 針對(duì)所述預(yù)定的截止光子能量中的每一個(gè)，在多個(gè)預(yù)定的中子能量范圍內(nèi)確定所述中子檢測(cè)器之一中的中子產(chǎn)量；j)針對(duì)所述預(yù)定的中子能量范圍的每一個(gè)，確定中子產(chǎn)量曲線作為光子截止能量的函 數(shù)；以及k)基于比較所述一個(gè)中子檢測(cè)器中針對(duì)所述預(yù)定中子能量范圍的所述確定的中子產(chǎn) 量曲線，進(jìn)行如下確認(rèn)如果所述中子產(chǎn)量曲線隨著中子能量的變化而改變不大于預(yù)定量， 則確認(rèn)包括存在的錒系元素的所述材料存在于容器內(nèi)。
19. 檢測(cè)容器內(nèi)包括錒系元素的材料存在的方法，包括a) 定位所述容器，使得至少一個(gè)中子檢測(cè)器以相對(duì)于光子束的第一角度觀測(cè)所述容器；b) 針對(duì)至少兩個(gè)預(yù)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預(yù)定截止光子能量的光子；c) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)至少一 些中子，所述中子通過(guò)所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產(chǎn)生；d) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每個(gè)確定所述 測(cè)得中子的能量；e) 選擇較高的中子能量區(qū)域，在所述能量區(qū)域中對(duì)于所述至少兩個(gè)預(yù)定截止光子能量 的任何而言來(lái)自(Y，n)過(guò)程的中子在能量上是不允許的；以及選定較低的能量區(qū)域，在所 述能量區(qū)域中對(duì)于所述至少兩個(gè)預(yù)定截止光子能量的全部而言來(lái)自(Y， n)過(guò)程的中子在 能量上是允許的；f) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，確定在至少兩個(gè)預(yù)定的中子能量范圍內(nèi)在 所述中子檢測(cè)器之一中的中子產(chǎn)量，其中至少一個(gè)預(yù)定的中子能量范圍包括其中來(lái)自(Y， n)過(guò)程的中子在能量上是不允許的所述較高能量區(qū)域；并且，其中至少一個(gè)其它的預(yù)定中 子能量范圍包括其中來(lái)自(Y，n)過(guò)程的中子在能量上是允許的所述較低能量區(qū)域；以及g) 基于比較所述一個(gè)中子檢測(cè)器中的所述確定的中子產(chǎn)量，其來(lái)自包含能量不大于所 述不同的預(yù)定截止能量的光子的所述入射光子束，進(jìn)行如下確認(rèn)如果，在其中來(lái)自(Y ， n)過(guò)程的中子在能量上是不允許的較高預(yù)定中子能量范圍中，在較低預(yù)定截止光子能量和 所述較高預(yù)定截止光子能量之間的所述中子產(chǎn)量的增加與其中來(lái)自(Y， n)過(guò)程的中子在 能量上是允許的所述較低預(yù)定中子能量范圍中的中子產(chǎn)量增加相比并不顯著，則確認(rèn)包括 存在的錒系元素的所述材料存在于容器內(nèi)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中包括能量不大于所述預(yù)定截止光子能量的光子的所 述光子束為通過(guò)所述預(yù)定截止能量的電子產(chǎn)生的韌致輻射光子束。
21. 權(quán)利要求19的方法，其中包括能量不大于所述預(yù)定截止光子能量的光子的所述光 子束為單色光子束。
22. 權(quán)利要求19的方法，其中確定所述測(cè)得中子的能量包括測(cè)量所述測(cè)得中子的飛行 時(shí)間。
23. 權(quán)利要求19的方法，其中確定所述測(cè)得中子的能量包括分析沉積在至少一個(gè)所述 中子檢測(cè)器中的能量。
24. 權(quán)利要求19的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個(gè)中子檢測(cè)器觀測(cè)所述容 器，所述中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束不同的角度來(lái)觀測(cè)所述容器，并且中子在至少兩個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)，進(jìn)一步包括h) 針對(duì)至少一個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，確定在至少兩個(gè)所述中子檢測(cè)器中在預(yù)定 的中子能量范圍內(nèi)的總中子產(chǎn)量；以及i) 基于比較來(lái)自相對(duì)光子束以不同角度觀測(cè)所述容器的所述至少兩個(gè)中子檢測(cè)器的 所述總中子產(chǎn)量，進(jìn)行如下確定如果總產(chǎn)量揭示中子各向同性分布作為相對(duì)于光子束的 角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產(chǎn)量揭示中子各向異性分布作 為相對(duì)于光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
25. 權(quán)利要求19的方法，進(jìn)一步包括h) 對(duì)于相對(duì)于所述光子束成至少一個(gè)新的角度來(lái)說(shuō)i) 移動(dòng)至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器，使得所述移動(dòng)的中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束的 所述新角度觀測(cè)所述容器；ii) 用包括能量不大于至少一個(gè)所述預(yù)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) 在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中檢測(cè)由所述光子束與所述容器的至少一部 分之間的相互作用產(chǎn)生的至少一些中子；以及iv) 針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每一個(gè)，確定所述測(cè)得的中子的能量；i)對(duì)于相對(duì)于所述光子束的至少一些所述中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，確定在預(yù)定的中子能 量范圍內(nèi)以相對(duì)于光子束的所述角度在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中的總中子產(chǎn)量； 以及j)對(duì)于相對(duì)所述光子束的至少一些中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，基于比較來(lái)自所述至少一 個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器的所述總中子產(chǎn)量，進(jìn)行如下確定如果總產(chǎn)量揭示中子各向同性分 布作為相對(duì)于光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產(chǎn)量揭 示中子各向異性分布作為相對(duì)于光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
