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这是边境管制人员的噩梦：恐怖分子将铀或钚偷偷运过海港进入城市中心，并用它引爆脏弹或核武器。
在4月13日于马里兰州巴尔的摩举行的美国物理学会会议上，物理学家将展示一项关于货物筛查技术的研究，该技术可以挫败此类阴谋。研究人员表示，一种采用此方法的设备，可以用精确调谐的γ射线扫描集装箱，将比当前的技术更安全、更有效。该设备可以高数米并且是固定的，也可以是较小的便携式装置。
尽管产生这些γ射线的核反应早在20世纪50年代就已得到证明，但数十年来，没有人测试其在核检查中的应用，新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的物理学家理查德·谢菲尔德（Richard Sheffield）说，他没有参与最新的工作。谢菲尔德计算得出，该方法可以将检测核材料所需的辐射减少十倍以上，并称这项工作是“一项重大进展”。
草垛中的铁砧
在2001年9月11日的恐怖袭击事件发生后，各国政府对筛查货物中核材料的兴趣急剧增加。目前，美国国土安全部（DHS）使用被动辐射探测器来扫描通过陆地和海洋进入该国的所有集装箱；英国和其他地方也使用了类似的系统。但是，被动探测器容易产生由良性但略带放射性的材料（如猫砂和石器）引起的误报。更麻烦的是，恐怖分子可以屏蔽诸如铀之类的材料，以使被动系统无法检测到它。
在过去的几十年中，主动筛查技术已经问世。这些设备使用高能γ辐射（类似于医用X射线）生成集装箱的图像。目前在美国和英国使用的技术是通过一种称为“轫致辐射”的过程产生这种辐射，在该过程中，减速的带电粒子会以一定能量范围发射γ射线。γ射线穿过货物，并撞击另一侧的探测器，从而生成图像。
这些图像可以提醒检查人员注意隐藏在较轻货物中的致密材料——例如，小麦货物中的一块铀。但是它们无法区分金属和其他致密材料，因此屏蔽核材料并不那么困难。“如果你把核武器扔到废金属或一些随机的货物中，它看起来不会像任何东西，”马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院（MIT）的物理学家阿雷格·达纳古利安（Areg Danagoulian）说，他领导了最新的研究。
在更高的强度下，基于轫致辐射的设备可以提供有关货物内部材料原子序数的信息，从而有可能区分铀和其他金属（如铁）。但是，要达到这种精度的水平，需要比成像更强大的辐射，并且有向集装箱中的偷渡者或港口工人输送危险剂量辐射的风险。
减少能量
为了在不牺牲识别特定元素能力的情况下减少辐射，达纳古利安和他的同事使用了麻省理工学院位于马萨诸塞州米德尔顿的贝茨直线加速器中心的粒子加速器，来研究氘（氢的同位素）和硼之间的核反应。该反应通过释放两个特定能量（4.4和15.1兆电子伏特或MeV）的γ辐射来减少辐射。相比之下，轫致辐射会在很宽的能量范围内释放辐射。
原子序数较高的元素吸收的15.1-MeV光子明显多于原子序数较低的元素。通过比较撞击探测器的15.1-MeV光子计数与4.4-MeV光子计数，达纳古利安和他的同事迄今为止可以区分铁、锡、钨和铅。尽管他们尚未专门测试铀，但达纳古利安说，由于该元素的原子序数高于这些金属，因此应该更容易检测到。研究人员计划今年晚些时候在贫铀上测试他们的设备。
达纳古利安补充说，该技术还可以提供另一种检测核材料的方法。当15.1-MeV光子撞击铀时，它们会触发受控的核裂变反应并释放中子，检查人员可以检测到这些中子。达纳古利安强调，该过程不会有引发链式反应的风险。
但他补充说，在部署他的团队的技术之前，还需要更先进的粒子加速器和探测器。加速器需要产生比目前更多的能量为4.4 MeV和15.1 MeV的光子束，并且探测器需要更快地处理这些光子。
一位来自国土安全部国内核检测办公室的官员表示，尽管达纳古利安的工作仍处于早期阶段，但似乎很有希望。“我们认为，与目前的系统相比，该技术具有提供卓越性能的潜力，同时使用的辐射要少得多。”
但是，这位不愿透露姓名的官员指出，一个实用的系统将需要比研究人员目前使用的加速器更小的加速器。它还需要在集装箱上进行测试，并满足与运营成本和复杂性相关的各种标准。他说，国土安全部或其他机构可能会支持这种开发；一个实用的设备可能还需要十年时间。
本文经许可转载，并于2015年4月11日首次发表。