特殊核材料主动探测技术研究进展

综述了特殊核材料主动探测技术的研究进展,介绍了核共振荧光技术、光致/中子致裂变探测技术、宇宙射线μ子成像技术的基本原理,及国内外研究进展和技术难点与挑战。

以中子作外源的假想核弹头主动探测

通过对不同入射能量的中子在假想的核弹头中的输运计算,分析了弹头中的裂变材料芯部的核裂变、各层对中子的吸收和(n,xn)反应以及出壳中子随角度的变化,论证了以外中子源(不随时间变化的外源)对弹头作主动探测的可行性.通过对14 1MeV脉冲中子源和产生的缓发中子在模型中的输运计算,分析了用脉冲外中子源产生的缓发中子探测核弹头的可行性.

用缓发中子探测核弹头的技术探索

根据缓发中子的时间特征行为分析了缓发中子的中子输运过程,讨论了缓发中子探测核弹头的技术与方法。研究表明,测量缓发中子可以有效地探测到核弹头。但在不知道核弹头的内部设计信息的情况下,需用其他方法加以配合才能甄别真假核弹头。

基于JMCT软件的中子活化数值模拟程序的开发和检验

中子活化产物和辐射特征的数值模拟程序是研究材料活化效应的重要工具。在JMCT软件的基础上开发了具备材料中子活化效应模拟能力的数值模拟程序,并将其命名为“中子活化数值模拟程序”,旨在将其应用于军控核查、核安全等领域的研究中。对该程序在核弹头内部中子输运和活化计算的准确性进行了验证,发现该程序对核弹头内部中子输运和活化的计算精度优良。利用该程序研究了混凝土地面核素在裂变核材料的裂变中子辐照下的活化效应,计算结果进一步验证了中子活化数值模拟程序的功能。

中子辐照法在炸药来源认证中的应用

核弹头的拆卸认证是核裁军和军控核查中的一项重要研究内容。核弹头拆卸后,核查方将对拆卸出的特殊核材料和高爆炸药进行探测和认证,确保两者来源于核弹头。本文着重研究铀弹头(基于武器级铀的核弹头)内部拆卸出的炸药的认证方法,提出基于中子辐照法的炸药认证方案,并建立基于Geant4软件的数值模拟计算平台,利用该平台对该方案的可行性和效果进行模拟计算研究。研究结果表明,核查方应单方面设定辐照时间,设置适当的核弹头拆卸时间,并探测拆卸出的炸药中13 N和11 C核素的β+衰变,即可区分真实铀弹头中拆卸出的炸药和炸药赝品,进而为判断炸药是否来源于铀弹头提供重要依据。

基于武器级铀的核弹头内部炸药探测的模拟研究

在军备控制核查技术领域,核弹头内部炸药的探测是一项重要的研究。本文利用GEANT4软件研究了基于武器级铀的核弹头(即铀弹头)内部炸药的被动探测法(利用铀弹头内部裂变中子作为中子源)的可行性,计算得到了从铀弹头中出射的γ射线能谱,能谱的形状与预期相符,但由于铀弹头内部裂变中子与炸药中^(14) N反应产生的特征γ光子的事例率太低,该方法可能不适用于铀弹头的现场测量。因此又利用GEANT4软件研究了铀弹头内部炸药的主动探测法(利用铀弹头外部的中子源对铀弹头进行辐照)的可行性。研究结果表明,主动探测法可在1h内实现对铀弹头内部炸药中^(14) N的探测和确认,进而能为判定铀弹头内部是否含有炸药提供重要依据。