26. 權(quán)利要求19的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個(gè)中子檢測(cè)器觀測(cè)所述容 器，所述中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束不同的角度來(lái)觀測(cè)所述容器，并且中子在至少兩 個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)，進(jìn)一步包括h) 針對(duì)至少一個(gè)所述多個(gè)預(yù)定的截止光子能量，確定在至少兩個(gè)所述中子檢測(cè)器中的 中子能量分布；以及i) 基于比較來(lái)自從相對(duì)光子束的不同角度觀測(cè)所述容器的所述至少兩個(gè)中子檢測(cè)器 的所述中子能量分布，進(jìn)行如下確定如果隨著相對(duì)于光子束的角度的變化，所述能量分布 的改變沒(méi)有超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果隨著相對(duì)于光子束的 角度的變化，所述能量分布的改變超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
27. 權(quán)利要求19的方法，進(jìn)一步包括h) 對(duì)于相對(duì)于所述光子束成至少一個(gè)新的角度來(lái)說(shuō)i) 移動(dòng)至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器，使得所述移動(dòng)的中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束的 所述新角度觀測(cè)所述容器；ii)用包括能量不大于至少一個(gè)所述預(yù)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) 在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中檢測(cè)由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產(chǎn)生的至少一些中子；以及iv) 針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每一個(gè)，確定所述測(cè)得的中子的能量；i)對(duì)于相對(duì)于所述光子束的至少一些所述中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，確定在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中的中子能量分布；以及j)對(duì)于相對(duì)所述光子束的至少一些中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，基于比較來(lái)自所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器的所述中子能量分布，進(jìn)行如下確定如果隨著相對(duì)于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變沒(méi)有超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果隨著相對(duì)于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
28. 檢測(cè)容器內(nèi)包括錒系元素的材料存在的方法，包括a) 定位所述容器，使得至少一個(gè)中子檢測(cè)器以相對(duì)于光子束的第一角度觀測(cè)所述容器；b) 針對(duì)至少兩個(gè)預(yù)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預(yù)定截止光子能量的光子；c) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)至少一些中子，所述中子通過(guò)所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產(chǎn)生；d) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每個(gè)確定所述測(cè)得中子的能量；e) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，確定所述中子檢測(cè)器之一中的中子能量分布；以及f) 基于比較所述一個(gè)中子檢測(cè)器中的所述確定的中子能量分布，其來(lái)自包含能量不大于所述至少兩個(gè)預(yù)定截止光子能量的光子的所述入射光子束，進(jìn)行如下識(shí)別如果隨著截止光子能量的變化，所述中子能量分布改變不大于預(yù)定量，則識(shí)別存在于容器內(nèi)的包括錒系元素的所述材料。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中包括能量不大于所述預(yù)定截止光子能量的光子的所述光子束為通過(guò)所述預(yù)定截止能量的電子產(chǎn)生的韌致輻射光子束。
30. 權(quán)利要求28的方法，其中包括能量不大于所述預(yù)定截止光子能量的光子的所述光子束為單色光子束。
31. 權(quán)利要求28的方法，其中確定所述測(cè)得中子的能量包括測(cè)量所述測(cè)得中子的飛行時(shí)間。
32. 權(quán)利要求28的方法，其中確定所述測(cè)得中子的能量包括分析沉積在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中的能量。
33. 權(quán)利要求28的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個(gè)中子檢測(cè)器觀測(cè)所述容器，所述中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束不同的角度來(lái)觀測(cè)所述容器，并且中子在至少兩個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)，進(jìn)一步包括g) 針對(duì)至少一個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，確定在至少兩個(gè)所述中子檢測(cè)器中在預(yù)定的中子能量范圍中的總中子產(chǎn)量；以及h) 基于比較來(lái)自從相對(duì)光子束的不同角度觀測(cè)所述容器的所述至少兩個(gè)中子檢測(cè)器的所述總中子產(chǎn)量，進(jìn)行如下確定如果總產(chǎn)量揭示中子各向同性分布作為相對(duì)于光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產(chǎn)量揭示中子各向異性分布作為相對(duì)于光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
