專利名稱：利用來自光子引發裂變的高能瞬發中子來識別核材料存在的非侵入性方法
技術領域：
本發明涉及檢測可裂變核材料的存在的系統和方法。所述系統和方法利用了由瞬 發中子的能量和角度分布所提供的獨特信號，所述瞬發中子在光子引發的核裂變中產生。 它們可以用于檢測錒系原子核的存在(特別是Z大于或等于89(即錒)的那些)。這些 核中的一些被歸為特種核材料(SNM)，并可用在大規模殺傷性武器例如核炸藥中以及臟彈 (dirty bomb)中。
背景技術：
核炸藥、可用于制造核炸藥的材料、以及可用于制造臟彈的材料的違法地下運輸 構成了對世界和平和安全的主要危脅。這些材料可以被恐怖分子、潛在恐怖分子、恐怖分子 支持者或其他人秘密地和走私地放在貨物或其它運輸物的各種容器中，包括普通行李、板 條箱、車輛、貨物容器等等。需要有效和高效率的方法和系統來對處于港口和其它貨物和船 運地點的這類違禁材料進行可靠的非侵入式檢測，以便減少成功進行違法運輸的風險，同 時不會以破壞正常貿易的方式過度阻礙世界范圍內的貨物流通。因此，不會產生大量假陽 性檢測結果的檢測方法尤為重要。 無源檢測方法，例如自然衰減的伽瑪光譜法，被證明沒有普遍的有效性，因為許多 目的材料不具有高放射性而相對容易被屏蔽。X射線技術不易區分可裂變的核材料和可以 在貨物中合法存在的無害高Z材料例如鉛或鎢。 除了無源檢測之外，還曾采用、嘗試或提出過利用采用探測光束的有源技術來進 行檢測的一些方法。 在一種這類有源技術中，采用了外部中子源來檢測可裂變核材料，這是通過裂變 事件的中子倍增效應來檢測所引發的裂變事件的。然而，這很難區分開探測中子和裂變引 發的瞬發中子，特別是當探測中子的能量高得與來自裂變的較高能的瞬發中子一樣時或者
18當涉及大型的容器時。另一種技術利用脈沖式外部中子源引發可裂變核材料中的裂變事
件，然后通過裂變產物檢測緩發中子發射，使用時間的延遲作為將測得的信號從探測中子
中區分出來的手段。該緩發中子信號是弱得多的信號，故存在信噪比的問題。 在另外的有源技術中，采用了伽馬射線探測光束來引發核材料的光裂變(Y， f)，
其中檢測來自裂變事件的中子。來自探測光束的散射伽馬射線以及由探測光束引發的光中
子(由伽馬探測光束與可裂變和/或不可裂變的核之間的相互作用引起的直接(Y， n)事
件)造成了檢測來自裂變事件的瞬發中子的噪聲，造成了不可靠或模糊的檢測結果。光裂
變還由裂變碎片導致了產生緩發中子，但與中子引發的裂變相比，所述緩發中子信號較弱，
而檢測存在噪聲的問題。 因此本發明的一個目的是提供改進的系統和方法，用于以降低的錯誤率和模糊性 檢測物品中可裂變的核材料。 本發明的另一個目的是提供改進的系統和方法，用于在引起噪聲的因素存在的情 況下通過提高瞬發裂變中子的區分度(discrimination)來檢測違禁的可裂變核材料。
本發明的另一個目的是提供系統和方法，用于分析瞬發裂變中子的能量或能量譜 以檢測物品中可裂變核材料的存在。 本發明還有另一個目的是提供系統和方法，用于檢測瞬發裂變中子的角度分布以 檢測物品中可裂變核材料的存在。 本發明還有另一個目的是提供系統和方法，利用瞬發裂變中子的角度分布和瞬發 裂變中子的能量分布來檢測物品中可裂變核材料的存在。 上面列出的目的以及本發明進一步的和其它的目的和優點通過下面描述的實施 方式來實現。
發明內容
瞬發中子是在裂變過程之后立即發射出的中子；其特征在于從裂變碎片中發射出 來，所述發射通常是在所述碎片達到其最終速度的大部分之后發生，并由此可以被稱為完 全加速的碎片。此最終速度通過裂變碎片間的強大的庫侖斥力賦予所述碎片。在斷裂點處 (即恰好這些碎片分裂開時) 一些中子從光子引發的裂變中產生出來，但這些中子被證明 與在飛行中的碎片發射出來的中子相比數量上很少。還有一些緩發中子在一些碎片的P 衰變之后產生，但本文中不考慮這些中子，因為它們僅占瞬間發射出的中子的很小百分比 并因而在本文所公開的方法實踐具有可忽略不計的影響。利用來自光裂變的瞬發中子作為 檢測技術的優點之一是，它們以緩發中子產量的大約200倍產生；這就能夠得到較高的檢 測可能性，更低的假陽性率和更快的掃描時間。 本文所描述的技術和方法利用了所產生的中子在速度(和能量)上的提升，因為 所述中子是從通過(口，f)過程產生的快速移動的核碎片中發射出來。這種提升把所述中 子放在了允許清楚地確定可裂變核的存在的能量范圍內；該能量范圍不可能來源于由其它 不可裂變的核所發生的其它過程，如通過光子(Y， n)直接產生的中子。另一些感興趣的 特征是，在光裂變過程中所述碎片的核依賴性角度分布以及在不同角度的瞬發中子能量分 布。因此光子引發裂變的標志是獨特的。而且，通過控制用于引起裂變的入射光子能量，來 自于其它核的(Y， n)過程可能降低重要程度或作為背景而消除。由于光子引發的裂變過程普遍存在于錒系元素中，故這些方法可確認容器內的可裂變核材料，特別是Z大于或等 于89(即錒)的那些。 本發明描述了通過測量瞬發中子的能量和檢查瞬發中子的能譜來檢測易裂變物 質的系統和方法。源自光裂變的瞬發中子的能譜很容易與源自其它可能出現在不易裂變材 料如(Y，n)的過程的中子能譜區分開。能量大于E二Eb-Eth的中子，其中Eth是在相關的 其它不易裂變重元素中的(Y， n)過程的閾值，Eb是入射韌致輻射光子束的終點能量(或 者入射單色光子束的能量)，清楚地指示了錒系元素區域中的易裂變材料的存在。沒有其它 的光子引發過程能夠產生這樣能量的中子。 這些中子的角度分布反映了產生其的裂變碎片的角度分布明顯偏離各向同性的 分布指示了偶偶核的存在，而幾乎各向同性的分布指示了奇偶或偶奇易裂變物種的存在。 (下文中為簡化起見，"奇偶"表示具有奇數核子的核，無論是質子還是中子，并因而在下文 中該術語包括"奇偶"核和"偶奇"核。) 比較在不同角度的瞬發中子的能量分布還提供了有關物種存在的可能有用信息。 如果在不同的角度能量分布幾乎相同，則發生裂變的同位素是奇偶型；如果在不同角度能 量分布明顯不同，則發生光裂變的同位素是偶偶型。 光裂變的另一個標志是，在不同中子能量處的瞬發中子的相對產量(即產量曲線 的形狀)不依賴于入射光子的能量。這與其它的過程例如(Y， n)形成了對比，所述其它 過程在不同能量處中子的相對產量強烈依賴于入射光子的能量，尤其是在可能的最高能量 處。 為了更好地理解本發明及其其它的和進一步的目的，參考附圖和詳細說明。
圖1A和1B分別表示了裂變碎片質量產量和相關的平均中子多重性，作為23^ 和239Pu的中子引發的裂變所產生的裂變碎片質量的函數；
圖2代表232Th的光裂變的中子飛行時間(和能量)譜； 圖3表示由金的(Y ， n)過程產生的光中子的能譜，其中韌致輻射光子束為14. 3 和15. 8Mev終點能量； 圖4A和4B分別表示光裂變產量作為235U和239Pu中韌致輻射終點能量的函數；
圖5A， 5B， 5C和5D分別顯示了 239Pu的(Y ，總)，(Y ， n) ， ( Y ， 2n)和(Y ， f)過程 的光子引發反應的橫截面； 圖6表示系統一種實施方案的可能設置的設計示意圖，所述系統用于通過分析來 自于光子引發裂變的高能瞬發中子來檢測容器中的易裂變物質。 圖7表示來自232Th和238U的光裂變的裂變碎片所發射出的中子的角度分布；
圖8A和8B是表示用于檢測由裂變碎片產生的中子的兩個光束位置的示意圖，所 述裂變碎片來自于光子引發裂變，其中探測器相對于光束的角度進行了互換。
圖9表示了來自于232Th和238U的光裂變的裂變碎片角度分布；以及
圖10表示了 238U的(n， f)的橫截面。 圖11表示了脈沖形狀區分的能譜，其來自于用9MeV韌致輻射光束照射的HEU和 Pb靶，表明光子與中子信號的分離，以及瞬發光裂變中子與Pb中(Y，n)過程所產生的中子的分離。優選實施方案的詳細說明 裂變是復雜的過程，其一直是許多理論和試驗研究的課題。(主要參見Bohr和 Mottelson， 〃 Nuclear Structure" ，1998，World Scientific Publishing Co. Pte丄td. Singapore,和其中的參考文獻)。然而，普通經驗所確立的特性暗示了所述過程具有不依賴 于核或起始粒子的某些普遍規律。 當裂變為自發時，其通過低能中子或通過(Y， f)過程閾值附近的光子吸收所啟 動，裂變的優勢模式是原子核分裂成不等質量的兩個碎片。這些不等的質量對于235U來說 處于核子數95和140的區域，對其它可裂變核來說處于類似的區域。所述碎片通過其電荷 (Zp Z2)的強大庫侖斥力加速并獲得大約160到180MeV范圍的動能，這取決于發生裂變的 核。大部分的這種庫侖能量是在大約10—22秒內當所述碎片分開數個核直徑時獲得的。最 終的碎片速度對于輕的碎片來說對應于大約1MeV/核子的動能，對于重的碎片來說對應于 大約0. 5MeV/核子的動能。所述迅速移動的碎片通常受到激發并發射出瞬發中子，大多是 在其獲得了可來自庫侖斥力的大部分動能之后。 圖1A和IB表示了 J. Terrell對235U和239Pu的中子引發裂變的分析("Neutron Yields from Individual Fission Fragments" ， Physical Review, Vol. 127， Number 3， August 1， 1962,880-904頁，以及其中的參考文獻)。這些附圖(對應于Terrell的圖8和 9來說)顯示了來自于中子引發裂變的不對稱碎片質量分布，以及從重和輕的碎片發射出 的中子的平均數目，作為235U和239Pu的碎片質量的函數(圖1A和IB中的符號v， 和vH分 別表示發射出的中子的平均總數，來自于輕碎片的平均中子和來自于重碎片的平均中子， 其作為碎片質量的函數。) 對于^U的中子引發裂變和^Cf的自發裂變，Terrell獲得了類似的結果，表明了 所述現象的普遍性。 許多作者研究了 252Cf的自發裂變，包括Harry R. Bowman, Stanley G. Thompson, J. C.D.Milton禾口 J. Swiatecki : 〃 Velocity and Angular Distributions ofPrompt Neutrons from Spontaneous Fission Of 252Cf〃 ，Phys. Rev.，巻126，第6期，6月15， 1962， 2120-2136頁和其中的參考文獻。這些作者們通過直接測量能夠證明a)"(來自252Cf自 發裂變的中子的)所述角度分布在裂變碎片的方向上形成強烈的峰值。在輕碎片方向上、 重碎片方向上和直角上的相對強度分別是約9，5和l";并且b)"所述能量和角度分布的廣 泛特征通過假設來自于完全加速的碎片的中子的各向同性蒸發(在碎片坐標系中)而得以 重現"。 盡管并非Terrell和Bowman工作的唯一重要結論，但這里所引用和討論的那些結 論支持了自發裂變或低能量下裂變的普遍性描述，這對于本文中的討論很重要。
H. W. Schmitt， J. H. Neiler禾口F. J. Walter的工作"Fragment E證gyCorrelation Measurements for 252Cf Spontaneous Fission and 235U Thermal-NeutronFission 〃 ， Phys.Rev.巻141，第3期，1966年1月，1146-1160頁，提供了上述特征的其它證據。他們 發現對于252&自發裂變來說，中子發射之前平均總碎片動能為186.5士1.2MeV，而對于^U 的中子引發裂變來說，為171. 9±1. 4MeV。這些碎片基本上所有的動能都可來自所述碎片相 互之間的庫侖斥力。 從通過光子引發裂變形成的裂變碎片出來的中子的能量分布和角度分布都是相關的。C. P. Sargent, W. Bertozzi， P. T. Demos， J丄Matthews禾口 W. Turchinetz， 〃 Prompt Neutrons from Thorium Photofission〃 ， Physical Review，巻137，期IB，1月11,1965， B89-B101頁中報道的232Th的情況具有說明性。這些作者在成對的角度上同時測量了來 自232Th光裂變的中子譜，相對于光子束成157和77度，以及相對于光子束成130和50度。 他們利用的韌致輻射光子來自具有6. 75和7. 75MeV動能的電子。在他們的分析中幾個從 屬事實非常重要l) 232Th的(Y，n)閾值能量是6. 438MeV。因此，在電子束的能量分別為 6. 75MeV和7. 75MeV時，(y ， n)過程不能貢獻能量大于0. 31MeV和1. 31MeV的中子。由于 這些中子能量只能在各自的韌致輻射譜的終點處獲得，故對于來自(Y， n)過程的中子譜 來說沒有重要的貢獻，甚至在中子能量分別明顯低于O. 31MeV或1. 31MeV的情況下也沒有； 以及2)來自^Th的光裂變、(Y，f)，的裂變碎片已知具有強烈的各向異性角度分布。該分 布在與入射光子束成90度時達到峰值，且該碎片角度分布定為I = a+b sin2 ( e )，其中e 是入射光子束方向和裂變碎片方向之間的夾角。在本文所討論的能量中，b/a比率遠遠大于 l，甚至在入射光子能量高于9MeV時仍保持大于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))。該碎片的方向性提供 了來自于速度提升的中子角度和中子能量間的相關性，如果所述瞬發中子從具有其完全動 能的碎片發射的話。 來自232Th ( Y ， f)的中子能譜分析結果與Sargent等人的以下結論是一致的1)從 非完全加速的碎片發出的瞬發中子分數為0. 07±0. 09 ;2)所述瞬發中子的角度分布和能 量分布與各向同性的中子蒸發是一致的，所述各向同性的中子蒸發具有在移動碎片的質量 坐標系中心的熱型譜，其中所述碎片以其完全加速的速度運動；以及3)在質量坐標系中心 的中子能譜特征在于，平均能量為1. 14±0. 06MeV。沒有明顯的溫度成分高達或高于該平均 能量。(也就是說，隨后的Maxwellian能量分布，如果應用于實驗室坐標系中的、且沒有來 自光裂變碎片運動的動力學提升的處于靜止的碎片，將不能產生許多高能的中子，所述高 能中子是通過向碎片坐標系中所發射的中子施加動力學提升而得到的。)
