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转让专利
申请号 : CN200880020096.0
文献号 : CN101711370B
文献日 : 2013-05-29
发明人 : R·J·勒道西 , W·伯托兹
申请人 : 护照系统公司
摘要 :
权利要求 :
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瞬发中子，所述瞬发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瞬发中子中的每个，确定所述测得瞬发中子的能量；以及e)基于至少一个所述测得瞬发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；
其中所述预定值为所述第一预定截止光子能量与在不易裂变重元素中通过(□，n)过程产生中子的阈值能量之间的差。
2.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。
3.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。
4.权利要求1的方法，其中确定所述测得瞬发中子的能量包括测量所述测得瞬发中子的飞行时间。
5.权利要求1的方法，其中确定所述测得瞬发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。
6.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。
7.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另一个的角度而言
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另一个角度观测所述容器；
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第一角，以及至少一个相对于所述光子束的另外的角度，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第一角，以及至少一个相对于所述光子束的另外的角度，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。
8.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分布；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。
9.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另外一个角度来说
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另外一个角度观测所述容器；
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第一角，以及至少一个相对于所述光子束的另外的角度，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第一角，以及至少一个相对于所述光子束的另外的角度，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。
10.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，(1)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(2)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，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中子产量增加相比并不显著，则确认包括锕系元素的所述材料存在于容器内。
11.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，则确认包括锕系元素的所述材料存在于容器内。
12.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，则确认包括锕系元素的所述材料存在于容器内。
13.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，则确认包括锕系元素的所述材料存在于容器内。
14.根据权利要求13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。
15.权利要求13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。
16.权利要求13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。
17.权利要求13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。
18.权利要求13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。
19.权利要求13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。
20.权利要求13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。
21.权利要求13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则器观测角度，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。
22.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。
23.根据权利要求22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。
24.权利要求22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。
25.权利要求22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。
26.权利要求22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。
27.权利要求22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。
28.权利要求22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。
29.权利要求22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。
30.权利要求22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。
31.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。
32.根据权利要求31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。
33.权利要求31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。
34.权利要求31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。
35.权利要求31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。
36.权利要求31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。
37.权利要求31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。
38.权利要求31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。
39.权利要求31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。
40.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瞬发中子，所述瞬发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瞬发中子中的每个，确定测得瞬发中子的最小能量；以及e)基于任何一个所述测得瞬发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；
其中所述预定值为所述第一预定截止光子能量与在不易裂变重元素中通过(□，n)过程产生中子的阈值能量之间的差。
41.权利要求40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。
42.权利要求40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。
43.权利要求40的方法，其中确定所述测得瞬发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。
44.权利要求40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。
45.权利要求40的方法，进一步包括：
f)对于相对于所述光子束成至少一个另外一个角度来说
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另外一个角度观测所述容器；
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第一角度，以及至少一个相对于所述光子束的另外的角度，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第一角度，以及至少一个相对于所述光子束的另外的角度，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。
46.权利要求40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。
47.权利要求40的方法，进一步包括：
f)对于相对于所述光子束成至少一个另外一个角度来说
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另外一个角度观测所述容器；
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第一角度，以及至少一个相对于所述光子束的另外的角度，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第一角度，以及至少一个相对于所述光子束的另外的角度，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。
48.权利要求40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，(1)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(2)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，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中子产量增加相比并不显著，则确认包括锕系元素的所述材料存在于容器内。
49.权利要求40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，则确认包括锕系元素的所述材料存在于容器内。
50.权利要求40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。
51.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，则确认包括锕系元素的所述材料存在于容器内。
52.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。
53.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。
54.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瞬发中子，所述瞬发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瞬发中子的能量超出了预定值；以及
e)基于至少一个所述测得瞬发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；
其中所述预定值为所述第一预定截止光子能量与在不易裂变重元素中通过(□，n)过程产生中子的阈值能量之间的差。
55.权利要求54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。