34. 權(quán)利要求28的方法，進(jìn)一步包括g) 對(duì)于相對(duì)于所述光子束成至少一個(gè)新的角度來(lái)說(shuō)i) 移動(dòng)至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器，使得所述移動(dòng)的中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束的所述新角度觀測(cè)所述容器；ii) 用包括能量不大于至少一個(gè)所述預(yù)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) 在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中檢測(cè)由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產(chǎn)生的至少一些中子；以及iv) 針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每一個(gè)，確定所述測(cè)得的中子的能量；h) 對(duì)于相對(duì)于所述光子束的至少一些所述中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，在預(yù)定的中子能量范圍內(nèi)以相對(duì)于光子束的所述角度在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中確定總中子產(chǎn)量；以及i) 對(duì)于相對(duì)所述光子束的至少一些中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，基于比較來(lái)自所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器的所述總中子產(chǎn)量，進(jìn)行如下確定如果總產(chǎn)量揭示中子各向同性分布作為相對(duì)于光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產(chǎn)量揭示中子各向異性分布作為相對(duì)于光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
35. 權(quán)利要求28的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個(gè)中子檢測(cè)器觀測(cè)所述容器，所述中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束不同的角度來(lái)觀測(cè)所述容器，并且中子在至少兩個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)，進(jìn)一步包括g) 針對(duì)所述多個(gè)預(yù)定的截止光子能量的至少一個(gè)，在至少兩個(gè)所述中子檢測(cè)器中確定中子能量分布；以及h) 基于比較來(lái)自從相對(duì)光子束的不同角度觀測(cè)所述容器的所述至少兩個(gè)中子檢測(cè)器的所述中子能量分布，進(jìn)行如下確定如果隨著相對(duì)于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變沒(méi)有超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果隨著相對(duì)于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
36. 權(quán)利要求28的方法，進(jìn)一步包括g) 對(duì)于相對(duì)于所述光子束成至少一個(gè)新的角度來(lái)說(shuō)i) 移動(dòng)至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器，使得所述移動(dòng)的中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束的所述新角度觀測(cè)所述容器；ii) 用包括能量不大于至少一個(gè)所述預(yù)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) 在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中檢測(cè)由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產(chǎn)生的至少一些中子；以及iv) 針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每一個(gè)，確定所述測(cè)得的中子的能量；h) 對(duì)于相對(duì)于所述光子束的至少一些所述中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，確定在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中的中子能量分布；以及i)對(duì)于相對(duì)所述光子束的至少一些中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，基于比較來(lái)自所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器的所述中子能量分布，進(jìn)行如下確定如果隨著相對(duì)于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變沒(méi)有超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果隨著相對(duì)于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
37. 檢測(cè)容器內(nèi)包括錒系元素的材料存在的方法，包括a) 定位所述容器，使得至少一個(gè)中子檢測(cè)器以相對(duì)于光子束的第一角度觀測(cè)所述容器；b) 針對(duì)至少兩個(gè)預(yù)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預(yù)定截止光子能量的光子；c) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)至少一些中子，所述中子通過(guò)所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產(chǎn)生；d) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每個(gè)確定所述測(cè)得中子的能量；e) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，確定在多個(gè)預(yù)定的中子能量范圍內(nèi)所述中子檢測(cè)器之一中的中子產(chǎn)量；f) 對(duì)于所述預(yù)定的中子能量范圍中的每個(gè)，確定中子產(chǎn)量曲線作為光子截止能量的函數(shù)；以及g) 基于比較所述一個(gè)中子檢測(cè)器中針對(duì)所述預(yù)定中子能量范圍的所述確定的中子產(chǎn)量曲線，進(jìn)行如下識(shí)別如果隨著中子能量的變化，所述中子產(chǎn)量曲線改變不大于預(yù)定量，則識(shí)別存在于容器內(nèi)的包括錒系元素的所述材料。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中包括能量不大于所述預(yù)定截止光子能量的光子的所述光子束為通過(guò)所述預(yù)定截止能量的電子產(chǎn)生的韌致輻射光子束。
