假設(shè)兩個(gè)探測(cè)器面對(duì)面，相距1米左右，一個(gè)原子核衰變后釋放的中子擊中一個(gè)探測(cè)器，伽馬射線擊中另一個(gè)探測(cè)器。到達(dá)時(shí)間的差異，基于核衰變的詳細(xì)物理過程，會(huì)定義了一個(gè)模糊的，有點(diǎn)球形的空間殼層，原子核可能在其中。

　　就像煙霧探測(cè)器只能給出火災(zāi)地點(diǎn)的模糊信息一樣，目前探測(cè)走私核材料的方法緩慢且不精確。但是科學(xué)家們報(bào)告說，一項(xiàng)基于核材料脫落的中子和伽馬射線成像的新技術(shù)可以在紀(jì)錄時(shí)定位這些危險(xiǎn)。

　　“這是一種優(yōu)雅的方法，”普林斯頓大學(xué)(Princeton University)從事核武器核查工作的物理學(xué)家亞歷山大格拉澤(Alexander Glaser)說。他沒有參與這項(xiàng)新研究。他說，如果它能在現(xiàn)實(shí)世界中得到證明，這種新方法可以加強(qiáng)邊境安全，并幫助繪制切爾諾貝利和福島等災(zāi)難地點(diǎn)的放射性污染地圖。

　　核電站和武器中心長(zhǎng)期以來一直密切關(guān)注核裂變材料——即原子彈的某種物質(zhì)——使用輻射傳送門監(jiān)測(cè)器(RPMs)對(duì)離開現(xiàn)場(chǎng)的人員或車輛進(jìn)行檢查。類似機(jī)場(chǎng)金屬探測(cè)器，RPMs檢測(cè)放射性放射的中子和射線。他們可以分辨出來自香蕉或貓砂等日常物質(zhì)的低水平輻射與來自钚或高濃縮鈾等實(shí)際構(gòu)成危險(xiǎn)的物質(zhì)的更強(qiáng)信號(hào)。

　　在1991年蘇聯(lián)解體和2001年9/11恐怖襲擊之后，安全專家對(duì)核材料的擴(kuò)散更加擔(dān)心。1993年至2019年期間，全球安裝的rpm標(biāo)記了290起確認(rèn)或可能的核販運(yùn)事件。但如果檢查人員急于找到一個(gè)集裝箱里的炸彈并拆除它，那么知道該裝置的準(zhǔn)確位置將會(huì)有所幫助。這就是新方法的用武之地。

　　博·塞德沃爾(Bo Cederwall)是KTH皇家理工學(xué)院的核物理學(xué)家，他在法國(guó)國(guó)家重離子大型加速器工作時(shí)產(chǎn)生了這個(gè)想法。這些實(shí)驗(yàn)包括用粒子束爆破原子核，敲掉中子，留下高能激發(fā)的輻射伽馬射線的原子核?？茖W(xué)家們測(cè)量了伽馬射線和中子的時(shí)間和能量，這可以作為區(qū)分不同原子核的指紋，使研究人員能夠篩選出最稀有的原子核進(jìn)行進(jìn)一步研究。

　　幾年前，塞德沃爾意識(shí)到，這種方法加上機(jī)器學(xué)習(xí)方法，可能有助于集中研究钚和其他放射性同位素，這些放射性同位素在衰變時(shí)也會(huì)釋放出伽馬射線和中子。他說道:“我看到了將新理念和新鮮血液帶到游戲中的機(jī)會(huì)。

　　自2017年以來，Cederwall一直與瑞典當(dāng)局就核保障和安全技術(shù)進(jìn)行合作?，F(xiàn)在，他們正在對(duì)一個(gè)前研究反應(yīng)堆的廢棄燃料進(jìn)行評(píng)估，那里有數(shù)千個(gè)裝滿放射性廢料的桶。“我想在不打開桶蓋的情況下，幫助他們弄清楚那些桶里到底是什么，”塞德沃爾說。

　　這項(xiàng)新技術(shù)依靠的是探測(cè)器，當(dāng)被中子或伽馬射線擊中時(shí)發(fā)出光，并以納秒的精度測(cè)量到達(dá)時(shí)間。假設(shè)兩個(gè)探測(cè)器面對(duì)面，相距1米左右，一個(gè)原子核衰變后釋放的中子擊中一個(gè)探測(cè)器，伽馬射線擊中另一個(gè)探測(cè)器。到達(dá)時(shí)間的差異，基于核衰變的詳細(xì)物理過程，會(huì)定義了一個(gè)模糊的，有點(diǎn)球形的空間殼層，原子核可能在其中。用幾個(gè)探測(cè)器對(duì)許多中子-伽馬射線對(duì)進(jìn)行定時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一組概率殼層，這些殼層應(yīng)該相交于某一點(diǎn)——原子核的位置。

　　為了證明這一原理，Cederwall和他的同事們專注于檢測(cè)锎-252，這是一種很容易獲得的放射性同位素，被廣泛用作武器級(jí)钚的替代品。他們的原型中子伽馬射線斷層掃描(NGET)探測(cè)器看起來有點(diǎn)像安裝在一個(gè)類似于rpm的鋁制框架兩側(cè)的兩組四瓶大酒瓶。研究人員在幾秒鐘內(nèi)分析了幾十次碰撞，發(fā)現(xiàn)他們可以迅速地將源頭定位在距離其實(shí)際位置4厘米以內(nèi)。他們今天在《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表了這一報(bào)告。塞德沃爾說，一些適當(dāng)?shù)恼{(diào)整可以將其修剪到大約1厘米。

　　Cederwall斷言，精確定位源頭的能力可能會(huì)為核安　　全保障提供一種“范式轉(zhuǎn)變”。NGET探測(cè)器也可能縮小以適合無人機(jī)使用。他說，這為快速繪制災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的放射性污染圖或進(jìn)行環(huán)境調(diào)查提供了“一種真正令人著迷的可能性”。

　　勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LBNL)的核物理學(xué)家布萊恩·奎特(Brian Quiter)說:“我不認(rèn)為這是一個(gè)牽強(qiáng)的說法。”他的團(tuán)隊(duì)也在研究基于無人機(jī)的核材料探測(cè)器。但他說，NGET還必須在現(xiàn)實(shí)世界中證明自己。

　　一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)是，現(xiàn)實(shí)世界是混亂的:走私的核材料可能被包裹在材料中，使從源頭流出的中子發(fā)生偏轉(zhuǎn)。瑞典團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)中的锎“不是放在裝滿這種的容器里，”LBNL核物理學(xué)家Kai Vetter說。

　　塞德沃爾承認(rèn)，消除散射中子是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。但是NGET的概率機(jī)器學(xué)習(xí)方法，他認(rèn)為，應(yīng)該可以讓它“相比其他技術(shù)對(duì)散射不那么敏感”。