CN102253419B - 用于检测放射性材料的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一个放射性材料检测设备包括一个发射器、一个辐射传感器和一个控制器。发射器能够发射与信号一致的信息，辐射传感器有一个传感器输出，并且设置为在预定时段里检测辐射，控制器设置为接收来自辐射传感器的传感输出并将该信号发送到发射器用以发射。

Description

用于检测放射性材料的方法和设备

本申请是申请号为03813642.2、申请日为2003年6月10日、发明名称为“用于检测放射性材料的方法和设备”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于检测放射性材料的方法和设备，尤其涉及一种用于检测的方法和仪器，该方法和仪器能够在从一个地方到另一个地方的运输过程中检测容器或集装箱内放射性材料的存在。

背景技术

人们日益关心在不远的将来恐怖分子或其他组织为了实现恐怖目的，企图将用于制造核武器的放射性材料或核材料运输到美国或其他国家。运输这些放射性材料或核材料的一种方法就是把这些材料藏匿在看似无害的货物中。例如，这些核材料可以被放置在海运、火车运输、空运或者卡车运输常用的标准密封货物集装箱内，这个集装箱又被放置在诸如一辆大型的集装箱运输船里，在从一个地方到另一个地方的运输中，一辆大型的集装箱运输船能够运输上千个这样的集装箱。通常，现有的货物检测系统在集装箱运输船的进口港或者下船港进行检测。由于一艘大型的集装箱运输船通常会装载大量的集装箱，因此除非在现有的检测设备和检测人员条件下能够彻底地逐个检查所有集装箱，否则很难完成对所有违禁品包括放射性材料和核材料的检测。但是通过对进口港增加检测设备和检测人员的方式实现对每个集装箱的更彻底更详细的检测是不实际的，因为对每个集装箱的检测都需要时间以及传送集装箱时会有难以忍受的延时，同时在集装箱运输船装载和卸载过程中可能造成巨大拥塞。

本发明提供了一种方法和设备能够克服现有集装箱检测系统所面临的问题，这种方法和设备在集装箱从一个地方到另一个地方的运输过程中对密封集装箱内的放射性材料和核材料进行检测。通过这种方式，能够在运输过程中对潜在的威胁进行识别，从而在放射性材料和核材料进入一个国家的领土界限之前就采取适当的行动。

发明内容

简要陈述，本发明包括一个放射性材料检测设备，该设备包括一个发射器、一个辐射传感器和一个控制器。发射器能够发射与信号一致的信息，辐射传感器有一个传感输出，并且设置为在预定时段里检测辐射，控制器设置为接收来自辐射传感器的传感输出并将该信号发送到发射器用以发射。

本发明还包括一个用于在运输过程中检测辐射的便携式放射性材料检测设备，该便携式检测设备同样包括一个发射器、一个辐射传感器和一个控制器。发射器能够发射与信号一致的信息，辐射传感器有一个传感输出，并且设置为在预定时段里检测辐射，控制器设置为接收来自辐射传感器的传感输出并将该信号发送到发射器用以发射。

另一方面，本发明包括一个放射性材料检测系统，该系统包括多个放射性材料检测设备和一个主控器件/主控模块。每个检测设备包括一个发射器、一个辐射传感器、一个检测控制器和一个识别标签。每个发射器都能够发射与信号一致的信息，每个辐射传感器都有一个传感输出，并且设置为在预定时段里检测辐射，每个检测控制器都设置为接收来自辐射传感器的传感输出并将各个信号发送到其对应的发射器用以发射，每个识别标签与控制器和发射器之一电耦合并设置成能够为发射器的发射信息提供识别数据和/或位置数据。主控器件/主控模块包括一个接收器、一个指示输出和一个主控机。接收器设置为接收由放射性材料检测设备中各个发射器所发射的信息，主控机连接到接收器上并设置为根据接收到的信息状态马区动指示输出。