39. 權(quán)利要求37的方法，其中包括能量不大于所述預(yù)定截止光子能量的光子的所述光子束為單色光子束。
40. 權(quán)利要求37的方法，其中確定所述測(cè)得中子的能量包括測(cè)量所述測(cè)得中子的飛行時(shí)間。
41. 權(quán)利要求37的方法，其中確定所述測(cè)得中子的能量包括分析沉積在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中的能量。
42. 權(quán)利要求37的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個(gè)中子檢測(cè)器觀測(cè)所述容器，所述中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束不同的角度來(lái)觀測(cè)所述容器，并且中子在至少兩個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)，進(jìn)一步包括h) 針對(duì)至少一個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，確定在至少兩個(gè)所述中子檢測(cè)器中在預(yù)定的中子能量范圍內(nèi)的總中子產(chǎn)量；以及i) 基于比較來(lái)自所述從相對(duì)光子束的不同角度觀測(cè)所述容器的至少兩個(gè)中子檢測(cè)器的所述總中子產(chǎn)量，進(jìn)行如下確定如果總產(chǎn)量揭示中子各向同性分布作為相對(duì)于光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產(chǎn)量揭示中子各向異性分布作為相對(duì)于光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
43. 權(quán)利要求37的方法，進(jìn)一步包括h) 對(duì)于相對(duì)于所述光子束成至少一個(gè)新的角度來(lái)說(shuō)i) 移動(dòng)至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器，使得所述移動(dòng)的中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束的所述新角度觀測(cè)所述容器；ii) 用包括能量不大于至少一個(gè)所述預(yù)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) 在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中檢測(cè)由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產(chǎn)生的至少一些中子；以及iv) 針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每一個(gè)，確定所述測(cè)得的中子的能量；i)對(duì)于相對(duì)于所述光子束的至少一些所述中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，在預(yù)定的中子能量范圍內(nèi)以相對(duì)于光子束的所述角度在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中確定總中子產(chǎn)量；以及j)對(duì)于相對(duì)所述光子束的至少一些中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，基于比較來(lái)自所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器的所述總中子產(chǎn)量，進(jìn)行如下確定如果總產(chǎn)量揭示中子各向同性分布作為相對(duì)于光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產(chǎn)量揭示中子各向異性分布作為相對(duì)于光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
44. 權(quán)利要求37的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個(gè)中子檢測(cè)器觀測(cè)所述容器，所述中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束不同的角度來(lái)觀測(cè)所述容器，并且中子在至少兩個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)，進(jìn)一步包括h) 針對(duì)至少一個(gè)所述多個(gè)預(yù)定的截止光子能量，確定在至少兩個(gè)所述中子檢測(cè)器中的中子能量分布；以及i) 基于比較來(lái)自所述從相對(duì)光子束的不同角度觀測(cè)所述容器的至少兩個(gè)中子檢測(cè)器的所述中子能量分布，進(jìn)行如下確定如果隨著相對(duì)于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變沒(méi)有超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果隨著相對(duì)于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
