因此，本发明的目的是提供一种检测特殊核材料的方法和系统， 其利用特殊核材料的光致裂变特性和热中子诱发裂变特性这两者来对 其进行检测。这种裂变特性是其它原子核所不具有的，可以构成对特 殊核材料检测的特征。
按照本发明的一个方面，提供了一种检测特殊核材料的方法，包 括：
用第一X射线束照射被检测物的检测区域，该第一X射线束的能量 选择为可使被检测物中可能存在的特殊核材料发生可观测的光致裂 变；
测量从被检测物发出的由所述光致裂变产生的第一裂变射线信 号，如果测量的第一裂变射线信号超过了第一阈值，则确定被检测物 的检测区域中存在可裂变材料；
当确定存在可裂变材料时，用低能中子照射被检测物的检测区域， 该低能中子的能量选择为可使被检测物中的所述可裂变材料中的可能 存在的特殊核材料发生热中子诱发裂变；
测量从被检测物发出的由所述热中子诱发裂变产生的第二裂变射 线信号，如果测量的第二裂变射线信号超过了第二阈值，则确定被检 测物中的所述可裂变材料含有特殊核材料。
按照本发明的方法，通过光致裂变过程，可以利用X射线束确定被 检测物中是否存在可裂变材料。进一步，由于X射线束具有良好的可准 直性，按照本发明的方法，可以在确定存在可裂变材料的同时精确确 定可裂变材料在被检测物中的位置。
由于利用光致裂变检测可裂变材料这一过程可以进行得比较快， 且在被检测物中没有检测到可裂变材料时，可以不再进行后续的热中 子诱发裂变过程，因此，可以大大缩短整个检测过程所用的时间。这 非常适合于对检测速度有要求的应用场合。
可以在确定存在可裂变材料时才进行后续的热中子诱发裂变，以 确定其中是否存在特殊核材料。由于已经确定了可裂变材料的存在， 因此，即使用热中子照射被检测物较短时间，也不会显著提高误报警 率。这样，相比于只用热中子诱发裂变来检测特殊核材料，本发明的 方法能够提高检测速度以及检测的准确率。
在本发明的一个优选实施例中，所述第一裂变射线信号可以包括 由于光致裂变而从被检测物发出的瞬发裂变射线信号和延迟裂变射线 信号。这样通过在光致裂变过程中检测瞬发裂变射线信号、并在光致 裂变过程之后检测延迟裂变射线信号，可以对可裂变材料的存在进行 双重(重复)确认，以提高检测的准确性。
在本发明的一个优选实施例中，所述低能中子可以是用第二X射线 束轰击光中子转换靶所产生的光中子，这样就可以用同一个X射线源 (例如由电子加速器和电子靶构成)来产生第一和第二X射线束，以降 低检测系统的复杂性和成本。
在本发明的一个优选实施例中，该方法还包括在用所述第一X射线 束进行照射之前检测所述被检测物的嫌疑区域，并且将该嫌疑区域作 为所述检测区域。已知，除了上述的裂变特性，特殊核材料还具有高 密度且高原子序数的特性，例如铀和钚的原子序数分别为92和94，密 度分别为18.95g/cm3和19.84g/cm3，这都明显超过了其它常规物品的原 子序数和密度。因此，可以将所述被检测物中的高密度和/或高原子序 数区域作为嫌疑区域，这样可以大大降低进行裂变检测的范围。
在检测嫌疑区域时，可以利用X射线透射检测和/或中子透射检测 方法。X射线透射检测和中子透射检测方法中所用的X射线束和中子束 可以用与之前进行的光致裂变和热中子诱发裂变过程相同的X射线源。 这进一步简化了整个检测系统的复杂性。

图1是本发明的检测特殊核材料的系统的一个示例性实施例。

图1示出了按照本发明的一个优选实施例的检测系统。如图1所示， 该系统包括电子加速器(未示出)，该电子加速器可以产生电子束1， 该电子加速器优选可以发出多种(例如两种)能量的电子束1。在电子 束1的路径中设有电子靶2，在一个实施例中，该电子靶2优选由钽金属 构成。当电子束1轰击该电子靶2时产生X射线束3。
图1中的检测系统还包括光中子转换靶4，该光中子转换靶4可在工 作位置和非工作位置之间移动。该光中子转换靶4可由重水、铍或者贫 铀制成。图1中的光中子转换靶4处于工作位置，此时，光中子转换靶4 处于X射线束3的前行路径中。这样，当X射线束3轰击该光中子转换靶4 时，就会从光中子转换靶4中产生光中子5。图1中的光中子转换靶4自 身还带有分束器，以便使得X射线束3的一部分直接穿过该光中子转换 靶4而不与其发生任何反应。具体地，该分束器是该光中子转换靶4中 的供X射线束3的一部分直接穿过的通道。这样，利用该光中子转换靶4， 可以同时产生X射线和光中子。直接穿过光中子转换靶4的这一部分X射 线束3被X射线准直器6准直为X射线束9。
