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Cargoinspektion mit schnellen Neutronen und Gammastrahlung

04.01.2010

In den vergangenen Jahren wurden in der PTB verschiedene Konzepte für räumlich hochauflösende Detektroen für Neutronenradiografie und Spektrometrie in gepulsten 1 - 10 MeV Neutronenfeldern entwickelt. Ziel war die Detektion von Sprengstoffen in kleinen und mittleren Cargoeinheiten, Luftfracht und Fahrzeugen. Wegen des wachsenden Interesses auch an der Detektion von geschmuggeltem spaltbaren Material (U, Pu) im internationalen Güterverkehr (angestoßen insbesondere durch die aktuelle Gesetzeslage der USA mit der Forderung, die gesamte Fracht für die USA bereits im Entsendehafen zu durchleuchten), wurde im Fachbereich ein Programm gestartet, das auch die Identifikation von hoch-Z Materialien in Cargo ermöglicht. Dabei sollen möglichst ähnliche Methoden für die (beschleunigergestützte) Strahlerzeugung und Detektionstechnik wie für die Detektion von Sprengstoffen durch Neutronenradiografie verwendet werden.

Eine geeignete komplementäre Technik für die Identifikation schwerer Elemente stellt die Radiografie mit 2 diskreten Gammaenergien dar, die s.g. "Dual Discrete Energy Gamma Radiografie, DDEGR". Diese Methode wurde vor einigen Jahren von Dr. Goldberg, der sich derzeit zu einem Sabbatical an der PTB aufhält, vorgeschlagen.

Abbildung 1 : Spektrale Neutronenfluence aus der 11B(d,n+γ)12C Kernreaktion

Im Berichtsjahr wurde dazu in der Arbeitsgruppe die für die Strahlerzeugung vorgeschlagene Kernreaktion 11B(d,n+γ)12C hinsichtlich spektraler Neutronenausbeute im Bereich bis 20 MeV und die Anregungskurve für die verschiedenen Gammalinien, insbesondere die bei 4,4 MeV und 15,1 MeV untersucht. Abbildung 1 zeigt die spektrale Neutronenfluenz bei 3 verschiedenen Deuteronenenergien und Abbildung 2 zeigt die Anregungskurve für die relevanten Gammalinien bei 4,4 MeV und bei 15,1 MeV. Das Ergebnis bestätigt, dass bereits bei moderaten Deuteronenenergien (z. B. 6,5 MeV) angemessene Neutronen und Gammaspektren und Ausbeuten mit dieser Reaktion erzielt werden können.

Ein genaueres Experiment wurde kürzlich durchgeführt um das Gammaspektrum und die von der Deuteronenenergie abhängige Ausbeute der 4,4 MeV and 15,1 MeV Gammalinien im Detail zu studieren, insbesondere auch um Ausbeuten mit dünnen 11B Targets abzuleiten.

Abbildung 2 : Anregungsfunktion für die 4,4 MeV und 15,1 MeV Gammalinien der 11B(d,n+γ)12C Kernreaktion

Parallel zu den experimentellen Untersuchungen wurde beim deutschen und israelischen Ministerium für Wissenschaft und Technologie ein Forschungsprojekt zur Entwicklung der kombinierten Neutronen- und Gammadurchleuchtung von Cargo im Rahmen der Initiative “Deutsch-Israelische Kollaboration bei der zivilen Sicherheitsforschung” vorgeschlagen. An diesem Projektvorschlag sind 6 deutsche und 3 israelische Teams aus Forschungseinrichtungen, Behörden und Unternehmen beteiligt. Diese Gruppen sollen alle Aspekte, von grundlegenden wissenschaftlich-technischen Fragen der Strahlenquelle und der Strahlendetektion über Sicherheit (wie Strahlenschutz) bis zu juristischen, kommerziellen und gesellschaftlichen Fragestellungen für die mögliche spätere Vermarktung und den Einsatz an Flughäfen untersuchen. Der Projektvorschlag hat die erste Selektionsrunde erfolgreich passiert und befindet sich derzeitig im finalen Begutachtungsprozess.

* M.B. Goldberg, Method & System for Detecting Substances such as Special Nuclear Materials, U.S. Patent No. 7,381,962 , 2008