核安保系统关键手段：辐射探测技术与设备

陈俊松 李福龙 中广核贝谷科技有限公司 南昌市 330029

0 引言

伴随着我国乃至世界核工业事业的蓬勃发展，核安保（Nuclear Security）与核安全（Nuclear Safety）逐渐成为了发展中的两大主要任务，也成为了参与核工业发展企业的主要责任。在世界范围内，每天都有大量未经许可的核及其他放射性材料的运输和储存，甚至存在被恐怖主义组织所掌握用于制造恐怖事件的风险。根据国际原子能机构（International Atomic Energy Agency，IAEA）非法贩运数据库（Incident and Trafficking Database ，ITDB）显示，自1993年以来，全世界发生的非法交易、盗窃或丢失事件达3371起。针对核材料和其他放射性物质的储存监管、丢失、被盗和非法转移等核安保问题，核辐射探测技术与设备可以发挥重要作用。

1 核安保系统

IAEA相关文件对核安保的定义是：预防、探测和应对核材料和其他放射性物质或相关核设施的偷窃、蓄意破坏、擅自接触、非法转移或其他恶意的行为。其目标是为了避免人员、财产、社会和环境受到犯罪行为或未经许可的故意行为以及对核安保有不良影响的其他行为的辐射危害[2,3]。

核安保系统是由核材料衡算与控制、实物保护和保密等多项技术措施所构成的综合系统。其中实物保护系统包括探测、延迟和响应三大子系统。探测是指探知核安保事件发生并发出报警的技术手段；延迟是指能够延缓或阻止敌手实施行动的技术手段；响应是为终止核安保事件的发展而采取的快速行动[1]。三者之中探测是所有行动的前提，在整个核安保系统中尤为重要，它包含了多种传感器和探测器，如雷达、红外、生物传感器和核辐射探测器等。而在一次有效探测中，核辐射探测技术与分析设备虽然只是其中的一个小部分，但却是其关键执行手段。

图1 核安保系统实物保护组成与要素

2 核安保中的辐射探测

全世界目前已经有超过1000多座核设施，其中包括核电站、研究堆以及燃料循环设施。随着核设施的不断增加，越来越多的核材料和废料需要进行运输和储存，加强实物保护成为了防止这些材料被盗和破坏的一个重要环节。核设施出入口的放射性筛查设备可以有效防范核材料偷运、存储区域的放射性监控能有效防范核材料被盗。IAEA向各成员国提供了大量的仪器设备，与相关国家机构及实验室开展了大量研究工作，在改进技术措施、提高探测能力、强化可靠性方面取得显著成果。

大型公共活动是恐怖主义组织的主要目标，如奥运会、世界杯、峰会活动等。活动的参与者和观众容易受到放射性散布或爆炸装置的威胁。东道主国家安排和组织针对核安保的辐射探测设备，对人流和物流进行全面有效的放射性监测，对使用相关仪器设备的一线人员进行技术培训及演习，有效防止了恐怖事件的发生。

有效的边境管控措施有助于确保核材料及其他放射性物质出入境转移的合法性。在边境口岸配备相关辐射探测报警系统，为海关官员等一线人员配备辐射探测仪器有助于他们实施有效的管控措施，并保护自身及其他人员的人身安全。早在2003年，美国就推出“大港口倡议”，2011年底，中美“特大型港口计划”也正式启动，旨在通过在港口安装核辐射检测仪器设备系统，阻止核和其他放射性物质非法贩运。

3 核辐射探测技术

核辐射探测仪器的基本原理是：核材料及其他放射性物质在自身的衰变过程中释放各种特征射线，包括了α射线、γ射线以及中子等。利用这些特征射线与探测器物质的相互作用，产生光信号或者电信号（光信号通过光电倍增管最终转变为电信号），微弱电信号通过信号放大、脉冲分析等后端硬件电路的处理，形成脉冲计数或者能谱数据，通过不同的数据处理和分析算法，可以对被测对象进行定性判断和定量分析，得到最终的探测结果数据。