另一方面，本发明包括一种利用放射性材料检测设备来检测待测试物体中放射性材料的方法。这种设备包括一个发射器、一个检测控制器和一个设置为在预定时段内检测辐射的辐射传感器。这种方法包括如下步骤：将放射性材料检测设备安装到待测物体上；在一个预定时段内至少感应伽马辐射和中子之一；当检测到预定辐射量时发射一个信号。

另一方面，本发明包括一种利用一个控制器件/控制模块以及多个放射性材料检测设备来检测大量待测物体中放射性材料的方法。每个检测设备包括一个发射器、一个检测控制器和一个设置为在预定时段内检测辐射的辐射传感器。该方法包括如下步骤：将多个放射性材料检测设备安装到多个待测物体上；每个放射性材料检测仪器在一个预定时段内至少感应伽马辐射和中子之一，并将初始感应信号发射到主控器件/主控模块；根据这些初始感应信号在主控器件/主控模块或一个控制中心为多个待测物体建立一个背景辐射空间；每个放射性材料检测仪器在一个预定时段内至少感应伽马辐射和中子之一，并将当前感应信号发射到主控器件/主控模块；根据这些当前感应信号为多个待测物体建立一个当前辐射空间；将放射性材料检测设备当前感应到的当前辐射空间与其初始感应到的背景辐射空间进行比较，以识别多个待测物体中的异常。

附图说明

如结合附图进行阅读，就能更好地理解下文对本发明优选实施例的详细描述。为了对本发明进行示例的目的，附图中表示了几种目前认为是优选的实施方式。但应当指出的是：本发明并不限于图中所示的确切的布置和实施措施。

在附图中：

图1是放射性材料检测系统的三维阵列的功能性框图，该系统包括多个检测放射性材料检测设备，这些设备设置在多个待测物体上；

图2是依据本发明一个优选实施例的放射性材料检测设备的功能示意框图；

图3是依据本发明一个优选实施例的主控器件/主控模块或接收站的功能示意框图。

具体实施方式

参考附图，在所有的附图中，相同的附图标记用来指代相同的部件，图1-图3示出了本发明的一个放射性材料检测系统10的示意图。放射性材料检测系统10(图1)包括多个放射性材料检测设备20(图2)和一个主控器件/主控模块40(图3)。放射性材料检测设备20包括一个发射器26、一个辐射检测器或传感器24、一个检测控制器30和一个标识符或ID标识28。每个发射器26都能够发射与信号一致的信息，优选地，发射器26利用无线电频率、红外线、光波、微波、电压和电流等发射信息。每个辐射传感器24都有一个传感输出，并且设置为在预定的时段检测辐射。优选地，辐射传感器24设置为根据被检测到的辐射量依照比例改变传感器的输出。被检测的辐射量可以是辐射强度或者是预定时段内的累计感应值。每个检测控制器30设置为接收与其对应的辐射传感器24的输出，并且将每个输出信号发送到各自对应的发射器26上。每个标识符28与至少控制器30和发射器26之一电耦合，并且设置成能够为为发射器26发射的信息提供识别数据和/或位置数据。识别数据包括待测物体12的唯一标识符，也可以进一步包括待测物体12的产品目录、所有权、来源和/或目的地等信息。优选地，辐射传感器24根据被检测到的辐射量依照比例改变传感器的输出。

主控器件/主控模块40包括一个接收器42、一个指示输出如控制器件40中的发射器48和一个主控机或信息处理系统46。接收器42设置为接收由放射性材料检测设备20中的各个发射器26发射的信息。主控机46连接到接收器42上并设置为根据接收到的信息状态驱动指示输出或发射器48。指示输出48可以连接到远处或近处的指示灯、报警盘、显示装置或发音装置(例如一个喇叭或蜂鸣器)等。或者，指示输出48可以是一个连接到远端通信系统的发射器，远端通信系统例如蜂窝系统、电话系统、有线计算机网络、卫星系统、无线通信系统等等。

