陳俊松 李福龍 中廣核貝谷科技有限公司 南昌市 330029

0 引言

伴隨著我國乃至世界核工業(yè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，核安保（Nuclear Security）與核安全（Nuclear Safety）逐漸成為了發(fā)展中的兩大主要任務(wù)，也成為了參與核工業(yè)發(fā)展企業(yè)的主要責(zé)任。在世界范圍內(nèi)，每天都有大量未經(jīng)許可的核及其他放射性材料的運輸和儲存，甚至存在被恐怖主義組織所掌握用于制造恐怖事件的風(fēng)險。根據(jù)國際原子能機構(gòu)（International Atomic Energy Agency，IAEA）非法販運數(shù)據(jù)庫（Incident and Trafficking Database ，ITDB）顯示，自1993年以來，全世界發(fā)生的非法交易、盜竊或丟失事件達3371起。針對核材料和其他放射性物質(zhì)的儲存監(jiān)管、丟失、被盜和非法轉(zhuǎn)移等核安保問題，核輻射探測技術(shù)與設(shè)備可以發(fā)揮重要作用。

1 核安保系統(tǒng)

IAEA相關(guān)文件對核安保的定義是：預(yù)防、探測和應(yīng)對核材料和其他放射性物質(zhì)或相關(guān)核設(shè)施的偷竊、蓄意破壞、擅自接觸、非法轉(zhuǎn)移或其他惡意的行為。其目標(biāo)是為了避免人員、財產(chǎn)、社會和環(huán)境受到犯罪行為或未經(jīng)許可的故意行為以及對核安保有不良影響的其他行為的輻射危害[2,3]。

核安保系統(tǒng)是由核材料衡算與控制、實物保護和保密等多項技術(shù)措施所構(gòu)成的綜合系統(tǒng)。其中實物保護系統(tǒng)包括探測、延遲和響應(yīng)三大子系統(tǒng)。探測是指探知核安保事件發(fā)生并發(fā)出報警的技術(shù)手段；延遲是指能夠延緩或阻止敵手實施行動的技術(shù)手段；響應(yīng)是為終止核安保事件的發(fā)展而采取的快速行動[1]。三者之中探測是所有行動的前提，在整個核安保系統(tǒng)中尤為重要，它包含了多種傳感器和探測器，如雷達、紅外、生物傳感器和核輻射探測器等。而在一次有效探測中，核輻射探測技術(shù)與分析設(shè)備雖然只是其中的一個小部分，但卻是其關(guān)鍵執(zhí)行手段。

圖1 核安保系統(tǒng)實物保護組成與要素

2 核安保中的輻射探測

全世界目前已經(jīng)有超過1000多座核設(shè)施，其中包括核電站、研究堆以及燃料循環(huán)設(shè)施。隨著核設(shè)施的不斷增加，越來越多的核材料和廢料需要進行運輸和儲存，加強實物保護成為了防止這些材料被盜和破壞的一個重要環(huán)節(jié)。核設(shè)施出入口的放射性篩查設(shè)備可以有效防范核材料偷運、存儲區(qū)域的放射性監(jiān)控能有效防范核材料被盜。IAEA向各成員國提供了大量的儀器設(shè)備，與相關(guān)國家機構(gòu)及實驗室開展了大量研究工作，在改進技術(shù)措施、提高探測能力、強化可靠性方面取得顯著成果。

大型公共活動是恐怖主義組織的主要目標(biāo)，如奧運會、世界杯、峰會活動等?；顒拥膮⑴c者和觀眾容易受到放射性散布或爆炸裝置的威脅。東道主國家安排和組織針對核安保的輻射探測設(shè)備，對人流和物流進行全面有效的放射性監(jiān)測，對使用相關(guān)儀器設(shè)備的一線人員進行技術(shù)培訓(xùn)及演習(xí)，有效防止了恐怖事件的發(fā)生。

有效的邊境管控措施有助于確保核材料及其他放射性物質(zhì)出入境轉(zhuǎn)移的合法性。在邊境口岸配備相關(guān)輻射探測報警系統(tǒng)，為海關(guān)官員等一線人員配備輻射探測儀器有助于他們實施有效的管控措施，并保護自身及其他人員的人身安全。早在2003年，美國就推出“大港口倡議”，2011年底，中美“特大型港口計劃”也正式啟動，旨在通過在港口安裝核輻射檢測儀器設(shè)備系統(tǒng)，阻止核和其他放射性物質(zhì)非法販運。

3 核輻射探測技術(shù)

核輻射探測儀器的基本原理是：核材料及其他放射性物質(zhì)在自身的衰變過程中釋放各種特征射線，包括了α射線、γ射線以及中子等。利用這些特征射線與探測器物質(zhì)的相互作用，產(chǎn)生光信號或者電信號（光信號通過光電倍增管最終轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?，微弱電信號通過信號放大、脈沖分析等后端硬件電路的處理，形成脈沖計數(shù)或者能譜數(shù)據(jù)，通過不同的數(shù)據(jù)處理和分析算法，可以對被測對象進行定性判斷和定量分析，得到最終的探測結(jié)果數(shù)據(jù)。

圖2 輻射探測設(shè)備原理及組成

在輻射探測技術(shù)中，輻射探測方法取決于探測對象的特性：α射線是重帶電粒子，在其輸運路徑上通過電離和輻射損失大量的能量，穿透力很小，射程很短，因此不能在遠距離和有屏蔽的情況下對α粒子進行直接探測；而γ射線和中子是不帶電粒子，在其輸運路徑上以散射方式損失能量，通過吸收體后射線強度會衰減，衰減因子與其輸運路徑上的吸收材料有關(guān)。γ射線和中子具有較高的穿透性，因此可在遠距離對其進行直接探測[4]。