56.权利要求54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。
57.权利要求54的方法，其中确定所述测得瞬发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。
58.权利要求54的方法，其中所述容器的位置使得至少两个中子检则器观测所述容器，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。
59.权利要求54的方法，进一步包括：
f)对于相对于所述光子束成至少一个另外一个角度来说
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另外一个角度观测所述容器；
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第一角，以及至少一个相对于所述光子束的另外的角度，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第一角，以及至少至少一个相对于所述光子束的另外的角度，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。
60.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瞬发中子，所述瞬发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瞬发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瞬发中子，所述瞬发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瞬发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；
其中所述第二预定值为所述第一预定截止光子能量与在不易裂变重元素中通过(□，n)过程产生中子的阈值能量之间的差。
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
背景技术
发明内容
附图说明
Pu的中子引发的裂变所产生的裂变碎片质量的函数；
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 U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-22
核。大部分的这种库仑能量是在大约10 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。
235 239
的中子的平均数目，作为 U和 Pu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。)
Neutrons from Spontaneous Fission Of Cf″，Phys.Rev.，卷126，第6期，6月15，1962，
252
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 Cf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”。
Measurements for Cf Spontaneous Fission and U 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
252 235
发现对于 Ca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 U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。
B89-B101页中报道的 Th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
232
自 Th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
232
属事实非常重要：1) Th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；
232
以及2)来自 Th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
2
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 sin(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。
1965-1978)，作者确证了Sargent等人有关 Th的结果，并将该结果扩展到 U的光裂变。
238
这些角度分布是通过检测来自 U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
238
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 U的(n，f)横截面。图10由National Nuclear Data Center，Brookhaven NationalLaboratory，ENDF，Evaluated Nuclear(reaction)Data File所重现)。
子束方向成77度角时，来自 Th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。
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 Th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)
2 2 0.5
(V+2Vv+v)或E＝Ef(1+2(En/Ef) +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。
中子能量En＞1.4MeV的 D参考靶中(γ，n)过程的相同数量的中子。因为光子和中子能
2
量特别地与 D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。
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 Th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
232
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 Th的(γ，f)的中子产量在12MeV韧致辐射处非常大。
所述(γ，f)阈值来自于H.W.Koch，″Experimental Photo-FissionThresholds in U，
238 233 239 232 207
U， U，Pu and Th″，Physical Review，77，329-336(1950)。还列出了 Pb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
207
子能量，包括对于 Pb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
232
中子，其来自于采用仅7.75MeV的韧致辐射的 Th光裂变。甚至在11MeV的韧致辐射能量
207
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 Pb，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
207
且全都显著低于 Pb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
改变而改变的。对于 Pb，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
207
重金属如 Pb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。
的中子的存在在能量上对于相关的重材料如 Pb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。
9
的中子和来自 Be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
9
谱是独立于光子能量的，而 Be中(γ，n)过程产生强烈依赖于光子能量的中子谱。该差异
9
也允许区分可裂变元素的存在和 Be的存在。
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。
中 Li、C、O和 Sm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。
U， U，Pu and Th″，Physical Review，77，329-336(1950)的图4和5，显示了两种同
235 239
位素 U(图4A)和 Pu(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
235 238
还表明，在富铀样品中 U的贡献显著于杂质 U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。
photoneutron cross sections and photofission neutron multiplicitiesfor U， U，
237 239
Np and Pu″，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。
Distribution of the Photofission Fragments of Np 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
235 237 239
变物种如 U、 Np和 Pu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
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种，如 Th和 U。(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。)[0068] 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。
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
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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+αsinΘ，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。
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
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1.09±0.23表2：角度分布(来自Berg等人的表I)W(θ)＝1+αsinθ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)
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，U、 Pu和 Np。这些物质将
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发生各向同性的光裂变，这与 U、 Th以及其它被测的偶偶同位素形成对比。
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 U、 Pu和 Np(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。
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点代表来自Pb的事件(其如上面所讨论，对于 P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。
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)。可替代地，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。
611的相应壁的距离。所述中子的速度设为v＝(2E/m) ，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
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度并由此算出其能量(E＝mv/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)。
得：{S(E，θ1)/S(E，θ2)} ＝{F1(E，θ1)xF2(E，θ1)}/{F2(E，θ2)xF1(E，θ2)}(等式1)[0102] 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。