如图1所示，优选地，在多个待测物体12上设置多个放射性材料检测设备20的多个子设备，排列多个待测物体12，使得设置在相邻的待测物体12上的多个放射性材料检测设备20的子设备至少能够检测距离最近的其他相邻的待测物体12中的一部分。例如，多个放射性材料的检测设备20中的第一个子设备可被设置在第一个待测物体12上，多个放射性材料的检测设备20中的第二个子设备可被设置在第二个待测物体12上。排列第一个和第二个待测物体12，使得放射性材料的检测设备20中的第一个子设备至少能够检测第二个待测物体12的一部分，反之亦然。优选地，每个待测物体12上至少设置三个放射性材料检测设备20，并使后者朝向待测物体12，使得待测物体中的任意一点到达其中一个放射性材料检测设备20的距离最短。可以预见，多个放射性材料检测系统10能够通过管理监控或控制站实现内部连接，从而能够监控多个场地、区域、建筑物、货仓等。

在一个可能的实施方式中，图1是一个本领域技术人员熟知的常见的集装箱运输船10的船舱的示意图。在集装箱运输船10的船舱内或某些情况下在甲板上存放多个方形集装箱或其它待测物体12，这些集装箱或待测物体12的尺寸通常被预先确定，大约为10×10×40英寸。这些将从一个地方运输到另一个地方的集装箱12，在预先装载了货物后被装载到集装箱运输船10上。通常，这些预先装载了货物的集装箱12在被放置到集装箱运输船10上之前已被密封。通过对集装箱运输船10的船舱尺寸估量，多个集装箱12被并排对齐叠放，从而有效地建立一个能够最大化地利用集装箱运输船10内空间的一个三维集装箱阵列14，实现最高的运输效率。通常，集装箱12采用钢铁或其它坚硬、高强度的材料制造，使其足以承载放置其上的集装箱12并能够有效防止放置于集装箱12内的货物在运输途中或装载/卸载过程中被损坏。一个常见的大型集装箱运输船10在从一个地方到另一个地方的运输中可以容纳上千个集装箱12。如上所述，由于集装箱12的尺寸以及每艘集装箱运输船10上的集装箱数量，在集装箱12从集装箱运输船10卸载的过程中，除非能够对每一个集装箱都进行检测，否则很难充分检测出包括放射性材料在内的违禁品。

本发明提供了一种用于检测放射性材料或核材料存在的方法和系统，该方法和系统能够在从一个地方到另一个地方的运输过程中，检测集装箱运输船10(或其它的运输方式)内的集装箱12中放射性材料或核材料的存在。通常，从装载货物离开码头到进入另一个码头，一艘集装箱运输船10需要航行7天，有时甚至是10天或者更多。例如，西欧到美国的海上运输通常需要9到11天才能到达美国东海岸。本发明就是利用这个相对比较长的运输时间，从而有条理地、彻底地检测集装箱12中放射性材料或核材料的存在，这种检测不会造成集装箱运输船在进出港口时不可接受的延时或拥塞。采用这种检测方法，可以在集装箱运输船10到达或进入港口之前，在海上就采取适当行动。此外，由于在海上就可以检测放射性材料或核材料的存在，集装箱运输船10能够被控制在港口之外，使得放射性材料不能运抵该国，并将集装箱运输船10转移到一个安全的港口做进一步检测。

图2示出了依据本发明中一个优选实施例的传感设备20的功能性示意框图。传感设备20被包裹在机架22内，所述机架优选为密封的并且通常采用坚硬的高强度材料例如聚合物材料制造。优选地，传感器的机架22能够抗损坏并且包含一种能够快速、直观地检测机架22是否被打开或被损坏的机构或能够检测干扰的内部电子设备。机架22适于被固定在集装箱12的内部或外部的预定位置上。可以采用多种该领域技术人员熟知的技术和方法将机架22固定在集装箱12上，这些技术和方法包括使用一个或多个机械固定件，诸如螺钉、螺栓和钳子等，以及使用粘合剂或环氧粘合剂、吸盘、磁吸装置或其他合适的装置和技术。优选地，机架22可以暂时固定在集装箱12的内表面或外表面。因此，放射性材料检测设备20可以是一种便携式单元。但是，机架22被长期固定在集装箱12上也涵盖在本发明的范围和精神之内。优选地，机架22安装在集装箱12上的位置要保证待测机架22不会影响集装箱12的装载或卸载，也不会影响集装箱12在三维阵列14中的叠放。优选地，与集装箱12或其他待测物体相比，机架22比较小。