圖7表示對于^Th和^U而言，來自于(Y，f)過程所產生的裂變碎片的瞬發中子 的角度分布，其中入射光子能量在(Y，f)過程的閾值附近。其摘自S.Nair，D.B.Gayther， B. H.Patrick禾口E.M.Bowey， Journal of Physics, G :Nuclear Physics,巻3， No. 7， 1977 (pp 1965-1978)，作者確證了 Sargent等人有關232Th的結果，并將該結果擴展到238U的光裂變。 這些角度分布是通過檢測來自23 的中子引發裂變的碎片的檢測器而測得的。因此，它們 是光裂變碎片所發射出的所有中子能量的平均值，所述碎片旋繞在(n， f)橫截面上。這強 調在大約1MeV之上的中子，其中(n，f)橫截面變大(參見圖10，其表示了23 的(n， f)橫 截面。圖10由National Nuclear Data Center,Brookhaven NationalLaboratory，ENDF， Evaluated Nuclear (reaction) Data File所重現)。 圖9也來自于Nair，其表示用和圖7相同的入射光子能量，來自于232Th和238U的 光裂變碎片的角度分布。在裂變碎片運動方向上來自于光裂變碎片的中子峰值通過圖7與 圖9的視覺比較而清楚地示出。(中子角度分布形狀的含義將在下面討論。)
圖2來自于Sargent等人的參考文獻的圖4，其示出了在相對于入射7. 75MeV的光 子束方向成77度角時，來自^Th光裂變的瞬發中子的飛行時間(能量)譜。圖2上部是瞬發中子能量標尺。 圖2中的中子譜的一個顯著的特征是與具有大約1. 14MeV平均能量的蒸發(熱) 譜相比，存在著非常高能量的中子，如Sargent等人所報道，該報道是其對來自于232Th的光 子引發裂變的瞬發中子的能量和角度分布的分析。例如，在6MeV處的強度就相當大。大量 高能中子的存在部分源于通過運動碎片傳遞給中子的明顯速度提升。例如，如果碎片的速 度對應于1MeV/核子的動能，則在碎片運動方向上從質量坐標系的碎片中心發射出的1MeV 的中子將是在實驗室坐標系中速度的2倍且具有4MeV動能。這是因為在實驗室坐標系中 的中子速度是碎片速度與碎片坐標系中中子速度的總和。由于該實例中所考慮的能量和 方向是相同的，故速度加倍。動能隨著速度的平方而變化。因而在碎片坐標系中具有1MeV 的中子在實驗室坐標系中為4MeV。更普遍地說，如果碎片速度是V，碎片坐標中同方向中子 速度是v，則在實驗室坐標中的中子速度為V+v。在實驗室坐標中的中子動能為E = (m/2) (V2+2Vv+v2)或E = Ef(l+2(E乂Ef)"+E乂Ef)，其中En是碎片坐標中的中子動能，Ef是碎片中 一個核子的動能。因此，在上述實例中，在質量坐標系的碎片中心在碎片運動方向上以2MeV 發射出的中子將具有5. 8MeV實驗室動能。 在直接(Y，n)中子產生過程中能量守恒不允許具有高于E二Eb-Eth的中子產生， 其中Eb是入射光子束的韌致輻射終點能量，Eth是從其他相關重元素中產生中子的(Y ， n) 閾值能量。因此，檢測具有高于該值能量的中子是裂變存在的可靠證據。
由于232Th的(Y ， n)閾值是6. 438MeV， 6MeV的中子能量不可能來自于(Y ， n)，除 非韌致輻射終點到達12.438MeV。而且，即使當韌致輻射終點到達該值時，來自(Y ， n)過 程的中子數量也很少，因為它們只能夠通過在韌致輻射終點能量處的一些光子產生。
這些能量考慮因素以類似的方式應用于所有的可裂變核材料，特別是Z > 89的那 些，即錒系元素區域。此外，并且最重要的是，大多數重元素如Bi、Pb、W、Ta等，具有(Y，n) 閾值在6. 5MeV或之上的同位素。因此，找出能量高于E = Eb_Eth的中子，其中Eth在6MeV 范圍內，就成為針對易裂變材料存在性的非常可靠的測試。 另一個用以證實被測中子來自于光分裂的測試是，能量高于E = Eb-Eth的中子產 量對入射光子能量適度增長的靈敏度。特別地，測量所述產量相對于低于這個能量的中子 產量的增長是很重要的。當中子從光裂變的裂變碎片中發射出來時，所述中子產量的增長 或相對增長是不明顯的，因為獨立于精確入射光子能量的能量考慮因素，例如來自裂變碎 片運動的速度提升，是決定所述產量的最重要因素。 圖3表示了金的(y ， n)中子譜。(它是W.Bertozzi， F.R.Paolini和 C.P.Sargent， 〃 Time-of-Flight Measurements of Photoneutron Energy Spectra"， PhysicalReview， 119， 790 (1958)中的圖2)。圖3表示了 (Y，n)過程的本質是如何造成該 過程所產生的中子大部分集中于低能量的。圖3中的數據進行了歸一化處理以產生與來自 中子能量En〉 1. 4MeV的2D參考靶中(y ， n)過程的相同數量的中子。因為光子和中子能 量特別地與勺中的(Y，n)過程相關，該歸一化處理允許形成差異光子譜(高能(15. 8MeV) 韌致輻射譜和低能(14. 3MeV)韌致輻射譜之間的差異)，其對應于中心位于大約14. 5MeV并 具有大約2MeV的半寬的光子寬波帶。也就是說，由圖3中的兩個能量下的中子能譜間差異 所產生的中子能譜對應于由上述中心位于大約14. 5MeV的能帶中的光子所產生的光中子。 圖3證實了由于(Y，n)過程所產生的中子大部分集中在低能量，因此來自(Y，n)過程的中子造成的光裂變譜污染在較高的中子能量處預計是很低的，即使從能量低于由嚴格應用 能量守恒所建立的E = Eb_Eth的截止值的中子角度看也如此。 圖3中的光譜表明了來自(Y，n)過程的中子隨增加的中子能量而具有迅速、幾乎 指數性的減少，這與圖2中所示的在7. 75MeV韌致輻射能量來自232Th的光裂變(Y ， f)過 程的中子譜形成對比。對于金來說，如果韌致輻射譜終點為7.75MeV，則來自(Y，n)的中子 譜不存在，因為(y，n)閾值Eth高于8MeV。即使具有12MeV的韌致輻射終點，來自金(y， n)的最高中子能量也小于4MeV，而在這一能量范圍來自(Y，n)的中子不多，因為其對應于 韌致輻射譜終點處的光子。對于中子能量高于6MeV的情況來說，來自于^Th的(Y，f)的 中子產量在12MeV韌致輻射處非常大。 表l給出了錒系元素區域中一些典型的核的(Y，f)和(Y，n)閾值(單位MeV)。 所述(Y，f)閾值來自于H.W. Koch， 〃 Experimental Photo-FissionThresholds in 235U， 238U， 233U， 239Pu and 232Th〃 ， Physical Review, 77， 329-336 (1950)。還列出了 207Pb的(y ， n)閾值，因為它是天然鉛材料的成分，所述天然鉛材料可用作對抗易裂變材料檢測的屏蔽 罩。所述表格表示了對于韌致輻射終點能量高達llMeV時的可獲自(Y，n)過程的最大中 子能量，包括對于皿Pb時。該能量可與圖3中的光譜相比較，示出了許多能量超過6MeV的 中子，其來自于采用僅7. 75MeV的韌致輻射的232Th光裂變。甚至在11MeV的韌致輻射能量 時，沒有高于5. 7MeV的中子來自任何核，且沒有高于4. 26MeV的中子來自2°7Pb，并且處于或 接近于這些能量的中子數量非常少，因為它們對應于處于或接近于所述韌致輻射譜終點能 量的光子。應當注意的是，隨著韌致輻射的終點能量從6增加至11MeV， ( y ，f)過程的重要 性也增加，因為橫截面隨著能量增加，并且因為在較低光子能量(在該處(Y， f)橫截面相 當大)的韌致輻射譜中的光子數量增加。所述(Y，f)閾值幾乎全都低于(Y，n)閾值，并 且全都顯著低于2°7Pb的(Y ， n)閾值。
最大(y， n)中子能量(MeV) 《、()'，0閾 值(MeV)(y， n)閾 值(MeV)韋刃致輻射y終點能量，eb (MeV) 6 7 8 9 10 11232Th5.40±0.226.4380.561.562.563.564.56
233U5.18±0.275.7590.241.242.243.344.345.34
235u5.31±0.275.2980.701.702.703.704.705.70
238u5.08±0.156.1540.851.852.853.854.85
239Pu5.31±0.255.6470.351.352.353.354.355.35
207pb6.7380.261.262.263.264.26
表l.選定韌致輻射能量和同位素的來自(Y，n)的最大中子能量 表1中的數據表明了高于特定能量的中子產量是如何隨著韌致輻射終點能量的 改變而改變的。對于皿Pb，表1顯示，直到電子束能量超過大約11MeV才有高于4MeV的中 子產量。(對于金，正如上面有關圖3中所討論的，電子束能量必須超過12MeV以提供高于
244MeV的中子產量。)然而，對于錒系元素來說，高于4MeV的中子產量會是從6MeV電子束能 量以下開始的電子束能量的強增加函數，這是因為低(Y， f)閾值使得光裂變過程隨著越 來越多的光子可用于光裂變而迅速增長，這些所有光子都形成獨立于光子能量的中子譜， 并且強烈聚集在選定的中子能量區域(例如，大于4MeV)。表l所示的錒系元素實例或其它 重金屬如2°7Pb中的(Y ， n)過程直到電子束能量相當高于10MeV才是總產量的主要成分， 這是因為所述過程只涉及韌致輻射終點Eb附近的光子。 另一點如下面進一步討論，是在大多數的光子能量范圍內，光裂變橫截面明顯大 于(Y，n)橫截面，如圖5B和5D所示。大多數情況下，來自(Y，f)的中子僅僅基于橫截面 就顯著于(Y ， n)，姑且不論本文所討論的其它特征。 表1中的數據是基于具有特定終點能量的連續韌致輻射譜，但類似的討論也適用 于單色光子束。對于不同的光子能量來說，來自光裂變的中子能譜保持了對中子能量的相 同依賴，但對于單色光子來說，總產量僅受到特定光子能量處(Y， f)橫截面的調控。對比 之下，從韌致輻射束產生的中子的總產量則受到具有所述(Y， f)橫截面的韌致輻射譜的 巻積的調控。對于單色入射光子來說，受能量守恒因素規定的來自(Y，n)的最大中子能量 就剛好遵循著上述討論內容。 非4MeV的其它能量可用作定義可裂變核材料存在的"觸發值"或截止值。也就是 說，對于任何特定的電子束能量來說，可以選擇"觸發值"能量，使得能量高于該"觸發值" 的中子的存在在能量上對于相關的重材料如皿Pb的(Y， n)過程來說是不可能的，因而任 何檢測到的中子只可能來源于錒系元素中的光裂變過程。圖2中的數據顯示，有許多來自 (Y， f)過程的高于6MeV的中子，因而6MeV可以選作為"觸發值"能量。也可以有其它的 "觸發值"能量；所述選擇依賴于一些因素，如期望的檢測速度、允許的假陽性度，以及期望 的檢測效率。 此外，所述選擇也會受到容器中貨物的特定性質的制約；如果所述貨物由具有高 (Y ， n)閾值的材料制成，如銅、鋁、鋼或氧，則可以選擇較低的"觸發值"能量。
相反，天然含有少量氖的含氫物質可能由于其(Y， n)過程的低閾值2.2MeV而 受到關注。然而，由于能量釋放幾乎均等地被中子和質子享有，故最大中子能量設為E = (Eb-2. 2)/2MeV，并且對于電子束能量為10MeV的實例來說，最大中子能量大約為3. 9MeV，而 9. 2MeV的光子導致3. 5MeV的中子能量。因而，較高的"觸發值"可能是合適的。
更重要的關注點可能是9Be。它具有低(Y ， n)閾值，僅為大約1. 6MeV，并且所述 能量共享導致具有大部分可用能量E = (8/9) (Eb-1. 6)MeV的中子是可用的最大中子能量。 對Eb = 10MeV的實例來說，最大中子能量為大約7. 5MeV。該高能量可能呈現出嚴重的背 景。然而，利用(Y， n)過程遵循能量守恒的嚴格規律，人們能夠區分來自錒系元素光裂變 的中子和來自化e的(Y，n)過程的中子，因此E二 (8/9) (Eb_l. 6)定義了可能的最大中子 能量，而所述光裂變過程具有很大程度上獨立于所討論的能量區域中的光子能量的中子能 譜，Eb小于大約15MeV。因此，能量大于E = (8/9) (Eb_l. 6)的中子，其中Eb是光子束能量 或韌致輻射終點能量，是易裂變材料的證據。在Eb = 10MeV時，高于大約7. 5MeV的中子的 存在會是證據。在Eb二8MeV時，高于5.7MeV的中子的存在會是證據。同樣，瞬發中子能 譜是獨立于光子能量的，而^e中(Y，n)過程產生強烈依賴于光子能量的中子譜。該差異 也允許區分可裂變元素的存在和9Be的存在。
