当今地面部队所面临的最大威胁便是简易爆炸装置（IED）。而用于检测这些设备的方法技术含量低、危险性大并且耗时，其往往依赖于视觉识别或爆炸物嗅探犬。因此，美国军方急于找到一种可靠的技术，可以远距离检测到这些爆炸设备，在地面部队到达IED区域位置之前就发出警告。
 
任何有效的解决方案都必须是便携、可靠、耐用，同时又能在相隔较大距离时保持极度敏感。过去，人们已经尝试过一种基于中子的爆炸物检测技术。然而，由于中子源强度相对较弱，其间隔检测的距离被限制在一米或更小范围。

然而，莫诺纳菲尼克斯核实验室（PNL）开发的一种以高压、核聚变为基础的粒子加速器技术，将这种相隔距离扩展到了30米，且精度非常高。如果广泛应用这种技术，将会拯救成千上万军民的生命。
 
工作原理
 
相较于传统基于加速器的中子发生器，该技术是基于一个强度要高1000倍的中子发生器。 这是通过加在300000伏特的情况下催化氘成气态靶以产生核聚变反应来实现的。
 
“其主要功能包括基于微波的电子回旋加速器共振（ECR）离子源、静电加速器以及差压泵送系统，该系统使用了多个气体汲取技术，”菲尼克斯核实验室的总负责人Ross Radel如是说。
 
开发人员将该装置称为NEMESIS（中子发射移动爆炸物检测和识别系统），其能够恒稳定产生中子，速度高达每秒1014个中子。宽能源谱能够测定所有关键的核元素：氮、氢、氧、碳、硅和铁。
 
使用强中子源解决了中子发生器当前面临的许多挑战，例如对硅的假阳性反应、在潮湿的土壤条件以及在氮气环境下的检测。
 
中子时间特性和活性背景能够促使更有效的多层决策，从操作上来说，在相关时间架构中，其检测成功率大于95％，而误测率小于5％。
   
高通量中子发生器安装到车队的第一辆车上，以行驶方向发散出脉冲中子束。当中子束与隐藏的IED交互时，IED中的爆炸物质就会发出特有的辐射信号，而领头车辆会检测到这一信号。爆炸物质具有一个独特的，与其他材料差异明显的化学组合物（特别是高浓度的氮和氧）。当中子击中氮时，它就会发出简易辐射探测器能够检测到的高能量伽马射线。对这些伽马射线的检测就是对IED的识别。
 
“因为NEMESIS直接检测爆炸材料本身，而不是对炸弹金属组件进行检测，因此那些不是以金属、电线或电子触发机制制成的炸弹，NEMESIS都能够轻易地检测到。”Radel说道，“这项技术对于那些自制的、基于复合肥料制成的炸药检测同样有效，因为这项技术是针对先进的军用炸药的。”
 
未来展望
 
这种技术同样能够检测特殊的核材料（SNM），如可以用于制造核武器的铀-235或钚。针对SNM的被动式检测技术效果并不理想，因为裂变材料是弱放射性的，很容易受到屏蔽。然而，当使用中子进行轰击时，裂变材料会发散出强烈的脉冲中子和伽马射线，这意味着NEMESIS可以容易地对其进行检测。
 
“我们都知道通过X射线扫描仪，可能会无法检测出某些特定类型的简易爆炸装置。”Radel说道，“我们系统的优点是其可以检测到非常规的爆炸物，如现有的安全体系结构可能无法捕捉到的自制炸药。”
 
菲尼克斯核实验室还将其核中子发生器技术应用于其它领域中，如中子照相（对常规X射线照相的模拟），以及在军事、航天和复合材料部件中质量保证程序的应用。SHINE Medical Technologies也使用核中子发生器来生产医用同位素。Radel同样希望利用该技术来执行人道主义的使命，如每年要杀死15000至20000人的扫雷任务。
 
译自：asme
来源：材料与测试
译者：兔子小光

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