再次参考图2，机架22包含一些必要的元器件，使得在集装箱运输船10从一个地方到另一个地方的运输时间周期内，机架22能够对放射性材料的存在进行无源检测。在本实施例中，机架22包括一个伽马辐射检测传感器件或传感器24、一个发射器26、一个识别器件或ID标识28、一个控制器30、一个定位器件或标识32以及一个能够为其它元器件提供工作电流的电源34。此外，伽马辐射传感器24是一个完备的无源装置，该装置能够感应由附加传感设备20的集装箱12内部或附近的放射性材料发出的伽马辐射的存在。伽马辐射传感器24采用该领域技术人员熟知的类型并且可以通过几种渠道获得。伽马辐射传感器24根据感应到的伽马辐射成比例地输出一个电子输出信号。该输出信号就是发射器26的输入。在发射到发射器26之前的一个预定周期或授权时间段内，辐射传感器24可以积累该输出信号。适当的信号调节元器件(未示出)可被插入在伽马辐射传感器24和发射器26之间。

辐射传感器24的目的是最大化地提高灵敏度，从而检测放射性违禁品或核材料(可裂变材料)。然而，灵敏的伽马射线检测器也会对某些商用材料中的微量元素自然产生的放射性同位素敏感。钾肥中产生钾40以及泥土中腐烂物中的微量放射物都是商业上可接收的材料的实例，它们会被伽马辐射传感器24检测出来。一些用于商业或工业的可以被货物集装箱合法运输的人造放射性材料也会被检测出来。因此，本系统中伽马辐射传感器24的检测可能会错误地检测出看似非法的可裂变材料。

使这种错误检测的发生率达到最小的一种方法是使用一个与伽马辐射传感器24分离的检测器，该检测器对中子敏感。绝大部分自然产生的放射性元素和人造放射性同位素不会放射中子，但是可裂变材料却会放射出中子。由此，利用伽马辐射传感器24和中子监控器件进行同步监控，就允许可裂变材料和其他放射源之间存在区别。

借助伽马辐射传感器24识别潜在错误检测的另一个方法是同时检测伽马射线的光谱特性。每种放射性同位素放射出的伽马射线都有一个可识别的能量谱特性，通过检测伽马射线的谱特性，可以很容易地识别伽马射线的具体来源材料。检测可以被记载为一个连续谱或更简单地记载为离散能量柜。能够记录特定能量窗内辐射的检测器及其相关电子设备是可以通过商业途径得到的。例如，钾40的能量峰值为1.466兆电子伏，可以很容易的与其它同位素区分开，尤其是具有不同能量峰值的可裂变材料。采用同样的方法也就能区分其它天然产生的和人造的同位素。辐射源和检测器之间的强屏蔽(例如“高Z材料”)的存在将减弱或损失谱线特性，从而减弱谱辨识的有效性。但是，可从商业途径获得的合法商用材料如钾元素，可能均匀分布在货物集装箱内，不会被蓄意屏蔽。因此，仍然有一些辐射会畅通无阻地到达检测器，从而提供一种检测相应能量谱和区分信号特性的方法。人造辐射源有其独特的辐射信号特性，理论上这些特性将在运输货物单中被公布，以便于避免错误检测。