25
然而，如果擔心這種測量可能不可靠的話，可以采取進一步的步驟。在Eb = 10MeV 進行時，來自鈹(Y， n)的最大中子能量為大約7.5MeV。通過減少所述光子束能量至例如 8MeV，來自鈹(Y， n)的最大能量中子將減少到5. 6MeV，但光裂變中子能量分布將不會改 變。如果有高于5.6MeV的中子，則所述過程毋庸置疑是光子引發的裂變。如果對中子來自 裂變仍有一些懷疑的話，可以進一步減少光子束能量。例如在5MeV光子或韌致輻射能量， 將幾乎沒有或沒有光裂變。但在上述光子束能量，鈹(Y ， n)產生高達大約3MeV的中子。 這些中子的存在將清楚地確立鈹的存在。從這些中子的產量，可以計算出當使用較高的光 子能量時鈹對較高中子能量的貢獻，來自鈹的中子能量分布被去掉，而剩下的光譜用于分 析錒系元素中子的存在。 幸運地是，9Be幾乎是該種類中唯一的。有一些其它核具有較低的(Y ，n)閾值；其 中6Li、13C ^Sm是值得注意的，其閾值分別為5. 66， 4. 95， 4. 14和5. 87MeV。上面列出 的相同過程可用以去除這些物質以避免作為遮掩可裂變核的貢獻物的來源。
圖4A禾口4B，來自H,W. Koch， 〃 Experimental Photo-Fission Thresholds in235U， 238U， 233U， 239Pu and 232Th〃 'Physical Review, 77， 329-336 (1950)的圖4和5，顯示了兩種同 位素235U(圖4A)和239Pu(圖4B)的裂變碎片產量作為韌致輻射終點能量("峰譜能量") 的函數。這些說明了裂變產量的迅速增加是用于產生韌致輻射的電子束能量的函數。圖4A 還表明，在富鈾樣品中235u的貢獻顯著于雜質238U的貢獻。這些數據是基于實際光裂變碎 片的檢測。瞬發中子的產量大致遵循相同的產量曲線，因為在光裂變過程中的中子發射不 依賴于目的區域中的光子能量，所述目的區域低于大約12至lj 13MeV光子能量的巨電偶極共 振。所述來自于碎片的中子發射通過之前討論的將裂變核分裂成兩個碎片的復雜的動力學 來確定。 結果，作為韌致輻射能量的函數的給定能量的瞬發中子產量曲線的形狀基本上獨 立于中子能量。也就是說，6MeV中子的產量曲線與2MeV、3MeV、4MeV等等的中子的產量曲 線具有對韌致輻射終點能量相同的依賴度。這與來自(Y，n)過程的中子產量曲線形成對 比，(Y ，n)過程起始于通過Eb = Eth+En給定的終點能量，其中En是期望的中子能量。因而 它們和(Y， n)閾值能量Eth偏離所述中子能量，這與(Y， f)的產量曲線形成對比。這強 有力地證明檢測到的中子來自于光裂變而不是(Y ， n)。 圖5A到5D顯示了^Pu的光子引發反應的橫截面。它們來自B丄Berman， J. T. Caldwell，E. J. Dowdy，S. S. Dietrich,P. Meyer禾口 R. A. Alvarez, 〃 Photofission and photoneutron cross sections and photofission neutron multiplicitiesfor 233U， 234U， 237Np and 239Pu〃 'Physical Review C巻34，第6期，2201-2214 (1986)的圖7。圖5A表示 總光子吸收橫截面。圖5B表示(Y，ln)的部分橫截面，是單中子發射。圖5C表示(Y，2n) 的部分橫截面，是雙中子發射。圖5D表示(Y，f)的部分橫截面，光裂變。
光裂變橫截面(圖5D)在大部分的光子能量范圍內顯著地大于(Y ，n)橫截面(圖 5B)。這表明錒系元素具有的共同特征是，從(Y， n)閾值起遍及大部分的巨電偶極共振范 圍內，光裂變都是強烈且通常很占顯著地位的過程。假設瞬發中子從大約2. 5到大于3的 光裂變范圍倍增，來自光裂變過程的瞬發中子在所有的中子能量下都將大大顯著于入射光 子反應通道。該特征有助于確認錒系可裂變材料的存在，而無論是否可能存在其它的重元 素例如Pb，甚至不用考慮中子能量方面的能量守恒制約。大多數較重核中的光子吸收過程中占優勢的是中子發射，并且總產量受到巨偶極求和規則控制，即積分橫截面和NZ/A成比 例，它是緩慢變化的函數。由于能量中巨偶極共振的位點也是核質量的緩慢變化的函數，故 來自光裂變過程的、2.5至3倍于預期來自(Y，n)的中子產量的瞬發中子產量是光裂變的 信號，因為對給定量的重材料來說，單獨的(Y，f)中子產量將產生比(Y，n)明顯要高的光 子吸收橫截面。也就是說，測量每個重核每個光子的中子產量允許確認光裂變的存在，如果 重材料的存在量可以通過其它方法測量局部密度來確定的話。 瞬發中子的角度分布以及中子能量與碎片角度分布的關系也是易裂變材料和光 裂變過程的標識，并可以用在檢測方案中。 所述碎片的角度分布對于奇偶核來說不如偶偶核那么顯著，部分是因為自旋 態的高度密集。奇偶核的角度分布幾乎是各向同性的，如L. P. Geraldo的"Angular Distribution of the Photofission Fragments of 237Np at Threshold Energy",Journal of Physics G :Nuclear Physics, 121423-1431 (1986)中所報道，其中顯示角度各向異性在 5. 6MeV時大約為10% ，在6. 61MeV時為6% ，而在8. 61MeV時為 2% 。這些結果與來自偶 偶核光裂變的碎片所表現出的大各向異性形成強烈對比，所述偶偶核光裂變的碎片自旋基 態為零。因此，一旦檢測到錒系元素的光裂變，近乎各項同性的中子角度分布就是奇偶易裂 變物種如235U、237Np和239Pu的標志。強烈各向異性的中子角度分布則指示了偶偶易裂變物 種，如232Th和238U。(例如參見S. Nair， D. B. Gayther， B. H. Patrick和E. M. Bowey， Journal ofPhysics，G :Nuclear Physics, Vol 3， No. 7， 1977 (ppl965-1978)以及其中的參考文獻。)
所述中子在各種角度上的能量分布本身就是所述碎片各向異性的標志，從而也是 核類型的標志。該事實用于Sargent等人工作的分析中，如上面所討論。如果所述碎片是 強各向異性的(偶偶易裂變物種)，則中子的能譜將在與光子束成不同方向時表現出明顯 的區別。例如，如果所述碎片在與光子束成90度時有強烈的峰值，則由于碎片速度的原因， 在90度時的中子譜會與相對于光子束成接近180度或0度時的中子譜表現出不同程度的 速度提升。然而，如果所述碎片角度分布為近乎各向同性的(奇偶易裂變物種)，則所述中 子的能量分布將在所有角度上都相同。在兩種情況下，較高的能量都反映了所述碎片的運 動，但在不同角度的中子能量分布對比將反映出所述碎片隨角度的各向異性度。
所述碎片的角度分布決定著所述中子的角度分布和所述中子的能量分布作為角 度的函數。E. J. Winhold， P. T. Demos禾口 I. Halpern， Physical Review, 87， 1139 (1952); E.J. Winhold禾P I. Halpern， Physical Review,103，990-1000 (1956);以及A. P. Berg， R.M.Bartholomew, F. Brown， L Katz禾口 S. B. Kowalski， Canadian Journal of Physics, 37,1418(1959)中的結果表示了多種同位素的碎片角度分布。以下提供了來自Berg等 人的摘要，作為上述論文中的數據概述測量了光裂變碎片相對于光子束的角度分布作 為6-20Mev范圍內最大韌致輻射能量的函數。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 Pu-240具有各向異性的分布，其可以描述為以下形式的方程式W( ) = l+asir^0，其中 為碎片與光束之間的角度。所述各項異性程度在低能量時大，隨著能量的增加而迅速減 小。在給定能量，Th-232具有最大的各向異性程度，而Pu-240的最小。
所述摘要中引用的結果與本文所涉及的其它論文中的結果基 本一致。此外，Berg等人的結果的一些更多細節列于兩個表中，該表格從所述參考文獻中摘出角度分布比率，于90。計數/于0°計數
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1.0站、ivt!.(t7 i.032士.0.(i4仏r，!M'、f0.03 一一 ， 山 U-2S5 1.024 ±0.05 *所述比率
J、(卜23W 1.!);M:fc《).26 0.能7-土:ft,12 'U〗膽士仏06 1.0〗.3土0.肪0.9S2土0.0S
為在90°觀察到的每單位X射線劑量的計數除以相同劑量在O。觀察到的計數。卞E。 是所述韌致輻射譜在百萬電子伏下的最大能量。l:E。二6.5Mev時45。
/0°的比率為 1.09±0. 23表2 :角度分布(來自Berg等人的表I)W(e) = l+asin29中a的校正值
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*這些值(其
并不不同于零)沒有針對各向同性組合物進行校正。表3 : a的校正的值(來自Berg等人
的表VI) 表2("角度分布...")表明，對所示的奇偶同位素的光裂變來說，在表格中所示 的韌致輻射終點的能量范圍內，90度事件與0度事件的比率大約等于1。因此，先前所討論 的b/a的值為0，且所述角度分布為各向同性的。表3("校正的值...")表明，擬合成所述 表格中顯示的角度分布的歸一化形式也是韌致輻射終點的函數。所得到的角度分布是明顯 各向異性的。在本文參考文獻中涉及的這些數據、引用摘要以及理論基礎中，普遍規律是準 確的；奇偶錒系元素發生各向同性的光裂變，而偶偶錒系元素發生各向異性的光裂變。特別 地，所述結果通過實驗驗證了最容易被用于核武器的同位素，^U、，Pu和^Np。這些物質將 發生各向同性的光裂變，這與238U、232Th以及其它被測的偶偶同位素形成對比。
圖9表示了來自偶偶核光裂變的裂變碎片角度分布，圖7表示了從這些碎片發射 出的瞬發中子的角度分布，這兩幅圖證實了在相對于光子束90度時所述碎片和中子角度 分布通常出現峰值。在150度時所述中子產量比90度時大約少20% ，并且所述分布的形狀 以90度為軸大致對稱。所述碎片角度分布表明了如預期那樣具有較大的各向異性度，因為 所述中子分布是通過疊加所述碎片質心中的各向同性角度分布和所述碎片在角度方面的 分布來形成的。與這些分布相比，可以用于制造武器的同位素^U、，Pu和^Np(未示出) 表現出光裂變碎片的大多數各向同性角度分布(如上面所討論)，并且所得到的所述瞬發 中子的角度分布也是各向同性的。 用于實施本文所述的方法的檢測器系統的一種實施方案需要光子源，所述光子源 具有能夠超過(Y， f)閾值的能量，以及中子檢測器。所述光子可以是單色的，可以由能夠 變化能量的源產生，或者可以分布在寬的能量范圍內(所述能量范圍能夠良好確定最高能 量)，例如根據上面所討論的電子生成的韌致輻射譜。當使用加速器來提供所述電子時，所
28述電子加速器可以具有將電子束的能量從低于裂變位壘(閾值)變到較高能量的能力，以 便開發上面所討論的所有模態。 能夠區分中子能量的任何中子檢測器都是合適的。利用了能量沉積的檢測器，例 如來自氫閃爍體中中子彈性散射的反沖質子，就是可能的選擇。測量中子引發的反應能量 的檢測器是另一種可能的選擇。通過飛行時間測量中子能量的方法也是合適的檢測方案。 這種檢測方法所需的能量分辨率必須足夠排除來自非錒系元素材料中(Y， n)過程的中 子，如上面所討論。 因為非錒系元素(Y， n)的污染可以通過選擇入射光子的能量(或韌致輻射終 點)或被測的中子能量來控制并較少地表現出來，故所需的分辨率是許多測量技術所許可 的。所需的特定分辨率可能詳細取決于所考慮的特殊情況，但在4到6MeV的中子能量處大 約0. 5-0. 75MeV的分辨率可能就足夠了。 在一些實施方案中，可能需要以可能的光子通量來操作的檢測方法，這些光子通
過從被研究材料中沿著檢測器方向散射出來而產生。光子還可以由天然輻射和宇宙射線產
生。因此，所述中子檢測器可能必須采用無源和有源的屏蔽技術進行屏蔽。 此外，作為上述事實的結果，需要中子檢測器來區分光子和中子。這可以通過所采
用的反應過程、光子相對于中子的飛行時間、以及檢測器區分重顆粒(例如中子)相比較于
電子的能量沉積的能力來實現。根據通過帶電顆粒通過產生的離子化密度具有不同衰減時
間的有機和無機閃爍體可能是適用的。在這種閃爍體中利用信號處理技術可以實現從中子