图2 辐射探测设备原理及组成

在辐射探测技术中，辐射探测方法取决于探测对象的特性：α射线是重带电粒子，在其输运路径上通过电离和辐射损失大量的能量，穿透力很小，射程很短，因此不能在远距离和有屏蔽的情况下对α粒子进行直接探测；而γ射线和中子是不带电粒子，在其输运路径上以散射方式损失能量，通过吸收体后射线强度会衰减，衰减因子与其输运路径上的吸收材料有关。γ射线和中子具有较高的穿透性，因此可在远距离对其进行直接探测[4]。

4 核辐射探测设备

核设施、大型活动、出入境口岸等需要建立核安保系统的场所，可以在其出入口及沿途建立核辐射监测体系，该体系包括：通道式辐射监测系统、便携式辐射探测仪器、剂量（率）监测仪、专家级辐射探测及分析设备。其中通道式辐射监测系统用于初步筛选出入口的车辆、人员和货物的辐射水平并产生报警信息；便携式辐射探测仪器用于对发生辐射报警的车辆和人员进行放射性精确定位和进一步筛查；剂量（率）监测仪用于测量剂量率超标水平，定义报警上报级别和指导进一步的安保措施。专家级辐射探测及分析设备用于辐射报警目标进行定量和定性分析，确定报警性质。

通道式辐射监测系统一套配置大体积高灵敏度伽马和中子探测器的放射性自动监测系统。该系统可对通道内的车辆、行人、行包进行实时在线放射性监测，发现其中微量放射性物质，自动发出辐射超限报警，并完成对检测数据的储存。同时，系统还能够与上级管理系统联网，构成远程实时监测信息系统平台。通过技术的不断升级和创新，通道式辐射监测系统可以兼容便携式辐射探测仪器的放射性定位、剂量率检测、放射性种类和含量分析等功能，甚至采用一种探测器即可完成对γ射线和中子的同时监测。该系统可以和电子档杆、限行装置、闭路电视监控系统、中央警报处理室设备、报警短信提醒系统、箱号识别系统、车牌号识别系统、音频广播系统等外围设备进行联动，更有效全面地实现核安保关于探测、延迟、响应三要素的要求。

便携式辐射探测仪器及剂量（率）监测仪是由小型探测器与微型控制系统组成，适合近距离探测。经过计量机构进行检测溯源，可以准确测量使用场景中的剂量率水平。通过连续对大型被测物进行分区检测，分析剂量率或计数率的变化规律，可以较为准确得定位到核材料与其他放射性物质的具体位置。根据该类设备仪器的特性，可以将其作为一种探测报警后的信息复核手段，并为响应环节中信息上报和情况处置提供有力的执行依据。

专家级辐射探测及分析设备一般是指具有较高技术指标和更全面的技术分析手段等设备或仪器，如能谱仪、核素识别仪、放射性活度检测仪等。该类设备或仪器的辐射探测器一般具有很好的技术特性，如能量分辨率高、探测效率高、能量响应好、死时间小等优势，配合更先进的硬件条件和分析算法，可以非常准确得给出被测对象的核素名称、核素类别（特殊核材料、天然核素、人工核素和医用核素等）和含量信息，实现核素识别和活度分析等功能，为准确定性报警或非法事件提供有力依据。

除了以上辐射探测系统和仪器外，得益于软、硬件和云技术的快速发展，使用大量不同辐射探测器和控制系统，配合GPS、GIS等成熟技术，可组建放射性的区域监控系统或在线实时监控云平台。对实物保护场所和放射源运输路线进行连续辐射水平监视，对辐射水平异常进行快速报警、上报和执行其他响应手段，为特殊核材料及其他放射性物质的储存和运输提供了强有力的技术保障。

另外，在放射性物质的丢失寻找和大型活动放射性跟踪监控中，伽马成像检测设备发挥了重要作用。针对核安保中的高危或人力不方便抵达的场所，无人机放射性巡检系统和辐射探测机器人也逐渐发挥了它们的固有优势。

5 总结

文章重点介绍了辐射探测的基本原理和相关特性，以及不同辐射探测系统设备的组成及其优势。针对核安保系统的特点和应用，分析了用于实物保护环节的各种辐射探测设备与仪器。可以看出，辐射探测技术与设备将会在核安保领域中得到更好的发展和应用，从而更有效提升核安保系统的监管和防御能力，为世界核能事业发展提供有力保障。