虽然本发明中使用的辐射传感器24非常敏感，但是部分上由于较长的检测时间和高敏感的检测器结构，集装箱12内整体或部分的大量蓄意的屏蔽仍然存在潜在的利害关系。为使这些屏蔽发挥最高效应，屏蔽材料中必须包含伽马和中子衰减成分。伽马衰减材料必须具有高密度和高原子序数，例如铅或其它类似的高密度材料。另一方面，中子衰减材料必须具有低原子量以及大的体积。根据集装箱重量和体积的限制，伽马辐射和中子的屏蔽要求之间的矛盾是不可实现的。为达到重量限制，伽马辐射屏蔽需要的高密度屏蔽材料必须恰好集中在可裂变材料周围，这导致容器12的重力/转动惯量比不成比例地高。从而，通过测量容器12的重力/转动惯量比可以检测出厚重的屏蔽材料。任何具有非正常高的重力/转动惯量比的集装箱12都很可能包含蓄意屏蔽材料，同时也能够被鉴别出来以便进一步分析。因此，在所测转动惯量变化一预定的偏离量时，检测控制器30或主控器件/主控模块46将确定某个特定的待测物体12内使用了强屏蔽材料。为避免因为大量屏蔽而造成的伽马辐射传感器24的灵敏度的下降，本发明包括一个仪器(未示出)，该仪器能够在将集装箱12装载到集装箱运输船之前，于装载港测量各集装箱12的质量，并测量各集装箱12的至少一个优选三个转动惯量。因此，对质量/转动惯量集中度阈值的测量可以被认为是对误检测情况的一种可能的检测。

作为选择，也可以在运输过程中对每个集装箱12进行转动惯量测试，转动惯量测试包括简单地提升集装箱12的一个或多个边沿并测量在给定提升力下的运动和/或加速度，这个测试可以沿着一个或多个坐标轴进行。任何屏蔽材料的密度通过一个简单的算法以及测量数据和集装箱12的总质量来确定。这种计算提供了一个指示，指示出集装箱12的什么样的总质量集中度可以被认为是高密度屏蔽(例如高Z材料等)。因此，在测量的转动惯量变化一预定的偏离量时，检测控制器30或主控器件/主控模块46将确定某个待测物体12内使用了强屏蔽材料。这种技术可以用于测试检测系统中的误检测情况，这种检测系统可以用于船载集装箱、车载集装箱、空载集装箱以及几乎所有船运或非船运环境中，内装材料的具体情况能够被掩藏起来或者无法获知。

通过利用货物运输清单和其它关于内容类型、发货人、目的地、货物的历史记录等资料并结合伽马辐射传感器24及其相关器件，本发明的性能可以被进一步的提高，例如，利用前面讨论过的人造放射源和高密度集中度阈值等信息。将其它资料信息与本发明提供的数据结合，能够增加检测出可裂变材料的几率并且最大化地减小误检测和漏检测几率。因此，本发明包括一些装置，这些装置能够合并来自不同资料的数据，以增加正确的检测并最大化地减少误检测和漏检测。

一个中子检测器或任何其它适用的传感器可以用来代替或附加在伽马辐射传感器24上。如果一个中子检测器和伽马辐射传感器24联合使用，这两种发射类型都会被测量并且为测量信号提供两个单独信道或一个复用信道。此外，伽马辐射传感器24、中子检测器和/或其它传感器都可以进行自我诊断用以周期地确认功能正常，并指示出任何潜在的干扰和/或损坏。如果伽马辐射传感器24、中子检测器和/或其它传感器缺少适当的输出信号则暗示相应的集装箱12值得怀疑。

发射器26接收来自伽马和/或中子辐射传感器24的输出信号，并通过本领域普通技术人员所熟知的方法发射该信号。优选地，发射器26属于射频类型。不过，本领域普通技术人员能够理解，发射器26可以采用其它类型，例如一个红外线或声波发射器。或者，发射器26可以是一种与卫星通讯和/或移动电话结合使用的类型。或者，发射器26可以是一种利用扩频通讯或其它高效商用通讯方式，实现发射到达/来自多个按照一排、一个阵列或一族等排列的发射器26的信息。或者发射器26可以是收发机的一部分，能够发射并接收信号。任何被接收信号将会被发送到控制器30用以执行接收到的命令。发射器26采用的明确类型不应认为是对本发明的限制。优选地，发射器26包括一个天线或其它发射元件的组合，或者，可以使用一个单独的天线(未示出)。