中分離光子，所述信號處理技術利用了這些不同帶電顆粒的響應。 圖ll證實，當使用低于9MeV的入射光子能量時，可以對來自光子引發裂變的瞬發 中子與由(口，n)反應產生的中子進行能量分離。該圖是利用9MeV的韌致輻射束獲得的， 所述韌致輻射束是在Technical University ofDarmstadt的CW S-DALINAC中產生。圖11 中所示的來自Pb和高濃鈾(HEU)靶的光譜是采用為CAARS PNPF模塊提出的技術來獲得的。 有機液體閃爍體用來確定沉積在檢測器中的能量并用來分離光子和中子事件。較淺的數據 點代表來自Pb的事件(其如上面所討論，對于2°7P同位素來說，具有大約6. 5 MeV的(□， n)閾值)，而較深的數據點代表來自HEU的事件(其具有5. 5 MeV的光裂變閾值)。該中子 事件聚集在所述圖的較下面部分并且清楚地區分于上面的光子事件。在中子事件中，框表 示來自HEU瞬發光裂變的中子看上去明確無誤的區域。該區域中的中子信號是錒系元素光 裂變事件的明確無誤信號。 圖6表示了一種示例性實施方案的系統600，其用于通過分析高能瞬發中子來檢 測容器中的易裂變材料，所述瞬發中子來自光子引發的裂變。能量為Eb的電子束602通過 電子加速器601產生。所述電子束602當打在韌致輻射靶603(又稱為輻射體)上時產生韌 致輻射光子。所述電子加速器601和輻射體603可任選地被單色或近乎單色的光子源所代 替。所述任選的準直器604使所述韌致輻射準直。屏蔽罩605可以將所述韌致輻射靶603 和電子加速器601封閉起來。光子束607導向待被分析的可能含有易裂變材料608的容器 606上。所述易裂變材料608與容器606的(例如)三個壁的距離設為x、y和z。放在容器 606后面的光子檢測器609可任選地用于監測所發射出的光子束607的光子通量。檢測器 610、611、612和613可以以大致90度的角度放在所述容器606周圍的位置，并與校準光子 束607成方便的后方位角。所述檢測器的數量和位置可以按照上述原則和方法與圖6所示的不同。在所示實施方案中，檢測器610和611可以放置在離容器606壁已知的距離L610 和L611。如果需要的話，所述檢測器610、611、612和613可任選地被屏蔽罩所包圍(未示 出)，以及被反符合計數系統(anti-coincidence counting system)所包圍(未示出)。所 述檢測器610、611、612和613本身可以對中子能量敏感或者其可以作為系統(例如一種利 用飛行時間的系統)的一部分，所述系統將為每個檢測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通過所述容器606及其內容物之后收集剩余的光子通量。 所述束流收集器614以及任選的發射通量監測器，檢測器609，可以根據需要被屏蔽而不會 直接看到該檢測器。來自檢測器609、610、611、612和613的信號通過連接裝置615連接到 信號處理電子設備和/或計算機616上，該設備和/或計算機處理所述檢測器信號，并可任 選地通過連接裝置617將其它們和/或處理過的信息傳送給中央控制以及數據分析和存儲 系統(未示出)。可替代地，所述檢測器信號可以直接通往所述中央系統以用于處理和分 析。 作為另一種在中子檢測器中直接檢測中子能量的方式，可以將低占空比的 LINAC(例如Varian linatron)或其它合適的電子加速器進行脈沖以允許實施飛行時間 (TOF)技術。與其它的檢測技術相比，例如利用連續入射光子束的脈沖形狀甄別法，所述 TOF方法預計具有較高的收集高能中子的效率，較低的環境背景，以及較高的確定角度分布 的可能性。所述TOF方法可以采用短脈沖結構(10ns)和選通檢測器來排除伽瑪閃爍。TOF 內在的優點結合改良的LINAC和檢測器，可以部分補償普通配置的脈沖加速器的降低的占 空比。 在飛行時間(TOF)實施方案中，可以對電子加速器601或其它的源施加一定時間 段T的脈沖來產生電子束602 (脈沖化的)，并關閉足夠長的時間以使所有的可檢測中子 (來自光子束607與容器606及其內容物之間的相互作用)通過所述檢測器。然后所述電 子束602可以再次脈沖一定的時間段T。可以重復該順序直到獲得所希望的檢測數據。
所述電子加速器601或者在所述韌致輻射靶603附近的或在所述韌致輻射或光子 束607中的一些附屬靶(未示出)可以提供基準信號，當所述光子束607產生時該基準信號 會通知到所述信號處理電子設備和/或計算機616。在易裂變樣品608中由光裂變產生的 中子以時間L/v到達檢測器，其中L是可裂變樣品608到目標檢測器的距離，v是所述中子 的速度。對于檢測器611來說，例如，在所表示的實施方案中，其與入射光子束607成直角 面對著所述易裂變樣品608， L = L611+y， y即易裂變樣品608到容器606的最接近檢測器 611的相應壁的距離。所述中子的速度設為v二 (2E/m)"2，其中E是中子的動能，m是中子 質量。來自檢測器611的信號到達信號處理電子設備和/或計算機616，其將所述基準信號 到達時間與檢測器611信號到達時間之差轉換成所述中子到檢測器的飛行時間(TOF)。利 用關系式TOF = (L611+y)/v，所述信號處理電子設備和/或計算機616計算出所述中子速 度并由此算出其能量(E二mv72)，并記錄該數據然后將其傳送給中央控制和分析系統(未 示出)。 所述檢測系統的能量分辨率取決于所述中子的TOF、 T、 L以及飛行距離到所述檢 測器不同部分的離差(dispersion)。本領域技術人員將明白，這些參數(包括電子束脈沖 寬度T)和所述系統的幾何形狀可以進行調整以獲得足以實現本發明目的的能量分辨率。
(狹窄的)光子束607可以順序地掃過所述容器606以照射易裂變樣品608可能
30位于的不連續柱體。這用于更好地定位任何可裂變材料的位置，并減少容器內其它的中子 產生材料所造成的背景。或者，例如，所述光子束607可以是寬的扇形束，其可覆蓋容器606 的更大區域，其中所述扇形在朝著所述檢測器的方向上成90度展開。這允許所述容器有更 寬的掃描區域但限制在狹窄的方向上。這種實施方案將有助于針對易裂變材料以較短的時 間掃描容器。其會檢測分布在扇形束尺寸范圍內的易裂變材料。在這種幾何構造中，不知 道x和y，但其可以通過比較容器兩邊的中子能量譜來推導得出，因為它們應當非常接近于 相同，特別是在最高能量時。開始為任何假設的"a"值，例如所述容器寬度的1/2(x = y)， 所得到的光譜都可以通過改變"a"值來調整，直到所述光譜調到具有相同的高能形狀。
用于短持續時間電子束脈沖的技術是公知的技術，對于高能量電子束而言容易產 生一些納秒的脈沖。1MeV中子在lm內的飛行時間為72納秒。因此，一些米的飛行距離即 產生如下飛行時間(例如，在3米的距離內，6MeV中子為大約71納秒)其允許10到20納 秒的電子束脈沖持續時間，從而允許通過能量選自以將光裂變中子與來自(Y， n)過程的 中子分離。 其它特殊的實施方案也是可能的，一些在本文中提到，作為進一步說明所述方法 以解析之前描述的概念和方法。 圖6中檢測器610、611、612和613可以為任何能夠明確無誤地檢測中子的檢測 器。不是測量中子飛行時間以確定其能量，在一些應用中僅列明所述事件肯定為中子并且 所述能量大于確定量就足夠了。這將表征所述中子能量高于確定量。 一些這類中子的能量 可能會涉及到。結合如上所述的對電子束能量或光子能量的控制，確定能量高于特定預設 量的中子數量將所述中子歸為來自光裂變。如上面所述，其它過程例如(Y，n)，在中子能 量大于E = Eb-Eth時是不可能的，其中Eb為韌致輻射的終點或者光能量，Eth為可能存在的 相關非錒系材料的(Y，n)閾值，所述非錒系材料需要從被懷疑的錒系元素中區分出來。
如上面所討論，來自光裂變的中子能量分布非常獨立于用于在本文所討論的光子 能量區域中(等于或低于巨電偶極共振)引起光裂變的光子的能量。另一種實施方案利用 了這個事實來確定是否所述中子源于光裂變。改變所述光子能量或韌致輻射終點能量不會 實質上改變來自光裂變的中子的能量分布。然而，對于其它過程例如(Y ，n)來說就并非如 此，特別是在較高的中子能量區域，這是由于能量守恒以及上面討論的需要E = Eb-Eth造成 的。因而，測量對于不同光子能量的中子能量分布并比較所述結果，可以確認錒系元素光裂 變。或者，測量和比較隨光子能量改變而高于特定能量的中子數量，可以獲得同樣的結果。
另一種實施方案會隨著光子能量變化測量給定中子能量的中子產量，并可以針對 多個中子能量進行。這會針對給定能量的中子生成產量曲線，作為光子能量的函數。由于 來自光子引發的裂變的中子能量譜獨立于所述入射的光子能量，所以會對所有的中子能量 得出作為光子能量函數的相同的產量曲線，如果所述光譜為光裂變占主導的話。然而，如果 所述中子譜源自相關的非錒系元素材料的(Y， n)的話，則每個中子能量具有作為光子能 量函數的產量曲線，其中光子能量中偏移了該清楚的中子分離能量，特別是對于在可能的 最高能量的中子來說。同樣這遵循能量守恒。 中子檢測可以基于所述中子和所述檢測器中所述組成材料之間的反應能。這種性 質的檢測器有時可以但不總是被稱為"閾值檢測器"，因為反應只有在所述中子能量大于特 定量時才會發生。這種反應的實例包括但不限于(n， n' Y)，(n，n' f)，(n，n' p) ， (n，n' d)和(n，n' a )。所述事件的檢測可以基于但不限于以下檢測閃爍事件并測量沉積的能量；由材料中的離子化過程產生的電荷并測量總電荷；以及，檢測放射性核，其中所述放射性只有在所述中子能量(一個或多個)大于特定值(一個或多個多個)時才會引發。所有這些方法都包括在本發明所描述的實施方案中。 如上面所討論，一些市場上可買到的塑料和液體閃爍體能夠利用適當的信號處理技術明確無誤地確認中子。這些檢測器還具有足夠快的用以定性的響應時間，以為本文所述的目的，并且這對本領域技術人員來說是已知的。這些檢測器部分是作為質子反沖檢測器工作的，其是基于通過中子彈性散射而賦予質子的能量，所述中子從含氫材料中的質子處發生彈性散射。因此，部分地，其可以起到"閾值檢測器"的作用，如上面所討論，以及提供檢測器中發生事件的時間并根據中子確認所述事件。這種檢測方法是本文所描述的實施方案的一部分。 |3衰減之后的緩發中子也可以通過本文所述的方法來檢測，并用于檢測可裂變材料的方法。它們與上面所討論的瞬發中子相比，含量少了很多。在大多數情況下，它們的存在可以用作另一種檢測方法，以擴充本文所討論的實施方案。它們可以通過許多技術從瞬發中子中區分出來。利用具有脈沖束設定以測量瞬發中子的TOF，使緩發中子看上去在以曝光時間或上述TOF實施方案中脈沖數量建立的時間內成均勻的分布。用于建立緩發中子信號的時間是P衰減壽命的特征。如果光子束關閉，它們在13衰減壽命的特征時間方面將減少。所述緩發中子的存在在許多情況下可以作為作用極小的因素被忽略不計。在一些情況下，其可以用作檢測可裂變材料的輔助手段。在所有情況下，所述緩發中子的存在可以被考慮進去，并且所述結果因此進行校正，如果這些實施方案需要校正的話。
所述光子束可以是在上面討論TOF實施方案時所述的各種脈沖的，或者其可以具有連續性特征，如來自連續工作的射頻加速器、DC加速器、或類似的單色或幾乎單色性質的功能光子源。 另一種掃描實施方案會在所有橫向于所述光束方向的方向上采用非常寬的光束幾何形狀，并加以準直化，以將所述光束尺寸限制在所述容器以其最大表現形式的寬度尺寸內。該實施方案在檢測大容積范圍內分散成小樣品的可裂變材料時非常有效，例如廣泛分布在所述容器的大區域中的薄片或廣泛分布的小球。 可以有許多的光束幾何形狀，對于特定情況來說每個都具有本領域技術人員可以意識到的特別優點，并且其均包含于本發明之內。 為了盡可能快地實施容器掃描過程，可優選以低閾值或觸發中子檢測能量來實施首次掃描，以便最大化來自光裂變的信號，甚至于付出會獲得來自(Y， n)過程的信號的代價。如果在適當的間隔內沒有記錄來自容器或其一部分的事件，或者沒有事件高于可接受的背景，則所述掃描可以繼續到所述容器的另一部分，或者如果整個容器都被掃描完的話，所述容器可以繼續傳送。如果檢測到了事件，所述閾值或觸發中子檢測能可以被提高，并且容器或其部分利用所述較高的中子閾值或觸發檢測能重新掃描以減少或消除來自競爭性(Y，n)過程的污染。或者，當然，重新掃描時也可以采用本文所列的其他方法，用以區分光裂變和(Y，n)過程。 由于角度分布可能難以測量出(考慮到不同貨物載荷的差別吸收和散射)，故重要的是認識到，如上面所討論，如果瞬發中子的能量分布獨立于相對光子束的角度的話，則所述碎片各向同性地發射，并且所述可裂變材料為奇偶同位素然而，如果相對于成接近180度的大角度的瞬發中子譜，所述瞬發中子的譜線在與光子束成90度處具有位于較高能量的較大富集，則所述碎片具有峰值在90度的角度分布，并且所述易裂變材料為偶偶同位素。因此，在兩個角度測量中子能量分布能夠實現這種確定。 另一種實施方案去掉了沿不同路徑的差別吸收所造成的瞬發中子的能量分布和角度依賴中的不確定性，所述不同路徑是中子穿過容器到達不同檢測器所經過的。該實施方案將光子束沿著不同方向導向容器。例如，在一種設置中，光子束可以從頂部進入所述容器，而中子檢測器在和所述光子束成100度的位置以及和所述光子束成170度的位置觀察所述中子。通過改變光子束從所述容器側面進入的方向，所述檢測器會變換角色。之前成100度的現在成170度，而之前成170度的現在成100度。然而，中子吸收的差別方面保持完全相同。兩種測量法現在提供了有關影響的清楚指示，即影響著相對于光子方向的所述中子發射角度的中子能量分布，以及所述中子相對于所述光子束方向的角度分布。作為特別的特征，如果所述光裂變過程是各向同性的，則檢測器中的所述相對中子產量將不會改變。改變則表明在原始光裂變過程中為各向異性。 對于其它的角度該過程也具有普遍性。例如，圖8A和8B，分別表示了具有可裂變材料808的容器806。第一中子檢測器801示出在第一位置，第二中子檢測器802示出在第二位置。在圖8A中，光子束807A從第一方向(方向1)照射所述容器806。在圖8B中，光子束807B從第二方向(方向2)照射所述容器806。對于兩個光子束方向中的每一個來說，所述中子檢測器801和802相對于光子束(807A或807B)方向交換了角度。對于光子束方向1，第一中子檢測器801處于角度^，第二中子檢測器802處于角度e2。對于光子束方向2，第一中子檢測器801處于角度92，第二中子檢測器802處于角度ei() ^和^分別是沿著光子束方向1和2光子束在靶808處(其可能為可裂變材料)的強度。如果S(E， e )