45. 權(quán)利要求37的方法，進(jìn)一步包括h) 對(duì)于相對(duì)于所述光子束成至少一個(gè)新的角度來(lái)說(shuō)i) 移動(dòng)至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器，使得所述移動(dòng)的中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束的所述新角度觀測(cè)所述容器；ii) 用包括能量不大于至少一個(gè)所述預(yù)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) 在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中檢測(cè)由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產(chǎn)生的至少一些中子；以及iv) 針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每一個(gè)，確定所述測(cè)得的中子的能量；i)對(duì)于相對(duì)于所述光子束的至少一些所述中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，確定在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中中子能量分布；以及j)對(duì)于相對(duì)所述光子束的至少一些中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，基于比較來(lái)自所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器的所述中子能量分布，進(jìn)行如下確定如果隨著相對(duì)于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變沒(méi)有超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果隨著相對(duì)于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
46. 檢測(cè)容器內(nèi)包括錒系元素的材料存在的方法，包括a) 定位所述容器，使得至少一個(gè)中子檢測(cè)器以相對(duì)于光子束的第一角度觀測(cè)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預(yù)定截止光子能量的光子；c) 在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)至少一些中子，所述中子通過(guò)所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產(chǎn)生；d) 針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每個(gè)，確定所述測(cè)得中子的最小能量；以及e) 基于至少一個(gè)所述測(cè)得中子的確定的最小能量超過(guò)了預(yù)定的值，識(shí)別存在于所述容器中的所述包含錒系元素的材料。
47. 權(quán)利要求46的方法間的差。
48. 權(quán)利要求47的方法子的閾值能量。
49. 權(quán)利要求47的方法生中子的閾值能量。
50. 權(quán)利要求47的方法生中子的閾值能量的預(yù)定量
51. 權(quán)利要求47的方法
52. 權(quán)利要求47的方法
53. 權(quán)利要求46的方法述光子束為通過(guò)所述第一預(yù)定截止能量的電子產(chǎn)生的韌致輻射光子束。
54. 權(quán)利要求46的方法，其中包括能量不大于所述第一預(yù)定截止光子能量的光子的所述光子束為單色光子束。
55. 權(quán)利要求46的方法，其中確定所述測(cè)得中子的最小能量包括分析沉積在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中的能量。
56. 權(quán)利要求46的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個(gè)中子檢測(cè)器觀測(cè)所述容器，所述中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束不同的角度來(lái)觀測(cè)所述容器，并且中子在至少兩個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)，進(jìn)一步包括f) 確定在至少兩個(gè)所述中子檢測(cè)器中在預(yù)定的中子最小能量范圍內(nèi)的總中子產(chǎn)量；以及g) 基于比較來(lái)自所述從相對(duì)光子束的不同角度觀測(cè)所述容器的至少兩個(gè)中子檢測(cè)器的所述總中子產(chǎn)量，進(jìn)行如下確定如果總產(chǎn)量揭示中子各向同性分布作為相對(duì)于光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產(chǎn)量揭示中子各向異性分布作為相對(duì)于光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
57. 權(quán)利要求46的方法，進(jìn)一步包括，其中所述預(yù)定值為所述第一預(yù)定截止光子能量與較低能量之，其中所述較低能量為在特定材料中通過(guò)(□， n)過(guò)程產(chǎn)生中，其中所述較低能量不大于在特定材料中通過(guò)(□， n)過(guò)程產(chǎn)，其中所述較低能量為小于在特定材料中通過(guò)(□， n)過(guò)程產(chǎn)，其中所述較低能量基于容器中可能存在的材料來(lái)確定。，其中所述較低能量基于容器中存在的材料來(lái)確定。，其中包括能量不大于所述第一預(yù)定截止光子能量的光子的所f) 對(duì)于相對(duì)于所述光子束成至少一個(gè)新的角度來(lái)說(shuō)i) 移動(dòng)至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器，使得所述移動(dòng)的中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束的 所述新角度觀測(cè)所述容器；ii) 用包括能量不大于所述第一預(yù)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) 在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中檢測(cè)由所述光子束與所述容器的至少一部 分之間的相互作用產(chǎn)生的至少一些中子；以及iv) 針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每一個(gè)，確定所述測(cè)得的中子的最小能量；g) 對(duì)于相對(duì)于所述光子束的至少一些所述中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，確定在預(yù)定的中子最 小能量范圍內(nèi)在相對(duì)于光子束的所述角度在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中的總中子 產(chǎn)量；以及h) 對(duì)于相對(duì)所述光子束的至少一些中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，基于比較來(lái)自所述至少一 個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器的所述總中子產(chǎn)量，進(jìn)行如下確定如果總產(chǎn)量揭示中子各向同性分 布作為相對(duì)于光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產(chǎn)量揭 示中子各向異性分布作為相對(duì)于光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
