核和放射性監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的動向
核和放射性監(jiān)測領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)近年來幾乎沒有什么進(jìn)展。自從切爾諾貝利核電廠發(fā)生事故以來,*開始重視老放射性反應(yīng)堆的安全問題,一些國家政府尤其重視發(fā)展、完善核報警和監(jiān)測能力,特別是在低放射性水平監(jiān)測領(lǐng)域。
原蘇聯(lián)解體后打破了世界核格局的平衡,低放射性監(jiān)測成為現(xiàn)實的防護(hù)手段和民事核應(yīng)急計劃中的一部分??植婪肿涌赡芾米咚交蛲当I的核材料制成放射性散布裝置(RDD),也就是俗稱的“臟彈”進(jìn)行恐怖活動,使得公共安全問題更加棘手。
20世紀(jì)50~60年代設(shè)計的多數(shù)核監(jiān)測裝備的設(shè)計原理為:探測對人員造成明顯傷害的放射性等級的放射性積累劑量(包括人體接受的總放射性劑量);同樣的,“監(jiān)測儀”的設(shè)計目標(biāo)是:探測高當(dāng)量核爆炸帶來的高放射性水平沾染。這些裝備只是在軍事作戰(zhàn)中使用于高放射性沉降環(huán)境下,來確定沾染邊界和可安全作戰(zhàn)的范圍等。而個人劑量儀的探測范圍下限也很高,因此人員即使遭受了低水平放射性沾染監(jiān)測不出來。
現(xiàn)在,出于對核和放射性事件的恐懼和參與與日俱增的維和行動的需要,迫切需要可以探測到低放射性水平的新型輻射監(jiān)測裝備。提高誤報率也是核監(jiān)測裝備面臨的新問題,設(shè)計的輻射監(jiān)測裝備必須能夠區(qū)分哪些是自然放射性(既便是患者接受的放射性治療而發(fā)射的射線),哪些是簡易放射性裝置發(fā)射的射線。
執(zhí)法壓力也鼓勵發(fā)展新型核監(jiān)測技術(shù)。由于公民涉嫌核材料違法的案件提起公訴的事例增多,因此,政府開始強化核材料的監(jiān)管職能。核電站和核試驗室所在地同樣可以造成與戰(zhàn)爭或事故中同等的傷亡。因此,一種新的探測需求——探測低強度放射性風(fēng)險,變得迫切了,而以前它只屬于核電站安保系統(tǒng)所*。
在整個核監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)展zui為迅速的是探測信號的處理和顯示。隨著計算機(jī)和電子信息技術(shù)的進(jìn)步,在一個裝備中組合了多種成熟技術(shù)。例如,加拿大的探察者GR-135監(jiān)測儀就是一個將傳統(tǒng)的GM計數(shù)管和其他多種探測技術(shù)如NaI、中子、新型碲鋅鎘(CdZnTe,CZT)探測器進(jìn)行組合的典型。源項識別是與恐怖分子斗爭的重要環(huán)節(jié),因此要選擇適宜的探測器進(jìn)行核素識別。例如在臟彈襲擊的后果處置中,它可以指導(dǎo)有關(guān)部門采取正確的洗消措施,使*迅速抓住罪犯。
目前,許多國家尤其是在處理低水平輻射(LLR)方面,正在完善、更新他們的核探測、監(jiān)測與測量技術(shù)能力。英國研制的TraME戰(zhàn)術(shù)輻射儀就是一個很好的證明。法國的核監(jiān)測工業(yè)在核監(jiān)測儀器的市場領(lǐng)域居強勢地位,在北美洲和歐洲許多地區(qū)都采購例如像COGEMA、Saint-Gobain公司出品的民用輻射探測儀器。在核醫(yī)學(xué)和健康領(lǐng)域,出現(xiàn)了比TLD*式探測器和膠片劑量儀靈敏度分別高出50倍和200倍的新型個人劑量儀。此外,探測信息的直接下載傳送到指控網(wǎng)絡(luò),更加準(zhǔn)確快捷,這樣帶來的zui大好處是通過計算機(jī)技術(shù)可以將核化生偵察裝備集成在一起,形成一體化。
中子探測技術(shù)也是一個關(guān)鍵挑戰(zhàn),由于不帶電荷,所以不能被直接測量。邦納球型譜儀(BBS)解決了中子探測這一難題。它利用與閃爍體計數(shù)管和劑量儀相結(jié)合可以確定復(fù)雜輻射場的中子能譜、吸收劑量和平均線性能量轉(zhuǎn)移等問題。而設(shè)計者們也因此面臨著與以前設(shè)計那種粗糙的野戰(zhàn)用劑量儀不同的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
一種新的探測技術(shù)是使用包含氫和顆粒狀硼的有機(jī)化合物做成的涂層,把它作為一種質(zhì)子輻射體,快中子和熱中子產(chǎn)生的反沖質(zhì)子,使得中子變得可以測量。同樣的,在固體探測材料方面,研究使用極薄層的硅(<1μ)作為探測材料。這些新型探測材料將zui終取代傳統(tǒng)的GM和閃爍體探測材料。
在超導(dǎo)體探測技術(shù)發(fā)展中,研制出了比過去工作環(huán)境溫度大大提高的新裝備。加拿大DREV公司研制的一種作為探測材料的新型化合物:BiPbSrCaCuO,在常溫下獲得了更加廣譜的探測范圍(從可見光到毫米波)。這種探測技術(shù)一旦成熟,就可能研發(fā)出更加小型、更加靈敏、反應(yīng)更快的輻射探測器。
美國和英國政府都已經(jīng)開始著手在主要港口和機(jī)場安裝和部署核輻射探測器。這些主要探測器既能探察爆炸物又能檢測出核材料。門檻式輻射監(jiān)測儀(RPMs),作為補充的被動式探測器,可通過對經(jīng)過的人或物的探測檢查中子和γ輻射。由于厚層屏蔽可以躲過RPM的檢查,因此,γ或X射線成像探測技術(shù)成為RPM的必要的補充,尤其對U235的檢查很有效。手持式的同位素識別裝置也是一種手段。
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