為方向e上的中子的能量譜，則光子束方向i上被兩個檢測器所檢測到的中子描述為測量
函數Fi(E， 9j):第一中子檢測器801 :FJE， e》=IpAjE)xS(E， e》；以及第二中子檢測器802:F2(E， 92) = IlXA2(E)xS(E， 9 2)。 利用方向2的光束被兩個檢測器所檢測到的中子為第一中子檢測器801 :FJE，92) = 12xAjE)xS(E， 92);以及第二中子檢測器802 :F2(E， e》=I2xA2(E)xS(E， e》。
衰減因子^和^相對于光子束位置保持恒定，可以得到比率來消除這些因子，使
得(s(e， e》/s(e， e2)}2=化(e， e風(e， e》跳(e， 02)賴，92)}(等式1)
因此，s(E， e》和s(E， e 2)通過測得的量相關聯，并且可以直接進行比較。本領
域技術人員能夠將該技術普及到多于兩個的檢測器上，該實施方案意在包含所有這些變化方式。 除非另有說明，所示實施方案能夠理解為提供了特定實施方案的變化細節的示例
性特征，因此，除非另有說明，該實施方案的特征、部件、模塊和/或方面可以進行其它方式地組合、指定、交換和/或重新設置，而不背離所公開的裝置或方法。此外，所述部件的形狀和尺寸也是示例性的，除非另有說明，其可以在不影響所公開的裝置或方法的情況下進行改變。也可以有其它特別的實施方案，一些在本文中提到，作為進一步說明所述方法以解析之前描述的概念和方法。 盡管術語"核材料"、"可裂變的核材料"、"易裂變材料"和"可裂變材料"各式各樣
33地用在本發明中，但發明者的意思是這些術語是可以交換使用的，并且均意在指那些能通過伽馬射線作用或通過熱中子或快中子引發裂變的材料。這些術語并不是指響應伽馬或中子輻射而發射中子的材料，除非這些材料也可以被伽馬射線作用或熱中子或快中子引發裂變。本文中使用的術語"容器"意在包括任何封閉物或部分封閉物，其可以包圍或部分包圍可裂變材料以隱藏或部分隱藏它或屏蔽它或者部分屏蔽它而不被常規檢測方法測得——其包括但不限于貨物和船運容器和車輛。 盡管本文所公開的系統和方法參考其示例性的實施方案來特別表示和說明的，但本領域技術人員將明白，其中可以做出各種形式和細節的改變而不背離本發明的范圍。應當意識到本發明也能夠廣泛用于進一步的和其它的實施方案中，其在本發明的實質之內。本領域技術人員將認識到或者采用常規的試驗能確定許多與本文特別描述的示例性實施方案等價的方式。這種等價方式意在包含在本發明的范圍之內。
權利要求
檢測容器內包含錒系元素的材料存在的方法，包括a)定位所述容器，使得至少一個中子檢測器以相對于光子束的第一角度觀測所述容器；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預定截止光子能量的光子；c)在至少一個所述中子檢測器中檢測至少一些中子，所述中子通過所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產生；d)針對多個所述測得的中子中的每個，確定所述測得中子的能量；以及e)基于至少一個所述測得中子的確定能量超過了預定的值，識別存在于所述容器中的所述包含錒系元素的材料。
2. 權利要求l的方法，其中所述預定值為所述第一預定截止光子能量與較低能量之間 的差。
3. 權利要求2的方法，其中所述較低能量為在特定材料中通過(□， n)過程產生中子 的閾值能量。
4. 權利要求2的方法，其中所述較低能量不大于在特定材料中通過(□， n)過程產生 中子的閾值能量。
5. 權利要求2的方法，其中所述較低能量為小于在特定材料中通過(□， n)過程產生 中子的閾值能量的預定量。
6. 權利要求2的方法，其中所述較低能量基于所述容器中可能存在的材料來確定。
7. 權利要求2的方法，其中所述較低能量基于所述容器中存在的材料來確定。
8. 權利要求1的方法，其中包括能量不大于所述第一預定截止光子能量的光子的所述 光子束為通過所述第一預定截止能量的電子產生的韌致輻射光子束。
9. 權利要求1的方法，其中包括能量不大于所述第一預定截止光子能量的光子的所述 光子束為單色光子束。
10. 權利要求l的方法，其中確定所述測得中子的能量包括測量所述測得中子的飛行 時間。
11. 權利要求1的方法，其中確定所述測得中子的能量包括分析沉積在至少一個所述 中子檢測器中的能量。
12. 權利要求l的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個中子檢測器觀測所述容器， 所述中子檢測器從相對于所述光子束不同的角度來觀測所述容器，并且中子在至少兩個所 述中子檢測器中檢測，進一步包括f) 確定在至少兩個所述中子檢測器中在預定的中子能量范圍內的總中子產量；以及g) 基于比較來自于相對所述光子束成不同角度觀測所述容器的所述至少兩個中子檢 測器的所述總中子產量，來進行如下確定如果總產量揭示中子各向同性分布作為相對于 所述光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產量揭示中子各 向異性分布作為相對于所述光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
13. 權利要求1的方法，進一步包括f)對于相對于所述光子束成至少一個新的角度而言i)移動至少一個所述中子檢測器，使得所述移動的中子檢測器從相對于所述光子束的所述新角度觀測所述容器；ii) 用包括能量不大于所述第一預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) 在所述至少一個移動的中子檢測器中，檢測由所述光子束與所述容器的至少一部 分之間的相互作用產生的至少一些中子；以及iv) 針對多個所述測得的中子中的每一個，確定所述測得的中子的能量；g) 對于相對于所述光子束的至少一些所述中子檢測器觀測角度，確定位于相對于所述 光子束的所述角度處在所述至少一個移動的中子檢測器中在預定的中子能量范圍內的總 中子產量；以及h) 對于相對所述光子束的至少一些中子檢測器觀測角度，基于比較來自所述至少一個 移動的中子檢測器的所述總中子產量，進行如下確定如果總產量揭示中子各向同性分布 作為相對于所述光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產量 揭示中子各向異性分布作為相對于所述光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為偶 偶同位素。
14. 權利要求1的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個中子檢測器觀測到所述容 器，所述中子檢測器從相對于所述光子束成不同的角度來觀測所述容器，并且中子在至少 兩個所述中子檢測器中檢測，進一步包括f) 確定在至少兩個所述中子檢測器中的中子能量產量；以及g) 基于比較來自于相對所述光子束成不同角度觀測所述容器的所述至少兩個中子檢 測器的所述中子能量分布，來進行如下確定，如果隨著相對于所述光子束的角度變化所述 能量分布沒有改變超過預定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果隨著相對于所 述光子束的角度變化所述能量分布改變超過預定量，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
15. 權利要求1的方法，進一步包括f) 對于相對于所述光子束成至少一個新的角度來說i) 移動至少一個所述中子檢測器，使得所述移動的中子檢測器從相對于所述光子束的 所述新角度觀測所述容器；ii) 用包括能量不大于所述第一預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) 在所述至少一個移動的中子檢測器中檢測由所述光子束與所述容器的至少一部 分之間的相互作用產生的至少一些中子；以及iv) 針對多個所述測得的中子中的每一個，確定所述測得的中子的能量；g) 對于相對于所述光子束的至少一些所述中子檢測器觀測角度，確定在相對于光子束 的所述角度處在預定的中子能量范圍內在所述至少一個移動的中子檢測器中的中子能量 分布；以及h) 對于相對所述光子束的至少一些中子檢測器觀測角度，基于比較來自所述至少一個 移動的中子檢測器的所述中子能量分布，進行如下確定如果隨著相對于所述光子束的角 度變化所述能量分布沒有改變超過預定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果隨 著相對于所述光子束的角度變化所述能量分布改變超過預定量，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
16. 權利要求1的方法，進一步包括f) 用包括能量不大于不同的預定截止光子能量的光子的至少一個額外的光子束照亮 所述容器的至少一部分；g) 在至少一個所述中子檢測器中檢測由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的 相互作用產生的至少一些中子；h) 針對多個所述測得的中子中的每一個，確定所述測得的中子的能量；i) 選擇較高的中子能量區域，在所述能量區域中對于任何所述預定截止光子能量而言 來自(Y，n)過程的中子在能量上是不允許的；以及選擇較低的能量區域，在所述能量區域 中對于所有所述預定截止光子能量而言來自(Y，n)過程的中子在能量上是允許的；j)對于所述預定的截止光子能量中的每一個，在至少兩個預定的中子能量范圍內確定 所述中子檢測器之一中的中子產量，其中至少一個預定的中子能量范圍包括其中來自(Y， n)過程的中子在能量上是不允許的所述較高能量區域；并且其中至少一個其它的預定中 子能量范圍包括其中來自(Y，n)過程的中子在能量上是允許的所述較低能量區域；以及k)基于比較所述一個中子檢測器中的所述確定的中子產量，其來自包含能量不大于 所述不同的預定截止能量的光子的所述入射光子束，來進行如下確認如果，在其中來自 (Y ，n)過程的中子在能量上是不允許的較高預定中子能量范圍中，在較低預定截止光子能 量和所述較高預定截止光子能量之間的所述中子產量的增加與其中來自(Y， n)過程的中 子在能量上是允許的所述較低預定中子能量范圍中的中子產量增加相比并不顯著，則確認 包括存在的錒系元素的所述材料存在于容器內。
17. 權利要求1的方法，進一步包括f) 用包括能量不大于不同的預定截止光子能量的光子的至少一個額外的光子束照亮 所述容器的至少一部分；g) 在至少一個所述中子檢測器中檢測由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的 相互作用產生的至少一些中子；h) 針對多個所述測得的中子中的每一個，確定所述測得的中子的能量；i) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，確定所述中子檢測器之一中的中子能量分 布；以及j)基于比較所述一個中子檢測器中的所述確定的中子能量分布，其來自包含能量不大 于所述不同的預定截止能量的光子的所述入射光子束，進行如下確認如果隨著截止光子 能量的變化所述中子能量分布改變不大于預定量，則確認包括存在的錒系元素的所述材料 存在于容器內。
18. 權利要求1的方法，進一步包括f) 用包括能量不大于不同的預定截止光子能量的光子的至少一個額外的光子束照亮 所述容器的至少一部分；g) 在至少一個所述中子檢測器中檢測由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的 相互作用產生的至少一些中子；h) 針對多個所述測得的中子中的每一個，確定所述測得的中子的能量；i) 針對所述預定的截止光子能量中的每一個，在多個預定的中子能量范圍內確定所述中子檢測器之一中的中子產量；j)針對所述預定的中子能量范圍的每一個，確定中子產量曲線作為光子截止能量的函 數；以及k)基于比較所述一個中子檢測器中針對所述預定中子能量范圍的所述確定的中子產 量曲線，進行如下確認如果所述中子產量曲線隨著中子能量的變化而改變不大于預定量， 則確認包括存在的錒系元素的所述材料存在于容器內。