识别器件或ID标识也连接到发射器26用以发射识别信息。优选地，利用识别器件28以及发射器26，能够唯一地识别每个传感器设备20。识别器件28可以采用以下技术的任何一种，这些技术包括使用特殊发射频率和使用数字识别技术等。相应地，识别器件28所采用的这些特殊的技术和方法不应认为是对本发明的限制。

本发明也包括一个定位器件或定位标识32用以标识传感器20的物理位置。此外，为实现定位器件32的定位功能，任何本领域技术人员熟知的常用技术或设备均可被使用。来自定位器件32的位置信息被发射器26发送。或者该位置信息采用条形编码或本领域熟练技术人员认可的其方法输入到接收站(图3)。

控制器30用于控制伽马射线传感器24、接收器26、识别器件28和定位器件32。控制器30可以是一个微处理器、ASIC或任何其它适用的已知控制设备，该设备可以用软件或硬件编程为传感设备20中的其他器件提供必要的控制信号。例如，在一个实施例中，控制器30可以控制发射器26发送识别信息和/或来自伽马辐射传感器24的信息的时间选择。此外，控制器30可以控制其它器件的操作以最大限度地缩短电池寿命。其它的控制机制或控制技术均为本领域技术人员所常见。

优选地，电源34是一个机内电源，能够至少在集装箱运输船10的运输过程中为传感设备20内的其它器件提供足够的能量。优选地，该电源为可再充电类型。当然，也可以选用不可再充电电池。电源34还包括一个必要的电池保护电路和电池再充电电路，其中，电池保护电路包括一个稳压器、短路保护等。虽然在本优选实施例中，电池是主要的能量来源，但是本领域普通技术人员应当理解，其它能量来源如太阳能电池等也可以被采用。本领域普通技术人员也能够认识到外部能源将被周期地提供给传感设备20，使得伽马传感器24感应到的数据能够通过脉冲形式被发射。从而，本领域普通技术人员也能够认识到任何适用的能量来源都可以被采用。

如前所述，机架22包含了传感设备20的各种器件，并适于被固定在集装箱12上。图1示出了一个集装箱，在该集装箱的三个不同侧面固定了三个独立的传感设备20。具体地，第一传感设备20被固定在集装箱12的第一侧面上距离第一端大约1/3处，第二传感设备20被固定在集装箱12的端面，第三传感设备20被固定在集装箱12的顶面上距离第二端大约1/3处。或者，第一和第三传感设备20都被固定在集装箱的同一个侧面。通过三个传感器20的这种定位方式，就可以彻底覆盖集装箱12的内部并能够到达其临近区域。本领域普通技术人员应当能够意识到可以在集装箱12上安装更少或者更多数量的传感设备20，例如每个集装箱12上安装一个传感设备20。此外，单个传感设备可以检测两个或多个集装箱内的核材料的存在。

如前所述，本发明的主要原理包括在运输过程中检测集装箱12内的放射性材料或核材料的存在，从而可以利用这个比较长时间完成检测并阻止任何核材料或放射性材料进入一个国家或港口。为实现这样的效果，需要提供一个接收站40，优选地，接收站40被装置在集装箱运输船10上，不过本领域普通技术人员能够意识到接收站40也可以被装置在其它位置，例如如果需要可以装置在地面基地上。所必需的是接收站40能够直接或间接如卫星连接等接收到来自集装箱运输船10内的每个传感设备20中的发射器26的信号。