58. 權(quán)利要求46的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個(gè)中子檢測(cè)器觀測(cè)所述容 器，所述中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束不同的角度來(lái)觀測(cè)所述容器，并且中子在至少兩 個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)，進(jìn)一步包括f) 在至少兩個(gè)所述中子檢測(cè)器中確定中子最小能量分布；以及g) 基于比較來(lái)自從相對(duì)光子束的不同角度觀測(cè)所述容器的所述至少兩個(gè)中子檢測(cè)器 的所述中子最小能量分布，進(jìn)行如下確定如果隨著相對(duì)于光子束的角度的變化，所述最小 能量分布的改變沒(méi)有超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果隨著相對(duì)于 光子束的角度的變化，所述最小能量分布的改變超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為偶 偶同位素。
59. 權(quán)利要求46的方法，進(jìn)一步包括f) 對(duì)于相對(duì)于所述光子束成至少一個(gè)新的角度來(lái)說(shuō)i) 移動(dòng)至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器，使得所述移動(dòng)的中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束的 所述新角度觀測(cè)所述容器；ii) 用包括能量不大于所述第一預(yù)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) 在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中檢測(cè)由所述光子束與所述容器的至少一部 分之間的相互作用產(chǎn)生的至少一些中子；以及iv) 針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每一個(gè)，確定所述測(cè)得的中子的最小能量；g) 對(duì)于相對(duì)于所述光子束的至少一些所述中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，確定在預(yù)定的中子最 小能量范圍內(nèi)在相對(duì)于光子束的所述角度在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中的中子最 小能量分布；以及h) 對(duì)于相對(duì)所述光子束的至少一些中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，基于比較來(lái)自所述至少一個(gè) 移動(dòng)的中子檢測(cè)器的所述中子最小能量分布，進(jìn)行如下確定如果隨著相對(duì)于光子束的角度的變化，所述最小能量分布的改變沒(méi)有超過(guò)預(yù)定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位 素；如果隨著相對(duì)于光子束的角度的變化，所述最小能量分布的改變超過(guò)預(yù)定量，則確定存 在的錒系元素為偶偶同位素。
60. 權(quán)利要求46的方法，進(jìn)一步包括f) 用包括能量不大于不同的預(yù)定截止光子能量的光子的至少一個(gè)額外的光子束照亮 所述容器的至少一部分；g) 在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的 相互作用產(chǎn)生的至少一些中子；h) 針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每一個(gè)，確定所述測(cè)得的中子的最小能量；i) 選擇較高的中子能量區(qū)域，在較高的所述能量區(qū)域中對(duì)于任何所述預(yù)定的截止光子 能量而言來(lái)自(Y， n)過(guò)程的中子在能量上是不允許的，以及選擇較低的能量區(qū)域，在所述 較低的能量區(qū)域中對(duì)于所有所述預(yù)定的截止光子能量而言來(lái)自(Y， n)過(guò)程的中子在能量 上是允許的；j)對(duì)于所述預(yù)定的截止光子能量中的每一個(gè)，在至少兩個(gè)預(yù)定的中子最小能量范圍內(nèi) 確定所述中子檢測(cè)器之一中的中子產(chǎn)量，其中至少一個(gè)預(yù)定的中子最小能量范圍其中包括 來(lái)自(Y， n)過(guò)程的中子在能量上是不允許的所述較高能量區(qū)域，并且其中至少一個(gè)其它 的預(yù)定中子最小能量范圍包括其中來(lái)自(Y， n)過(guò)程的中子在能量是允許的所述較低能量 區(qū)域；以及j)基于比較所述一個(gè)中子檢測(cè)器中的所述確定的中子產(chǎn)量，其來(lái)自包含能量不大于所 述不同的預(yù)定截止能量的光子的所述入射光子束，進(jìn)行如下確認(rèn)如果，在其中來(lái)自(Y， n)過(guò)程的中子在能量上是不允許的較高預(yù)定中子最小能量范圍中，在較低預(yù)定截止光子能 量和所述較高預(yù)定截止光子能量之間的所述中子產(chǎn)量的增加與其中來(lái)自(Y， n)過(guò)程的中 子在能量上是允許的所述較低預(yù)定中子最小能量范圍中的中子產(chǎn)量增加相比并不顯著，則 確認(rèn)包括存在的錒系元素的所述材料存在于容器內(nèi)。
61. 權(quán)利要求46的方法，進(jìn)一步包括f) 用包括能量不大于不同的預(yù)定截止光子能量的光子的至少一個(gè)額外的光子束照亮 所述容器的至少一部分；g) 在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的 相互作用產(chǎn)生的至少一些中子；h) 針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每一個(gè)，確定所述測(cè)得的中子的最小能量；i) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，確定所述中子檢測(cè)器之一中的中子最小能 量分布；以及j)基于比較所述一個(gè)中子檢測(cè)器中的所述確定的中子最小能量分布，其來(lái)自包含能量 不大于所述不同的預(yù)定截止能量的光子的所述入射光子束，進(jìn)行如下確認(rèn)如果隨著截止 光子能量的變化，所述中子最小能量分布改變不大于預(yù)定量，則確認(rèn)包括存在的錒系元素 的所述材料存在于容器內(nèi)。
62. 權(quán)利要求46的方法，進(jìn)一步包括f)用包括能量不大于不同的預(yù)定截止光子能量的光子的至少一個(gè)額外的光子束照亮 所述容器的至少一部分；g) 在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的 相互作用產(chǎn)生的至少一些中子；h) 針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每一個(gè)，確定所述測(cè)得的中子的最小能量；i) 針對(duì)所述預(yù)定的截止光子能量中的每一個(gè)，在多個(gè)預(yù)定的中子最小能量范圍內(nèi)確定 所述中子檢測(cè)器之一中的中子產(chǎn)量；j)針對(duì)所述預(yù)定的中子最小能量范圍的每一個(gè)，確定中子產(chǎn)量曲線作為光子截止能量 的函數(shù)；以及k)基于比較所述一個(gè)中子檢測(cè)器中針對(duì)所述預(yù)定中子最小能量范圍的所述確定的中 子產(chǎn)量曲線，進(jìn)行如下確認(rèn)如果隨著中子能量的變化，所述中子產(chǎn)量曲線改變不大于預(yù)定 量，則確認(rèn)包括錒系元素的所述材料存在于容器內(nèi)。
