当前国际社会的安全形势日益严峻,核安全问题因其特殊性也逐渐得到了国际社会的高度重视。其中利用特殊核材料制作的粗糙核装置(IND)是威胁国土安全的重要因素,而核材料的丢失和偷运等问题依然严重。2008年,国际原子能机构(IAEA)的主任Dr.Mohmed宣称已查明的核材料丢失和盗运案件的数量依然令人不安的很高。2007年,斯洛伐克警方侦破了一起高浓缩铀(HEU)的偷运案件,查获的HEU达481g。可见，预防IND恐怖事件需要对核材料进行有效的控制和防扩散,因此核材料的检测具有重要的意义。

核材料的检测手段分为被动探测和主动探测两种方法。被动探测是通过探测核材料的自发辐射特征来识别核材料的一种方法，其技术相对简单、成本较低，但是由于自发辐射的强度很弱、能量较低，因此灵敏度很低;主动探测是通过测量外部辐射源(X射线、中子等)诱发核材料裂变产生的特征粒子来识别核材料的方法,具有特征粒子强度较大、能量更高等优点,因此已经逐渐成为核材料探测研究的热点。本文将利用蒙特卡洛(MC)模拟软件,开展基于神龙一号加速器进行核材料主动检测的可行性初步研究。

1神龙一号加速器产生X射线和光中子的特性

1.1神龙一号加速器

神龙一号加速器是直线感应加速器,建成于2000年左右,其电子束的能量最大可达20MeV,束流的强度达到了2.5kA,束流脉冲的半高宽约为70ns,打靶焦斑直径1.2mm,产生的X光在靶前方1m处的照射量约为0.103C/kg,整体性能达到了国际一流的水平。神龙一号加速器除了产生大剂量的X射线，还会产生光中子,这两种粒子都可以作为辐射源诱发核材料裂变,从而进行核材料的主动探测。为了研究神龙一号加速器检测核材料的可行性,首先需要研究产生的X射线和光中子的特性。

1.2.高能X射线的特性

高能电子与物质相互作用主要包括电离和轫致辐射等,电子能量越高、靶物质的原子序数越大则轫致辐射作用的几率越大,轫致辐射X射线的产额越高。神龙一号加速器在设计X射线转换靶时,除了考虑X射线的产额和前向性,还考虑了靶的热稳定性等,因此最终优化的辐射转换靶材料为Ta(Z=73),靶厚度为1.2mm,直径为10em。

本文利用蒙特卡洛模拟软件MCNP5对电子束打靶的过程进行了模拟,得到轫致辐射X射线的能谱和脉冲波形如图1所示。图1(a)显示轫致辐射谱为一一个连续能谱，最大能量等于入射电子的能量(20MeV),且每一一个x射线脉冲中能量为5~20MeV的高能光子的数目达到了约3.0x104。图1(b)显示脉冲X射线的半高宽(FWHM)约为70ns,和测量的结果是一致的,窄脉冲的特性有利用通过时间选择降低高能X射线对核材料裂变时放出的粒子的干扰,提高信本比。