19. 檢測容器內包括錒系元素的材料存在的方法，包括a) 定位所述容器，使得至少一個中子檢測器以相對于光子束的第一角度觀測所述容器；b) 針對至少兩個預定的截止光子能量，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預定截止光子能量的光子；c) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，在至少一個所述中子檢測器中檢測至少一 些中子，所述中子通過所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產生；d) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，對多個所述測得的中子中的每個確定所述 測得中子的能量；e) 選擇較高的中子能量區域，在所述能量區域中對于所述至少兩個預定截止光子能量 的任何而言來自(Y，n)過程的中子在能量上是不允許的；以及選定較低的能量區域，在所 述能量區域中對于所述至少兩個預定截止光子能量的全部而言來自(Y， n)過程的中子在 能量上是允許的；f) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，確定在至少兩個預定的中子能量范圍內在 所述中子檢測器之一中的中子產量，其中至少一個預定的中子能量范圍包括其中來自(Y， n)過程的中子在能量上是不允許的所述較高能量區域；并且，其中至少一個其它的預定中 子能量范圍包括其中來自(Y，n)過程的中子在能量上是允許的所述較低能量區域；以及g) 基于比較所述一個中子檢測器中的所述確定的中子產量，其來自包含能量不大于所 述不同的預定截止能量的光子的所述入射光子束，進行如下確認如果，在其中來自(Y ， n)過程的中子在能量上是不允許的較高預定中子能量范圍中，在較低預定截止光子能量和 所述較高預定截止光子能量之間的所述中子產量的增加與其中來自(Y， n)過程的中子在 能量上是允許的所述較低預定中子能量范圍中的中子產量增加相比并不顯著，則確認包括 存在的錒系元素的所述材料存在于容器內。
20. 根據權利要求19的方法，其中包括能量不大于所述預定截止光子能量的光子的所 述光子束為通過所述預定截止能量的電子產生的韌致輻射光子束。
21. 權利要求19的方法，其中包括能量不大于所述預定截止光子能量的光子的所述光 子束為單色光子束。
22. 權利要求19的方法，其中確定所述測得中子的能量包括測量所述測得中子的飛行 時間。
23. 權利要求19的方法，其中確定所述測得中子的能量包括分析沉積在至少一個所述 中子檢測器中的能量。
24. 權利要求19的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個中子檢測器觀測所述容 器，所述中子檢測器從相對于所述光子束不同的角度來觀測所述容器，并且中子在至少兩個所述中子檢測器中檢測，進一步包括h) 針對至少一個所述預定的截止光子能量，確定在至少兩個所述中子檢測器中在預定 的中子能量范圍內的總中子產量；以及i) 基于比較來自相對光子束以不同角度觀測所述容器的所述至少兩個中子檢測器的 所述總中子產量，進行如下確定如果總產量揭示中子各向同性分布作為相對于光子束的 角度的函數，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產量揭示中子各向異性分布作 為相對于光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
25. 權利要求19的方法，進一步包括h) 對于相對于所述光子束成至少一個新的角度來說i) 移動至少一個所述中子檢測器，使得所述移動的中子檢測器從相對于所述光子束的 所述新角度觀測所述容器；ii) 用包括能量不大于至少一個所述預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) 在所述至少一個移動的中子檢測器中檢測由所述光子束與所述容器的至少一部 分之間的相互作用產生的至少一些中子；以及iv) 針對多個所述測得的中子中的每一個，確定所述測得的中子的能量；i)對于相對于所述光子束的至少一些所述中子檢測器觀測角度，確定在預定的中子能 量范圍內以相對于光子束的所述角度在所述至少一個移動的中子檢測器中的總中子產量； 以及j)對于相對所述光子束的至少一些中子檢測器觀測角度，基于比較來自所述至少一 個移動的中子檢測器的所述總中子產量，進行如下確定如果總產量揭示中子各向同性分 布作為相對于光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產量揭 示中子各向異性分布作為相對于光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
26. 權利要求19的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個中子檢測器觀測所述容 器，所述中子檢測器從相對于所述光子束不同的角度來觀測所述容器，并且中子在至少兩 個所述中子檢測器中檢測，進一步包括h) 針對至少一個所述多個預定的截止光子能量，確定在至少兩個所述中子檢測器中的 中子能量分布；以及i) 基于比較來自從相對光子束的不同角度觀測所述容器的所述至少兩個中子檢測器 的所述中子能量分布，進行如下確定如果隨著相對于光子束的角度的變化，所述能量分布 的改變沒有超過預定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果隨著相對于光子束的 角度的變化，所述能量分布的改變超過預定量，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
27. 權利要求19的方法，進一步包括h) 對于相對于所述光子束成至少一個新的角度來說i) 移動至少一個所述中子檢測器，使得所述移動的中子檢測器從相對于所述光子束的 所述新角度觀測所述容器；ii)用包括能量不大于至少一個所述預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) 在所述至少一個移動的中子檢測器中檢測由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產生的至少一些中子；以及iv) 針對多個所述測得的中子中的每一個，確定所述測得的中子的能量；i)對于相對于所述光子束的至少一些所述中子檢測器觀測角度，確定在所述至少一個移動的中子檢測器中的中子能量分布；以及j)對于相對所述光子束的至少一些中子檢測器觀測角度，基于比較來自所述至少一個移動的中子檢測器的所述中子能量分布，進行如下確定如果隨著相對于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變沒有超過預定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果隨著相對于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變超過預定量，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
28. 檢測容器內包括錒系元素的材料存在的方法，包括a) 定位所述容器，使得至少一個中子檢測器以相對于光子束的第一角度觀測所述容器；b) 針對至少兩個預定的截止光子能量，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預定截止光子能量的光子；c) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，在至少一個所述中子檢測器中檢測至少一些中子，所述中子通過所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產生；d) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，對多個所述測得的中子中的每個確定所述測得中子的能量；e) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，確定所述中子檢測器之一中的中子能量分布；以及f) 基于比較所述一個中子檢測器中的所述確定的中子能量分布，其來自包含能量不大于所述至少兩個預定截止光子能量的光子的所述入射光子束，進行如下識別如果隨著截止光子能量的變化，所述中子能量分布改變不大于預定量，則識別存在于容器內的包括錒系元素的所述材料。
29. 根據權利要求28的方法，其中包括能量不大于所述預定截止光子能量的光子的所述光子束為通過所述預定截止能量的電子產生的韌致輻射光子束。
30. 權利要求28的方法，其中包括能量不大于所述預定截止光子能量的光子的所述光子束為單色光子束。
31. 權利要求28的方法，其中確定所述測得中子的能量包括測量所述測得中子的飛行時間。
32. 權利要求28的方法，其中確定所述測得中子的能量包括分析沉積在至少一個所述中子檢測器中的能量。
33. 權利要求28的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個中子檢測器觀測所述容器，所述中子檢測器從相對于所述光子束不同的角度來觀測所述容器，并且中子在至少兩個所述中子檢測器中檢測，進一步包括g) 針對至少一個所述預定的截止光子能量，確定在至少兩個所述中子檢測器中在預定的中子能量范圍中的總中子產量；以及h) 基于比較來自從相對光子束的不同角度觀測所述容器的所述至少兩個中子檢測器的所述總中子產量，進行如下確定如果總產量揭示中子各向同性分布作為相對于光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產量揭示中子各向異性分布作為相對于光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
34. 權利要求28的方法，進一步包括g) 對于相對于所述光子束成至少一個新的角度來說i) 移動至少一個所述中子檢測器，使得所述移動的中子檢測器從相對于所述光子束的所述新角度觀測所述容器；ii) 用包括能量不大于至少一個所述預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) 在所述至少一個移動的中子檢測器中檢測由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產生的至少一些中子；以及iv) 針對多個所述測得的中子中的每一個，確定所述測得的中子的能量；h) 對于相對于所述光子束的至少一些所述中子檢測器觀測角度，在預定的中子能量范圍內以相對于光子束的所述角度在所述至少一個移動的中子檢測器中確定總中子產量；以及i) 對于相對所述光子束的至少一些中子檢測器觀測角度，基于比較來自所述至少一個移動的中子檢測器的所述總中子產量，進行如下確定如果總產量揭示中子各向同性分布作為相對于光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產量揭示中子各向異性分布作為相對于光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
35. 權利要求28的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個中子檢測器觀測所述容器，所述中子檢測器從相對于所述光子束不同的角度來觀測所述容器，并且中子在至少兩個所述中子檢測器中檢測，進一步包括g) 針對所述多個預定的截止光子能量的至少一個，在至少兩個所述中子檢測器中確定中子能量分布；以及h) 基于比較來自從相對光子束的不同角度觀測所述容器的所述至少兩個中子檢測器的所述中子能量分布，進行如下確定如果隨著相對于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變沒有超過預定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果隨著相對于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變超過預定量，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
36. 權利要求28的方法，進一步包括g) 對于相對于所述光子束成至少一個新的角度來說i) 移動至少一個所述中子檢測器，使得所述移動的中子檢測器從相對于所述光子束的所述新角度觀測所述容器；ii) 用包括能量不大于至少一個所述預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) 在所述至少一個移動的中子檢測器中檢測由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產生的至少一些中子；以及iv) 針對多個所述測得的中子中的每一個，確定所述測得的中子的能量；h) 對于相對于所述光子束的至少一些所述中子檢測器觀測角度，確定在所述至少一個移動的中子檢測器中的中子能量分布；以及i)對于相對所述光子束的至少一些中子檢測器觀測角度，基于比較來自所述至少一個移動的中子檢測器的所述中子能量分布，進行如下確定如果隨著相對于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變沒有超過預定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果隨著相對于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變超過預定量，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