63. 檢測(cè)容器內(nèi)包括錒系元素的材料存在的方法，包括a) 定位所述容器，使得至少一個(gè)中子檢測(cè)器觀測(cè)所述容器；b) 針對(duì)至少兩個(gè)預(yù)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預(yù)定截止光子能量的光子；c) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)至少一 些中子，所述中子通過(guò)所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產(chǎn)生；d) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每個(gè)確定所述 測(cè)得中子的最小能量；e) 選擇較高的中子能量區(qū)域，在所述較高的能量區(qū)域中對(duì)于所述至少兩個(gè)所述預(yù)定的 截止光子能量的任何而言來(lái)自(Y， n)過(guò)程的中子在能量上是不允許的，以及選擇較低的 能量區(qū)域，在所述較低的能量區(qū)域中對(duì)于所述至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量的全部而 言來(lái)自(Y ， n)過(guò)程的中子在能量上是允許的；f) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，在至少兩個(gè)預(yù)定的中子最小能量范圍內(nèi)確 定所述中子檢測(cè)器之一中的中子產(chǎn)量，其中至少一個(gè)預(yù)定的中子最小能量范圍包括其中來(lái) 自(Y， n)過(guò)程的中子在能量上是不允許的所述較高能量區(qū)域，并且其中至少一個(gè)其它的 預(yù)定中子最小能量范圍包括其中來(lái)自(Y， n)過(guò)程的中子在能量上是允許的所述較低能量 區(qū)域；以及g) 基于比較所述一個(gè)中子檢測(cè)器中的所述確定的中子產(chǎn)量，其來(lái)自包含能量不大于 所述不同的預(yù)定截止能量的光子的所述入射光子束，來(lái)進(jìn)行如下確認(rèn)如果，在其中來(lái)自 (Y ，n)過(guò)程的中子在能量上是不允許的較高預(yù)定中子最小能量范圍中，在較低預(yù)定截止光 子能量和所述較高預(yù)定截止光子能量之間的所述中子產(chǎn)量的增加與其中來(lái)自(Y， n)過(guò)程 的中子在能量上是允許的所述較低預(yù)定中子最小能量范圍中的中子產(chǎn)量增加相比并不顯 著，則確認(rèn)包括存在的錒系元素的所述材料存在于容器內(nèi)。
64. 檢測(cè)容器內(nèi)包括錒系元素的材料存在的方法，包括a) 定位所述容器，使得至少一個(gè)中子檢測(cè)器觀測(cè)所述容器；b) 針對(duì)至少兩個(gè)預(yù)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預(yù)定截止光子能量的光子；c) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)至少一 些中子，所述中子通過(guò)所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產(chǎn)生；d) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每個(gè)確定所述 測(cè)得中子的最小能量；e) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，確定所述中子檢測(cè)器之一中的中子最小能 量分布；以及f) 基于比較所述一個(gè)中子檢測(cè)器中的所述確定的中子最小能量分布，其來(lái)自包含能量 不大于所述至少兩個(gè)預(yù)定截止光子能量的光子的所述入射光子束，進(jìn)行如下識(shí)別如果隨 著截止光子能量的變化，所述中子最小能量分布改變不大于預(yù)定量，則識(shí)別存在于容器內(nèi) 的包括錒系元素的所述材料。
65. 檢測(cè)容器內(nèi)包括錒系元素的材料存在的方法，包括a) 定位所述容器，使得至少一個(gè)中子檢測(cè)器觀測(cè)所述容器；b) 針對(duì)至少兩個(gè)預(yù)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預(yù)定截止光子能量的光子；c) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)至少一 些中子，所述中子通過(guò)所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產(chǎn)生；d) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每個(gè)確定所述 測(cè)得中子的最小能量；e) 針對(duì)至少兩個(gè)所述預(yù)定的截止光子能量，在多個(gè)預(yù)定的中子最小能量范圍內(nèi)確定所 述中子檢測(cè)器之一中的中子產(chǎn)量；f) 對(duì)于所述預(yù)定的中子最小能量范圍中的每個(gè)，確定中子產(chǎn)量曲線作為光子截止能量 的函數(shù)；以及g) 基于針對(duì)所述預(yù)定中子最小能量范圍比較所述一個(gè)中子檢測(cè)器中內(nèi)的所述確定的 中子產(chǎn)量曲線，進(jìn)行如下識(shí)別如果隨著中子能量的變化，所述中子產(chǎn)量曲線改變不大于預(yù) 定量，則識(shí)別存在于所述容器內(nèi)的包括錒系元素的所述材料。
66. 檢測(cè)容器內(nèi)包括錒系元素的材料存在的方法，包括a) 定位所述容器，使得至少一個(gè)中子檢測(cè)器以相對(duì)于所述光子束的第一角度觀測(cè)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預(yù)定截止光 子能量的光子；c) 在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)至少一些中子，所述中子通過(guò)所述光子束與所述 容器的至少一部分之間的相互作用產(chǎn)生；d) 確定至少一個(gè)所述測(cè)得中子的能量超出了預(yù)定值；以及e) 基于至少一個(gè)所述測(cè)得中子的能量超出了預(yù)定值的確定結(jié)果，識(shí)別存在于所述容器 中的所述包含錒系元素的材料。
67. 權(quán)利要求66的方法，其中所述預(yù)定值為所述第一預(yù)定截止光子能量與較低能量之 間的差。
68. 權(quán)利要求67的方法，其中所述較低能量為在特定材料中通過(guò)(□， n)過(guò)程產(chǎn)生中 子的閾值能量。