4 核輻射探測設(shè)備

核設(shè)施、大型活動、出入境口岸等需要建立核安保系統(tǒng)的場所，可以在其出入口及沿途建立核輻射監(jiān)測體系，該體系包括：通道式輻射監(jiān)測系統(tǒng)、便攜式輻射探測儀器、劑量（率）監(jiān)測儀、專家級輻射探測及分析設(shè)備。其中通道式輻射監(jiān)測系統(tǒng)用于初步篩選出入口的車輛、人員和貨物的輻射水平并產(chǎn)生報警信息；便攜式輻射探測儀器用于對發(fā)生輻射報警的車輛和人員進行放射性精確定位和進一步篩查；劑量（率）監(jiān)測儀用于測量劑量率超標(biāo)水平，定義報警上報級別和指導(dǎo)進一步的安保措施。專家級輻射探測及分析設(shè)備用于輻射報警目標(biāo)進行定量和定性分析，確定報警性質(zhì)。

通道式輻射監(jiān)測系統(tǒng)一套配置大體積高靈敏度伽馬和中子探測器的放射性自動監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對通道內(nèi)的車輛、行人、行包進行實時在線放射性監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)其中微量放射性物質(zhì)，自動發(fā)出輻射超限報警，并完成對檢測數(shù)據(jù)的儲存。同時，系統(tǒng)還能夠與上級管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成遠程實時監(jiān)測信息系統(tǒng)平臺。通過技術(shù)的不斷升級和創(chuàng)新，通道式輻射監(jiān)測系統(tǒng)可以兼容便攜式輻射探測儀器的放射性定位、劑量率檢測、放射性種類和含量分析等功能，甚至采用一種探測器即可完成對γ射線和中子的同時監(jiān)測。該系統(tǒng)可以和電子檔桿、限行裝置、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、中央警報處理室設(shè)備、報警短信提醒系統(tǒng)、箱號識別系統(tǒng)、車牌號識別系統(tǒng)、音頻廣播系統(tǒng)等外圍設(shè)備進行聯(lián)動，更有效全面地實現(xiàn)核安保關(guān)于探測、延遲、響應(yīng)三要素的要求。

便攜式輻射探測儀器及劑量（率）監(jiān)測儀是由小型探測器與微型控制系統(tǒng)組成，適合近距離探測。經(jīng)過計量機構(gòu)進行檢測溯源，可以準(zhǔn)確測量使用場景中的劑量率水平。通過連續(xù)對大型被測物進行分區(qū)檢測，分析劑量率或計數(shù)率的變化規(guī)律，可以較為準(zhǔn)確得定位到核材料與其他放射性物質(zhì)的具體位置。根據(jù)該類設(shè)備儀器的特性，可以將其作為一種探測報警后的信息復(fù)核手段，并為響應(yīng)環(huán)節(jié)中信息上報和情況處置提供有力的執(zhí)行依據(jù)。

專家級輻射探測及分析設(shè)備一般是指具有較高技術(shù)指標(biāo)和更全面的技術(shù)分析手段等設(shè)備或儀器，如能譜儀、核素識別儀、放射性活度檢測儀等。該類設(shè)備或儀器的輻射探測器一般具有很好的技術(shù)特性，如能量分辨率高、探測效率高、能量響應(yīng)好、死時間小等優(yōu)勢，配合更先進的硬件條件和分析算法，可以非常準(zhǔn)確得給出被測對象的核素名稱、核素類別（特殊核材料、天然核素、人工核素和醫(yī)用核素等）和含量信息，實現(xiàn)核素識別和活度分析等功能，為準(zhǔn)確定性報警或非法事件提供有力依據(jù)。

除了以上輻射探測系統(tǒng)和儀器外，得益于軟、硬件和云技術(shù)的快速發(fā)展，使用大量不同輻射探測器和控制系統(tǒng)，配合GPS、GIS等成熟技術(shù)，可組建放射性的區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)或在線實時監(jiān)控云平臺。對實物保護場所和放射源運輸路線進行連續(xù)輻射水平監(jiān)視，對輻射水平異常進行快速報警、上報和執(zhí)行其他響應(yīng)手段，為特殊核材料及其他放射性物質(zhì)的儲存和運輸提供了強有力的技術(shù)保障。

另外，在放射性物質(zhì)的丟失尋找和大型活動放射性跟蹤監(jiān)控中，伽馬成像檢測設(shè)備發(fā)揮了重要作用。針對核安保中的高危或人力不方便抵達的場所，無人機放射性巡檢系統(tǒng)和輻射探測機器人也逐漸發(fā)揮了它們的固有優(yōu)勢。

5 總結(jié)

文章重點介紹了輻射探測的基本原理和相關(guān)特性，以及不同輻射探測系統(tǒng)設(shè)備的組成及其優(yōu)勢。針對核安保系統(tǒng)的特點和應(yīng)用，分析了用于實物保護環(huán)節(jié)的各種輻射探測設(shè)備與儀器?？梢钥闯?，輻射探測技術(shù)與設(shè)備將會在核安保領(lǐng)域中得到更好的發(fā)展和應(yīng)用，從而更有效提升核安保系統(tǒng)的監(jiān)管和防御能力，為世界核能事業(yè)發(fā)展提供有力保障。