37. 檢測容器內包括錒系元素的材料存在的方法，包括a) 定位所述容器，使得至少一個中子檢測器以相對于光子束的第一角度觀測所述容器；b) 針對至少兩個預定的截止光子能量，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預定截止光子能量的光子；c) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，在至少一個所述中子檢測器中檢測至少一些中子，所述中子通過所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產生；d) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，對多個所述測得的中子中的每個確定所述測得中子的能量；e) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，確定在多個預定的中子能量范圍內所述中子檢測器之一中的中子產量；f) 對于所述預定的中子能量范圍中的每個，確定中子產量曲線作為光子截止能量的函數；以及g) 基于比較所述一個中子檢測器中針對所述預定中子能量范圍的所述確定的中子產量曲線，進行如下識別如果隨著中子能量的變化，所述中子產量曲線改變不大于預定量，則識別存在于容器內的包括錒系元素的所述材料。
38. 根據權利要求37的方法，其中包括能量不大于所述預定截止光子能量的光子的所述光子束為通過所述預定截止能量的電子產生的韌致輻射光子束。
39. 權利要求37的方法，其中包括能量不大于所述預定截止光子能量的光子的所述光子束為單色光子束。
40. 權利要求37的方法，其中確定所述測得中子的能量包括測量所述測得中子的飛行時間。
41. 權利要求37的方法，其中確定所述測得中子的能量包括分析沉積在至少一個所述中子檢測器中的能量。
42. 權利要求37的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個中子檢測器觀測所述容器，所述中子檢測器從相對于所述光子束不同的角度來觀測所述容器，并且中子在至少兩個所述中子檢測器中檢測，進一步包括h) 針對至少一個所述預定的截止光子能量，確定在至少兩個所述中子檢測器中在預定的中子能量范圍內的總中子產量；以及i) 基于比較來自所述從相對光子束的不同角度觀測所述容器的至少兩個中子檢測器的所述總中子產量，進行如下確定如果總產量揭示中子各向同性分布作為相對于光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產量揭示中子各向異性分布作為相對于光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
43. 權利要求37的方法，進一步包括h) 對于相對于所述光子束成至少一個新的角度來說i) 移動至少一個所述中子檢測器，使得所述移動的中子檢測器從相對于所述光子束的所述新角度觀測所述容器；ii) 用包括能量不大于至少一個所述預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) 在所述至少一個移動的中子檢測器中檢測由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產生的至少一些中子；以及iv) 針對多個所述測得的中子中的每一個，確定所述測得的中子的能量；i)對于相對于所述光子束的至少一些所述中子檢測器觀測角度，在預定的中子能量范圍內以相對于光子束的所述角度在所述至少一個移動的中子檢測器中確定總中子產量；以及j)對于相對所述光子束的至少一些中子檢測器觀測角度，基于比較來自所述至少一個移動的中子檢測器的所述總中子產量，進行如下確定如果總產量揭示中子各向同性分布作為相對于光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產量揭示中子各向異性分布作為相對于光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
44. 權利要求37的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個中子檢測器觀測所述容器，所述中子檢測器從相對于所述光子束不同的角度來觀測所述容器，并且中子在至少兩個所述中子檢測器中檢測，進一步包括h) 針對至少一個所述多個預定的截止光子能量，確定在至少兩個所述中子檢測器中的中子能量分布；以及i) 基于比較來自所述從相對光子束的不同角度觀測所述容器的至少兩個中子檢測器的所述中子能量分布，進行如下確定如果隨著相對于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變沒有超過預定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果隨著相對于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變超過預定量，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
45. 權利要求37的方法，進一步包括h) 對于相對于所述光子束成至少一個新的角度來說i) 移動至少一個所述中子檢測器，使得所述移動的中子檢測器從相對于所述光子束的所述新角度觀測所述容器；ii) 用包括能量不大于至少一個所述預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) 在所述至少一個移動的中子檢測器中檢測由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產生的至少一些中子；以及iv) 針對多個所述測得的中子中的每一個，確定所述測得的中子的能量；i)對于相對于所述光子束的至少一些所述中子檢測器觀測角度，確定在所述至少一個移動的中子檢測器中中子能量分布；以及j)對于相對所述光子束的至少一些中子檢測器觀測角度，基于比較來自所述至少一個移動的中子檢測器的所述中子能量分布，進行如下確定如果隨著相對于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變沒有超過預定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果隨著相對于光子束的角度的變化，所述能量分布的改變超過預定量，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
46. 檢測容器內包括錒系元素的材料存在的方法，包括a) 定位所述容器，使得至少一個中子檢測器以相對于光子束的第一角度觀測所述容器；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預定截止光子能量的光子；c) 在至少一個所述中子檢測器中檢測至少一些中子，所述中子通過所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產生；d) 針對多個所述測得的中子中的每個，確定所述測得中子的最小能量；以及e) 基于至少一個所述測得中子的確定的最小能量超過了預定的值，識別存在于所述容器中的所述包含錒系元素的材料。
47. 權利要求46的方法間的差。
48. 權利要求47的方法子的閾值能量。
49. 權利要求47的方法生中子的閾值能量。
50. 權利要求47的方法生中子的閾值能量的預定量
51. 權利要求47的方法
52. 權利要求47的方法
53. 權利要求46的方法述光子束為通過所述第一預定截止能量的電子產生的韌致輻射光子束。
54. 權利要求46的方法，其中包括能量不大于所述第一預定截止光子能量的光子的所述光子束為單色光子束。
55. 權利要求46的方法，其中確定所述測得中子的最小能量包括分析沉積在至少一個所述中子檢測器中的能量。
56. 權利要求46的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個中子檢測器觀測所述容器，所述中子檢測器從相對于所述光子束不同的角度來觀測所述容器，并且中子在至少兩個所述中子檢測器中檢測，進一步包括f) 確定在至少兩個所述中子檢測器中在預定的中子最小能量范圍內的總中子產量；以及g) 基于比較來自所述從相對光子束的不同角度觀測所述容器的至少兩個中子檢測器的所述總中子產量，進行如下確定如果總產量揭示中子各向同性分布作為相對于光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產量揭示中子各向異性分布作為相對于光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
57. 權利要求46的方法，進一步包括，其中所述預定值為所述第一預定截止光子能量與較低能量之，其中所述較低能量為在特定材料中通過(□， n)過程產生中，其中所述較低能量不大于在特定材料中通過(□， n)過程產，其中所述較低能量為小于在特定材料中通過(□， n)過程產，其中所述較低能量基于容器中可能存在的材料來確定。，其中所述較低能量基于容器中存在的材料來確定。，其中包括能量不大于所述第一預定截止光子能量的光子的所f) 對于相對于所述光子束成至少一個新的角度來說i) 移動至少一個所述中子檢測器，使得所述移動的中子檢測器從相對于所述光子束的 所述新角度觀測所述容器；ii) 用包括能量不大于所述第一預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) 在所述至少一個移動的中子檢測器中檢測由所述光子束與所述容器的至少一部 分之間的相互作用產生的至少一些中子；以及iv) 針對多個所述測得的中子中的每一個，確定所述測得的中子的最小能量；g) 對于相對于所述光子束的至少一些所述中子檢測器觀測角度，確定在預定的中子最 小能量范圍內在相對于光子束的所述角度在所述至少一個移動的中子檢測器中的總中子 產量；以及h) 對于相對所述光子束的至少一些中子檢測器觀測角度，基于比較來自所述至少一 個移動的中子檢測器的所述總中子產量，進行如下確定如果總產量揭示中子各向同性分 布作為相對于光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產量揭 示中子各向異性分布作為相對于光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
58. 權利要求46的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個中子檢測器觀測所述容 器，所述中子檢測器從相對于所述光子束不同的角度來觀測所述容器，并且中子在至少兩 個所述中子檢測器中檢測，進一步包括f) 在至少兩個所述中子檢測器中確定中子最小能量分布；以及g) 基于比較來自從相對光子束的不同角度觀測所述容器的所述至少兩個中子檢測器 的所述中子最小能量分布，進行如下確定如果隨著相對于光子束的角度的變化，所述最小 能量分布的改變沒有超過預定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果隨著相對于 光子束的角度的變化，所述最小能量分布的改變超過預定量，則確定存在的錒系元素為偶 偶同位素。
59. 權利要求46的方法，進一步包括f) 對于相對于所述光子束成至少一個新的角度來說i) 移動至少一個所述中子檢測器，使得所述移動的中子檢測器從相對于所述光子束的 所述新角度觀測所述容器；ii) 用包括能量不大于所述第一預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) 在所述至少一個移動的中子檢測器中檢測由所述光子束與所述容器的至少一部 分之間的相互作用產生的至少一些中子；以及iv) 針對多個所述測得的中子中的每一個，確定所述測得的中子的最小能量；g) 對于相對于所述光子束的至少一些所述中子檢測器觀測角度，確定在預定的中子最 小能量范圍內在相對于光子束的所述角度在所述至少一個移動的中子檢測器中的中子最 小能量分布；以及h) 對于相對所述光子束的至少一些中子檢測器觀測角度，基于比較來自所述至少一個 移動的中子檢測器的所述中子最小能量分布，進行如下確定如果隨著相對于光子束的角度的變化，所述最小能量分布的改變沒有超過預定量，則確定存在的錒系元素為奇偶同位 素；如果隨著相對于光子束的角度的變化，所述最小能量分布的改變超過預定量，則確定存 在的錒系元素為偶偶同位素。