正如图3所示，接收站40包括一个接收器42，一个解码器44和一个信息处理系统46。优选地，接收器40与发射器26是相同类型，使得接收器40能够接收每个传感设备20中的发射器26发射的信号。优选地，接收器42包含一个内置天线，或者提供一个分离天线(未示出)。接收器42接收并解调来自每个传感设备20中的发射器26的信号，不过，特别目的的处理器同样可以被使用。随后，已解调的信号被发送到本领域普通技术人员所熟知的解码器44，该解码器44有效的解码接收到的信号，并将它们转换为一种数字格式同时发送到信息处理系统46。在本实施例中，信息处理系统是一台个人计算机，该计算机包括适当的软件可以分析从每个传感器仪器20接收到的信息信号。优选地，信息处理单元46包括一个数据库，该数据库利用每个传感器的识别器件28提供的识别信息来为每个单独的传感仪器20提供线索。接收到的信息建立了一个背景辐射空间。优选地，信息系统46将来自每个传感设备20中的伽马和中子辐射感应元件的信息接收并存储到数据库中。或者，一个指令中心将从每个传感仪器20获得的信息接收并存储到数据库，和/或将该信息用于每个信息系统46。从每个传感仪器20接收到的信息允许信息系统46随着时间对背景或宇宙辐射进行调整以便识别异常或不寻常的数据，这些数据很可能指示了放射性物质的存在。信息处理系统46中的可用软件随时间分析从每个伽马和中子辐射传感器24接收到的信息，用来决定背景辐射和任何能够指示放射性或中子材料存在的异常。通常，整套传感设备20将测量由放射性货物和背景辐射产生的每个传感器所在区域的信号总和。通过对集装箱或待测物体的阵列和相关联的传感器设备20测出的辐射曲线进行平滑拟合，每个传感器位置的背景辐射的水平能够被决定到高的精度，这些测量曲线建立了前面提到的背景辐射空间。在任何检测器或传感设备20上辐射数目对那个位置上的平滑的背景辐射水平的偏离是本地放射性的指示。如果发射性或中子物质的存在被检测到，信息处理系统46给集装箱运输船上的人员发射一个警告信号或者利用一种指示输出或发射器48将警告信号发射到中心设备。指示输出48可以是移动电话、卫星电波、网络连接或其它任何可以用来发射警告信号到期望的位置的适当的设备。信息处理系统46也包括软件，能够利用来自定位器件32的信息分辨集装箱运输船10上特定的位置，在该位置一个传感设备20利用三维的集装箱阵列14检测到放射性物质的存在。通过这种方式，可能含有放射性物质的一个特定的集装箱的识别变得容易了。如果元件26的实施例是一个收发器的话，发射器48也可以有将指令信号发射到安装在集装箱20上的元件26的能力。这样，主控器件/主控模块40可以是一个监控设备或者一个控制设备。本领域普通技术人员可以意识到，虽然本发明描述一个用于检测被运输的集装箱12内放射性材料存在的系统的优选实施例，但是本发明的主旨可以应用到其它环境，例如，同样的基本技术可以用于诸如火车、飞机、汽车等其它交通方式所运输的集装箱内放射性或中子材料的存在。进而，在非集装箱环境如非集装箱散装运输中，仅通过放置感应仪器20到不同位置如储存散装货物以备运输的船舱，同样的技术也能选择用于检测放射性或中子材料的存在。因此，本领域普通技术人员可以理解，本发明的基本概念是最大化地利用搬运时间来检测发射性物质的存在，因而消除了或至少最小化了在到达港口或其他位置时检查单个集装箱或散装货物的需要。优选地，本发明也可以用于非模块化的散装货物，例如，在一艘船上，通过在较大的区域内规则间隔的放置检测仪器20可以实现更大的检测区域，如果队列也有方向性，通过三角测量能够在更大的空间里完成特定点的定位。轮船中的位置确定能够更大的方便检测。每个模块仍可以与以前一样被连接到一个中心中继点。越大的阵列能够补偿阵列定位的越小的规则性，并利用运输时间实现更有效的检测从而实质性地提高检测精度，当响应灵活可用时，在运输过程中检测机构提供检测。