如图1所示的这样一种带有分束器的光中子转换靶4记载于在中国 专利申请200810125197.6中。当然，也可以采用光中子转换靶和分束 器的其它形式的组合，诸如中国专利申请No.200510086764.8中所记载 的光中子转换靶和分束器的布置方式。这两个中国专利申请在此引入 作为参考。其它的独立的光中子转换靶和分束器也是可以考虑的。
图1中的光中子转换靶4还可以处于非工作位置(未示出)，此时， 光中子转换靶4处于X射线束3的前行路径之外。这样，X射线束3可以直 接照射被检测物7，而不会有光中子产生。可以利用简单的枢转结构来 实现光中子转换靶4在工作位置和非工作位置之间的转换。当光中子转 换靶4处于非工作位置时，由X射线准直器6将来自电子靶2的X射线束3 准直为X射线束9。
图1中的检测系统还包括光中子准直器11，用于将所产生的光中子 5准直为光中子束12。
经准直的X射线束9和光中子束12可以进入该被检测物7。该被检测 物7可以是车辆或者集装箱等，其中含有可能存在的、待检测的特殊核 材料8。在被检测物的另一侧设有相互间隔开的X/γ射线探测器10和中 子探测器13，用于探测在执行检测过程中从被检测物7发射和/或透射 出的X/γ射线和中子。
下面进一步结合图1来介绍本发明的用于特殊核材料的检测方法。
1)检测被检测物中具有高密度和/或高原子序数的嫌疑区域
调节电子加速器，使得其发出第三能量的电子束1(在权利要求中 称为第三电子束)。将光中子转换靶4移动至其工作位置。该电子束1 轰击电子靶2，产生X射线束3(在权利要求中称为第三X射线束)。需 要注意的是，该第三X射线束3具有连续能谱。
一部分X射线束3轰击光中子转换靶4，从而产生光中子束5。需要 注意的是，该光中子束5具有连续能谱。X中子准直器11将所产生的光 中子束5准直为光中子束12。另一部分X射线束3穿过光中子转换靶4中 的通道，并经X射线准直器6准直后形成X射线束9。
用X射线束9对被检测物7进行X射线透射检测。具体地，X射线束9 进入被检测物7中，并被包括可能存在的特殊核材料8在内的物质所衰 减。透射出被检测物7的X射线进入X/γ射线探测器10。该X/γ射线探 测器10探测所进入的X射线，并形成对应的电信号。该电信号的幅度反 映了X射线束9在被检测物内的衰减信息。该X/γ射线探测器10可由沿 着被检测物的高度方向布置的一维探测器阵列构成。该X/γ射线探测 器10的每一次测量可以得到关于被检测物的一个截面的一维透射数 据。随着被检测物7沿着箭头14所示的方向移动，X射线束9对被检测物 7进行扫描。这样，利用X射线探测器10可以获得该被检测物的关于X射 线衰减的二维透射数据。可选地，可利用该二维透射数据形成被检测 物7的X射线透射图像。
在利用X射线束9对被检测物7进行X射线透射检测的同时，用光中 子束12对被检测物7进行如下所述的中子透射检测。具体地，该光中子 束12射入该被检测物7，并被包括可能存在的特殊核材料8在内的物质 所衰减。透射出被检测物7的光中子束12进入中子探测器13。该中子探 测器13探测所进入的中子，并形成对应的电信号。该电信号的幅度反 映了光中子束12在被检测物7内的衰减信息。该中子探测器13可由沿着 被检测物的高度方向布置的一维探测器阵列构成。该中子探测器13的 每一次测量可以得到关于被检测物体的一个截面的一维透射数据。随 着被检测物7沿着箭头14所示的方向移动，光中子束12对被检测物7进 行扫描。这样，利用中子探测器13可以获得该被检测物的关于中子衰 减的二维透射数据。可选地，可利用该二维透射数据形成被检测物7的 中子透射图像。
根据上述得到的X射线透射数据和中子透射数据，即可利用常规手 段分析被检测物中的材料种类信息，从而确定其中具有高原子序数的 区域。例如，在中国专利6申请No.200510086764.8中，利用X射线透射 数据和中子透射数据构成只和等效原子序数Z有关的n-x曲线，并利用 该曲线来识别被检测物中的不同材料。
本中请提供了另一种方式来识别被检测物中的材料信息。具体地， 可以利用上述得到的X射线透射数据和中子透射数据形成该被检测物 的二维V值图像。该V值图像中每个像素点(即被检测物中的每个被检 测点)处的V值定义为：
V＝ln(In/In0)/ln(Ix/Ix0)
其中，In0表示入射中子束强度，In表示透射中子束强度，Ix0表示 入射X射线束强度，Ix表示透射X射线束强度。每个像素处的V值与该像 素处的材料种类相关。这样，当得到被检测物的V值图像后，即可确定 其中的高原子序数区域。该V值图像可以实现对被检测物中特异物质的 更灵敏的检测。
高原子序数的材料通常也具有高密度。
