Fangst af nukleare smuglere:Hurtig algoritme kan muliggøre omkostningseffektive detektorer ved grænser

En ny algoritme kunne muliggøre hurtigere, billigere påvisning af nukleare materialer af våbenkvalitet ved grænser, hurtigt skelne mellem godartede og ulovlige strålingssignaturer i den samme last.

Udviklingen er et samarbejde mellem forskere ved University of Illinois i Urbana-Champaign, University of Michigan, Los Alamos nationale laboratorium, Heriot-Watt University (Edinburgh, Storbritannien), og University of Edinburgh.

"Vi håber, at resultaterne vil være nyttige til at reducere de falske positive alarmer på strålingsportalmonitorer, selv i scenarier med flere kilder til stede, og muliggøre brug af omkostningseffektive detektorer, såsom organiske scintillatorer, "sagde Angela DiFulvio, en adjunkt i atomkraft, plasma og radiologisk teknik ved University of Illinois og tilsvarende forfatter til undersøgelsen, der for nylig blev offentliggjort i Naturvidenskabelige rapporter .

DiFulvio er også en tidligere postdoktor i Detection for Nuclear Nonproliferation Group ved U-M, ledet af Sara Pozzi, professor i atomteknik og radiologisk videnskab.

Nationer skal beskytte deres borgere mod truslen om atomterrorisme. Atomsikkerhed afskrækker og opdager smugling af specielle nukleare materialer - stærkt beriget uran, våben-grade plutonium, eller materialer, der producerer meget stråling - på tværs af landegrænser.

Forskerne udviklede en algoritme, der er i stand til at identificere svage strålingssignaler, som kan ses fra plutonium indkapslede materialer, der absorberer stråling. Det virker selv i nærvær af en baggrund med høj stråling, herunder dagligdags kilder som kosmiske stråler fra rummet og radon fra klippen under fødderne.

Baseret på deres resultater, de mener, at brugen af ​​deres algoritme kan forbedre strålingsportalmonitorers evne ved nationale grænser til at fortælle forskellen mellem potentiel smugleraktivitet og godartede strålingskilder. For eksempel, naturligt forekommende radioaktive materialer såsom keramik og gødning eller radionuklider hos nyligt behandlede nuklearmedicinske patienter, kan udløse "generende" alarmer på strålingsscanningsfaciliteter.

"Der er også bekymring for, at nogen måske vil maskere en radioaktiv kilde, eller specielt nukleart materiale ved at anvende naturligt forekommende radioaktive materialer, såsom granit eller kattekuld, "sagde Pozzi, som også er seniorforfatter på papiret.

"Når køretøjer eller kasser scannes, dataene fra detektoren kan sættes gennem disse algoritmer, der afblander de forskellige kilder. Algoritmerne kan hurtigt identificere, om der findes særlige nukleare materialer, "tilføjede hun.

At blande kilder, så smugleraktivitet ikke kan skjules blandt godartede strålingskilder, er svært at gøre hurtigt. For det, teamet henvendte sig til specialister i maskinlæring, hvem kunne bruge data indsamlet af Pozzis gruppe til at "træne" algoritmer til at lede efter underskrifter af materialer, der kunne bruges til at lave en atombombe.

"Vi lavede en ikke -blandende model, der både afspejler problemets grundlæggende fysik og også var egnet til hurtig beregning, "sagde medforfatter Alfred Hero, John H. Holland Distinguished University Professor of Electrical Engineering and Computer Science og R. Jamison og Betty Williams Professor i Engineering U-M.

Denne forskning begyndte på UM som en del af Consortium for Verification Technology, et femårigt forskningsprogram på 25 millioner dollars for atomspredning, der finansieres af U.S.Nuclear National Security Administration, ledet af Pozzi. DiFulvio fortsatte arbejdet, da hun flyttede til UIUC i 2018.

"Dette arbejde er et stærkt eksempel på fordelen ved et tæt og vedvarende samarbejde mellem beregningsdataforskere og atomingeniører, hvilket resulterer i en større forbedring af detektering og identifikation af nuklear stråling, "Sagde helten.

Papiret har titlen, "Forventning-forplantning til svag radionuklididentifikation på strålingsportalmonitorer, "og er offentliggjort i tidsskriftet Videnskabelige rapporter .