60. 權利要求46的方法，進一步包括f) 用包括能量不大于不同的預定截止光子能量的光子的至少一個額外的光子束照亮 所述容器的至少一部分；g) 在至少一個所述中子檢測器中檢測由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的 相互作用產生的至少一些中子；h) 針對多個所述測得的中子中的每一個，確定所述測得的中子的最小能量；i) 選擇較高的中子能量區域，在較高的所述能量區域中對于任何所述預定的截止光子 能量而言來自(Y， n)過程的中子在能量上是不允許的，以及選擇較低的能量區域，在所述 較低的能量區域中對于所有所述預定的截止光子能量而言來自(Y， n)過程的中子在能量 上是允許的；j)對于所述預定的截止光子能量中的每一個，在至少兩個預定的中子最小能量范圍內 確定所述中子檢測器之一中的中子產量，其中至少一個預定的中子最小能量范圍其中包括 來自(Y， n)過程的中子在能量上是不允許的所述較高能量區域，并且其中至少一個其它 的預定中子最小能量范圍包括其中來自(Y， n)過程的中子在能量是允許的所述較低能量 區域；以及j)基于比較所述一個中子檢測器中的所述確定的中子產量，其來自包含能量不大于所 述不同的預定截止能量的光子的所述入射光子束，進行如下確認如果，在其中來自(Y， n)過程的中子在能量上是不允許的較高預定中子最小能量范圍中，在較低預定截止光子能 量和所述較高預定截止光子能量之間的所述中子產量的增加與其中來自(Y， n)過程的中 子在能量上是允許的所述較低預定中子最小能量范圍中的中子產量增加相比并不顯著，則 確認包括存在的錒系元素的所述材料存在于容器內。
61. 權利要求46的方法，進一步包括f) 用包括能量不大于不同的預定截止光子能量的光子的至少一個額外的光子束照亮 所述容器的至少一部分；g) 在至少一個所述中子檢測器中檢測由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的 相互作用產生的至少一些中子；h) 針對多個所述測得的中子中的每一個，確定所述測得的中子的最小能量；i) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，確定所述中子檢測器之一中的中子最小能 量分布；以及j)基于比較所述一個中子檢測器中的所述確定的中子最小能量分布，其來自包含能量 不大于所述不同的預定截止能量的光子的所述入射光子束，進行如下確認如果隨著截止 光子能量的變化，所述中子最小能量分布改變不大于預定量，則確認包括存在的錒系元素 的所述材料存在于容器內。
62. 權利要求46的方法，進一步包括f)用包括能量不大于不同的預定截止光子能量的光子的至少一個額外的光子束照亮 所述容器的至少一部分；g) 在至少一個所述中子檢測器中檢測由所述光子束與所述容器的至少一部分之間的 相互作用產生的至少一些中子；h) 針對多個所述測得的中子中的每一個，確定所述測得的中子的最小能量；i) 針對所述預定的截止光子能量中的每一個，在多個預定的中子最小能量范圍內確定 所述中子檢測器之一中的中子產量；j)針對所述預定的中子最小能量范圍的每一個，確定中子產量曲線作為光子截止能量 的函數；以及k)基于比較所述一個中子檢測器中針對所述預定中子最小能量范圍的所述確定的中 子產量曲線，進行如下確認如果隨著中子能量的變化，所述中子產量曲線改變不大于預定 量，則確認包括錒系元素的所述材料存在于容器內。
63. 檢測容器內包括錒系元素的材料存在的方法，包括a) 定位所述容器，使得至少一個中子檢測器觀測所述容器；b) 針對至少兩個預定的截止光子能量，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預定截止光子能量的光子；c) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，在至少一個所述中子檢測器中檢測至少一 些中子，所述中子通過所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產生；d) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，對多個所述測得的中子中的每個確定所述 測得中子的最小能量；e) 選擇較高的中子能量區域，在所述較高的能量區域中對于所述至少兩個所述預定的 截止光子能量的任何而言來自(Y， n)過程的中子在能量上是不允許的，以及選擇較低的 能量區域，在所述較低的能量區域中對于所述至少兩個所述預定的截止光子能量的全部而 言來自(Y ， n)過程的中子在能量上是允許的；f) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，在至少兩個預定的中子最小能量范圍內確 定所述中子檢測器之一中的中子產量，其中至少一個預定的中子最小能量范圍包括其中來 自(Y， n)過程的中子在能量上是不允許的所述較高能量區域，并且其中至少一個其它的 預定中子最小能量范圍包括其中來自(Y， n)過程的中子在能量上是允許的所述較低能量 區域；以及g) 基于比較所述一個中子檢測器中的所述確定的中子產量，其來自包含能量不大于 所述不同的預定截止能量的光子的所述入射光子束，來進行如下確認如果，在其中來自 (Y ，n)過程的中子在能量上是不允許的較高預定中子最小能量范圍中，在較低預定截止光 子能量和所述較高預定截止光子能量之間的所述中子產量的增加與其中來自(Y， n)過程 的中子在能量上是允許的所述較低預定中子最小能量范圍中的中子產量增加相比并不顯 著，則確認包括存在的錒系元素的所述材料存在于容器內。
64. 檢測容器內包括錒系元素的材料存在的方法，包括a) 定位所述容器，使得至少一個中子檢測器觀測所述容器；b) 針對至少兩個預定的截止光子能量，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預定截止光子能量的光子；c) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，在至少一個所述中子檢測器中檢測至少一 些中子，所述中子通過所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產生；d) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，對多個所述測得的中子中的每個確定所述 測得中子的最小能量；e) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，確定所述中子檢測器之一中的中子最小能 量分布；以及f) 基于比較所述一個中子檢測器中的所述確定的中子最小能量分布，其來自包含能量 不大于所述至少兩個預定截止光子能量的光子的所述入射光子束，進行如下識別如果隨 著截止光子能量的變化，所述中子最小能量分布改變不大于預定量，則識別存在于容器內 的包括錒系元素的所述材料。
65. 檢測容器內包括錒系元素的材料存在的方法，包括a) 定位所述容器，使得至少一個中子檢測器觀測所述容器；b) 針對至少兩個預定的截止光子能量，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預定截止光子能量的光子；c) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，在至少一個所述中子檢測器中檢測至少一 些中子，所述中子通過所述光子束與所述容器的至少一部分之間的相互作用產生；d) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，對多個所述測得的中子中的每個確定所述 測得中子的最小能量；e) 針對至少兩個所述預定的截止光子能量，在多個預定的中子最小能量范圍內確定所 述中子檢測器之一中的中子產量；f) 對于所述預定的中子最小能量范圍中的每個，確定中子產量曲線作為光子截止能量 的函數；以及g) 基于針對所述預定中子最小能量范圍比較所述一個中子檢測器中內的所述確定的 中子產量曲線，進行如下識別如果隨著中子能量的變化，所述中子產量曲線改變不大于預 定量，則識別存在于所述容器內的包括錒系元素的所述材料。
66. 檢測容器內包括錒系元素的材料存在的方法，包括a) 定位所述容器，使得至少一個中子檢測器以相對于所述光子束的第一角度觀測所述 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預定截止光 子能量的光子；c) 在至少一個所述中子檢測器中檢測至少一些中子，所述中子通過所述光子束與所述 容器的至少一部分之間的相互作用產生；d) 確定至少一個所述測得中子的能量超出了預定值；以及e) 基于至少一個所述測得中子的能量超出了預定值的確定結果，識別存在于所述容器 中的所述包含錒系元素的材料。
67. 權利要求66的方法，其中所述預定值為所述第一預定截止光子能量與較低能量之 間的差。
68. 權利要求67的方法，其中所述較低能量為在特定材料中通過(□， n)過程產生中 子的閾值能量。
69. 權利要求67的方法，其中所述較低能量不大于在特定材料中通過(□， n)過程產 生中子的閾值能量。
70. 權利要求67的方法，其中所述較低能量為小于在特定材料中通過(□， n)過程產 生中子的閾值能量的預定量。
71. 權利要求67的方法，其中所述較低能量基于容器中可能存在的材料來確定。
72. 權利要求67的方法，其中所述較低能量基于容器中存在的材料來確定。
73. 權利要求66的方法，其中包括能量不大于所述第一預定截止光子能量的光子的所 述光子束為通過所述第一預定截止能量的電子產生的韌致輻射光子束。
74. 權利要求66的方法，其中包括能量不大于所述第一預定截止光子能量的光子的所 述光子束為單色光子束。
75. 權利要求66的方法，其中確定所述測得中子的至少之一的能量是否超過預定值包 括分析沉積在至少一個所述中子檢測器中的能量。
76. 權利要求66的方法，其中所述容器的位置使得至少兩個中子檢測器觀測所述容 器，所述中子檢測器從相對于所述光子束不同的角度來觀測所述容器，并且中子在至少兩 個所述中子檢測器中檢測，進一步包括f) 在至少兩個所述中子檢測器中在預定的中子能量范圍內確定總中子產量；以及g) 基于比較來自所述從相對光子束的不同角度觀測所述容器的至少兩個中子檢測器 的所述總中子產量，進行如下確定如果總產量揭示中子各向同性分布作為相對于光子束 的角度的函數，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產量揭示中子各向異性分布 作為相對于光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
77. 權利要求66的方法，進一步包括f) 對于相對于所述光子束成至少一個新的角度來說i) 移動至少一個所述中子檢測器，使得所述移動的中子檢測器從相對于所述光子束的 所述新角度觀測所述容器；ii) 用包括能量不大于所述第一預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) 在所述至少一個移動的中子檢測器中檢測由所述光子束與所述容器的至少一部 分之間的相互作用產生的至少一些中子；以及iv) 針對多個所述測得的中子中的每一個，確定所述測得的中子的能量；g) 對于相對于所述光子束的至少一些所述中子檢測器觀測角度，在預定的中子能量范 圍內在相對于光子束的所述角度確定在所述至少一個移動的中子檢測器中的總中子產量； 以及h) 對于相對所述光子束的至少一些中子檢測器觀測角度，基于比較來自所述至少一 個移動的中子檢測器的所述總中子產量，進行如下確定如果總產量揭示中子各向同性分 布作為相對于光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為奇偶同位素；如果總產量揭 示中子各向異性分布作為相對于光子束的角度的函數，則確定存在的錒系元素為偶偶同位素。
78. 檢測容器內包括錒系元素的材料存在的方法，包括a) 定位所述容器，使得至少一個中子檢測器以相對于所述光子束的第一角度觀測所述 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預定截止光子能量的光子；c) 在至少一個所述中子檢測器中檢測至少一些中子，所述中子通過所述光子束與所述 容器的至少一部分之間的相互作用產生；d) 確定已經檢測到多于預定數量的中子的能量高于第一預定值；e) 選擇第二預定值；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預定截止光 子能量的光子；g) 在至少一個所述中子檢測器中檢測至少一些中子，所述中子通過所述光子束與所述 容器的至少一部分之間的相互作用產生；h) 基于至少一個所述測得中 的已確定的能量超出了第二預定值，識別存在于所述容 器中的所述包含錒系元素的材料。
全文摘要
本發明公開了通過測量高能瞬發中子來非侵入性地檢測容器內易裂變材料的存在的方法和系統。所述方法和系統利用了來自光裂變得瞬發中子能譜的獨特性質來明確無誤地確認易裂變材料，所述光裂變是來自幾乎完全加速的碎片產生的中子發射。所述來自光裂變的瞬發中子的角度分布以及有關中子相對于光束角度的能量分布被用來區分發生光裂變的奇偶核和偶偶核。所述中子產量曲線對中子能量的獨立性(產量作為電子束能量或光子能量的函數)也被用于區分光裂變與其它的過程如(γ，n)。不同的光束幾何形狀被用于檢測易裂變材料的局部化樣品，還有在大區域內分散為小碎片或薄片的易裂變材料。這些來自光裂變的信號是獨特的，并允許檢測原子核周期表中錒系元素區域的任何材料。
文檔編號G01T3/00GK101711370SQ200880020096
公開日2010年5月19日 申請日期2008年6月13日 優先權日2007年6月14日
發明者R·J·勒道西, W·伯托茲 申請人:護照系統公司