在其它实施例中，也可以采用其它方式来确定被检测物中的嫌疑 区域。例如，可以利用两个X射线束沿相互垂直的方向对被检测物进行 X射线透射检测，以确定其中的高密度区域。
优选地，在确定嫌疑区域时使用X射线束和/或由X射线束轰击光中 子靶产生的光中子束。这有利于与下面将要描述的过程利用同一个X射 线源(例如由电子加速器和电子靶构成)，以降低系统的复杂性和成 本。
如果在该步骤中没有在被检测物中发现高密度和/或高原子序数 的区域，则可结束整个检测过程，并认为被检测物中不存在特殊核材 料。
2)在嫌疑区域中探测可裂变材料
在发现有嫌疑区域之后，将光中子转换靶4移动到其非工作位置。 利用拖动系统移动该被检测物7，使得该嫌疑区域被置于检测位置上。
调节电子加速器，使得其发出第一能量的电子束1(在权利要求中 称为第一电子束)。该电子束1轰击电子靶2，产生X射线束3(在权利 要求中称为第一X射线束)。该X射线束3的能量应该能够使得被检测物 7中可能存在的特殊核材料发生光致裂变。为此，电子束1所具有的第 一能量最好不低于6.5Mev，例如在6.5Mev和15Mev之间。在一个实施例 中，该第一能量可选择为9Mev。
需要注意的是，在上述的检测嫌疑区域时所用的电子束1所具有的 第三能量可以与该第一能量相同，以降低对电子加速器的要求。当然， 第三能量与第一能量也可以不同，而且可以由不同的电子加速器产生。
第一X射线束3经准直器6准直为X射线束9。用X射线束9照射该嫌疑 区域。如果在被检测物7的嫌疑区域中存在可裂变材料，其在X第一X射 线束3的照射下将会发生光致裂变。该光致裂变的产物包括瞬发的γ射 线和中子射线和延迟的γ射线和中子射线(称为β延迟射线)。
由于电子束1通常为电子束脉冲，因此，X射线束4通常为一系列X 射线脉冲。这样，可以在相邻X射线脉冲的脉冲间隔期间，利用X/γ射 线探测器10和中子探测器13分别测量从被检测物7中发出的瞬发γ射 线和中子射线信号。如果测量到的γ射线和中子射线的强度超过了它 们的环境本底水平，则说明被检测物7的该嫌疑区域中存在可裂变材 料。
优选是，在停止X射线束3的照射之后，还利用X/γ射线探测器10 和中子探测器13测量β延迟射线。如果所测量的β延迟射线超出了环 境本底水平，则进一步确认了被检测物中确实存在可裂变材料。
在其它一些实施例中，也可只测量瞬发射线或延迟射线。在另一 些实施例中，也可以只测γ射线或中子射线。在又一些实施例中，只 要γ射线和中子射线中的一种的测量值超出其环境本底水平，则说明 被检测物7的该嫌疑区域中存在可裂变材料。
如果在该步骤中没有在嫌疑区域中可裂变材料，则可结束整个检 测过程，并认为被检测物中不存在特殊核材料。
3)探测特殊核材料
在发现存在可裂变材料之后，将光中子转换靶4移回到其工作位 置。调节电子加速器，使其发出第二能量的电子束1(在权利要求中称 为第二电子束)。可以理解，在其它实施例中，也可以由另外的加速 器来产生该具有第二能量的电子束1。
该第二电子束1轰击电子靶2，产生X射线束3(在权利要求中称为 第二X射线束)。第二X射线束3轰击光中子转换靶4，产生光中子。该 光中子为低能中子，其能量选择为可使被检测物中的可裂变材料中的 可能存在的特殊核材料发生热中子诱发裂变。为此，电子束1所具有的 第二能量最好在2Mev与6Mev之间，更优选在3Mev与5Mev之间。在一个 实施例中，该第二能量可选择为4Mev。该第二能量通常小于前述的第 一能量。对于具有所选第二能量的电子束1来说，其所产生的第二X射 线束3的能量不会使得被检测物7中的可裂变材料发生光致裂变，从而 不会干扰下述的关于热中子诱发裂变的检测过程。
用所产生的低能中子照射被检测物的嫌疑区域一定时间。该低能 中子在慢化之后进入嫌疑区域。如果在被检测物7中存在特殊核材料， 进入嫌疑区域的低能中子使其发生热中子诱发裂变，从而发出γ射线 和中子射线。
在停止第二X射线束3或者低能中子的照射后，利用X/γ射线探测 器10和中子探测器13测量由于热中子诱发裂变而发出的γ射线和中子 射线。如果所测得的中子射线和γ射线超过了环境本底水平，则可以 判断该嫌疑区域存在特殊核材料，即铀235和钚239。
尽管在上述实施例中包括检测嫌疑区域的步骤，但是本领域技术 人员可以理解，在其它一些实施例中，也可以省略该步骤，并且将整 个被检测物作为检测区域来检测其中的可裂变材料。在这种情况下， 可以用第一X射线束3对整个被检测物7进行扫描，从而确定可能存在的 可裂变材料的位置。
虽然根据本发明的多个实施例介绍了本发明，但是应当理解，这 些实施例是示例性的而非限定性。本领域技术人员在所附权利要求的 范围内，可以对这些实施例进行各种变化。