69. 權(quán)利要求67的方法，其中所述較低能量不大于在特定材料中通過(guò)(□， n)過(guò)程產(chǎn) 生中子的閾值能量。
70. 權(quán)利要求67的方法，其中所述較低能量為小于在特定材料中通過(guò)(□， n)過(guò)程產(chǎn) 生中子的閾值能量的預(yù)定量。
71. 權(quán)利要求67的方法，其中所述較低能量基于容器中可能存在的材料來(lái)確定。
72. 權(quán)利要求67的方法，其中所述較低能量基于容器中存在的材料來(lái)確定。
73. 權(quán)利要求66的方法，其中包括能量不大于所述第一預(yù)定截止光子能量的光子的所 述光子束為通過(guò)所述第一預(yù)定截止能量的電子產(chǎn)生的韌致輻射光子束。
74. 權(quán)利要求66的方法，其中包括能量不大于所述第一預(yù)定截止光子能量的光子的所 述光子束為單色光子束。
75. 權(quán)利要求66的方法，其中確定所述測(cè)得中子的至少之一的能量是否超過(guò)預(yù)定值包 括分析沉積在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中的能量。
76. 權(quán)利要求66的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個(gè)中子檢測(cè)器觀測(cè)所述容 器，所述中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束不同的角度來(lái)觀測(cè)所述容器，并且中子在至少兩 個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)，進(jìn)一步包括f) 在至少兩個(gè)所述中子檢測(cè)器中在預(yù)定的中子能量范圍內(nèi)確定總中子產(chǎn)量；以及g) 基于比較來(lái)自所述從相對(duì)光子束的不同角度觀測(cè)所述容器的至少兩個(gè)中子檢測(cè)器 的所述總中子產(chǎn)量，進(jìn)行如下確定如果總產(chǎn)量揭示中子各向同性分布作為相對(duì)于光子束 的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產(chǎn)量揭示中子各向異性分布 作為相對(duì)于光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
77. 權(quán)利要求66的方法，進(jìn)一步包括f) 對(duì)于相對(duì)于所述光子束成至少一個(gè)新的角度來(lái)說(shuō)i) 移動(dòng)至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器，使得所述移動(dòng)的中子檢測(cè)器從相對(duì)于所述光子束的 所述新角度觀測(cè)所述容器；ii) 用包括能量不大于所述第一預(yù)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) 在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中檢測(cè)由所述光子束與所述容器的至少一部 分之間的相互作用產(chǎn)生的至少一些中子；以及iv) 針對(duì)多個(gè)所述測(cè)得的中子中的每一個(gè)，確定所述測(cè)得的中子的能量；g) 對(duì)于相對(duì)于所述光子束的至少一些所述中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，在預(yù)定的中子能量范 圍內(nèi)在相對(duì)于光子束的所述角度確定在所述至少一個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器中的總中子產(chǎn)量； 以及h) 對(duì)于相對(duì)所述光子束的至少一些中子檢測(cè)器觀測(cè)角度，基于比較來(lái)自所述至少一 個(gè)移動(dòng)的中子檢測(cè)器的所述總中子產(chǎn)量，進(jìn)行如下確定如果總產(chǎn)量揭示中子各向同性分 布作為相對(duì)于光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產(chǎn)量揭 示中子各向異性分布作為相對(duì)于光子束的角度的函數(shù)，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
78. 檢測(cè)容器內(nèi)包括錒系元素的材料存在的方法，包括a) 定位所述容器，使得至少一個(gè)中子檢測(cè)器以相對(duì)于所述光子束的第一角度觀測(cè)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預(yù)定截止光子能量的光子；c) 在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)至少一些中子，所述中子通過(guò)所述光子束與所述 容器的至少一部分之間的相互作用產(chǎn)生；d) 確定已經(jīng)檢測(cè)到多于預(yù)定數(shù)量的中子的能量高于第一預(yù)定值；e) 選擇第二預(yù)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預(yù)定截止光 子能量的光子；g) 在至少一個(gè)所述中子檢測(cè)器中檢測(cè)至少一些中子，所述中子通過(guò)所述光子束與所述 容器的至少一部分之間的相互作用產(chǎn)生；h) 基于至少一個(gè)所述測(cè)得中 的已確定的能量超出了第二預(yù)定值，識(shí)別存在于所述容 器中的所述包含錒系元素的材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了通過(guò)測(cè)量高能瞬發(fā)中子來(lái)非侵入性地檢測(cè)容器內(nèi)易裂變材料的存在的方法和系統(tǒng)。所述方法和系統(tǒng)利用了來(lái)自光裂變得瞬發(fā)中子能譜的獨(dú)特性質(zhì)來(lái)明確無(wú)誤地確認(rèn)易裂變材料，所述光裂變是來(lái)自幾乎完全加速的碎片產(chǎn)生的中子發(fā)射。所述來(lái)自光裂變的瞬發(fā)中子的角度分布以及有關(guān)中子相對(duì)于光束角度的能量分布被用來(lái)區(qū)分發(fā)生光裂變的奇偶核和偶偶核。所述中子產(chǎn)量曲線對(duì)中子能量的獨(dú)立性(產(chǎn)量作為電子束能量或光子能量的函數(shù))也被用于區(qū)分光裂變與其它的過(guò)程如(γ，n)。不同的光束幾何形狀被用于檢測(cè)易裂變材料的局部化樣品，還有在大區(qū)域內(nèi)分散為小碎片或薄片的易裂變材料。這些來(lái)自光裂變的信號(hào)是獨(dú)特的，并允許檢測(cè)原子核周期表中錒系元素區(qū)域的任何材料。
文檔編號(hào)G01T3/00GK101711370SQ200880020096
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月14日
發(fā)明者R·J·勒道西, W·伯托茲 申請(qǐng)人:護(hù)照系統(tǒng)公司