通过对所有的到达和来自检测仪器20和接收站40的通信进行合适的编码，整个系统的传输能够做的更为保密。

在生产过程中，与同位素校准标样相比较，对每个传感器或检测器24针对特定能量谱响应进行校准。校准标样可以被附加或安装到每个传感器或检测器24附近以作为在测量过程中比较的连续参照物。此外，本领域技术人员可以认识到，传感器或检测器24也可以设置为现场校准或标准化。进一步地，每个传感器或检测器24能够配以自动温度校准或补偿特性来操作以取得在很宽的温度范围内一致的性能。

这里描述的放射性材料检测系统10可以与在货物检查系统中使用的其他货物安全系统结合或集成使用，如化学或生物检测器、损坏预防安全系统和信息系统，该检测系统10也能够协同人类传感技术。例如，语音传感器或者麦克风、气味传感器、运动传感器或者其他类型可以检测人类存在的传感器可以包括在传感器机架22内或其他分离的机架内。这样的传感器能够连续的工作或者能够被控制器30或接收站40激活以确认在集装箱12里偷渡者或“看管人”的存在。集装箱12内人的存在的检测连同集装箱12内放射性物质的检测进一步确证了放射性材料检测系统10的成功使用。这样，可以预期，本发明可与通过设置检测类似上述的集装箱12的待测物体12中生物存在的活的生命检测器相结合。

裂变性的或“脏的”中子废弃材料的成功检测是多个变量的函数：分裂强度、物体的屏蔽、周围物质带来的物体的衰减、检测设备的面积和可用的检测时间，以及最后一个变量，检测时间将胜过成功检测中的所有其他变量。

传感设备20也能够与GPS系统结合使用来分辨已经装配了传感设备20的集装箱12、卡车或其他待测物体的位置，此外，传感设备20可以用于指示集装箱的封条被破坏。

当本发明作为一种通信连接系统10被使用时，该系统10也能够执行其它关键或非关键功能，如商业GPS定位、防止运输器件被暗中打开以及简单的逻辑信息轮询检测。通过比较连接数据与运输信息清单数据库，识别目标运输物的各种分类，因此即使在运输过程也能快速检测从而实现合法货物中的目标识别。

本领域技术人员可意识到：在不超出本发明的广义范围的前提下，可对上述的实施例进行改动。因而，可以理解：本发明并不仅限于所公开的这种具体实施形式，其应涵盖在本发明设计思想和范围内的如所附权利要求所限定的所有变型。

Claims (44)

1.一种放射性材料检测设备（20），其包括：

一个发射器（26），其能够发射与信号一致的信息，该发射器使用下列媒介之一发射信息：无线电、红外、光波和微波；

一个辐射传感器（24），其具有一个传感器输出并且具有一个中子辐射感应元件和一个伽马辐射检测传感器件，该辐射传感器（24）设置为在一预定的时段内检测辐射；和

一个控制器（30），其设置为接收来自辐射传感器（24）的传感器输出并将与该传感器输出对应的信号发送到发射器（26）用于发射。

2.如权利要求1所述的放射性材料检测设备（20），其特征在于，还包括：

一个标识符（28），该标识符与控制器（30）和发射器（26）之一电耦合并设置为向发射器（26）发射的信息提供标识数据。

3.如权利要求2所述的放射性材料检测设备（20），其特征在于，该标识符（28）还包括位置数据。

4.如权利要求1所述的放射性材料检测设备（20），其特征在于，还包括：

一个全球定位接收器（32），该全球定位接收器与控制器（30）和发射器（26）之一电耦合并设置为向发射器（26）发射的信息提供位置数据。

5.如权利要求1所述的放射性材料检测设备（20），其特征在于，还包括：

一个可拆开的固定器，其设置为可松脱式地将该放射性材料检测设备（20）附在待测物体（12）上。

6.如权利要求5所述的放射性材料检测设备（20），其特征在于，可拆开的固定器附在待测物体（12）上的方式为磁性吸引、粘合、机械固定和吸附之一。

7.如权利要求1所述的放射性材料检测设备（20），其特征在于，辐射传感器（24）的传感器输出的变化与检测到的辐射量成比例。

8.如权利要求1所述的放射性材料检测设备（20），其特征在于，伽马辐射检测传感器件设置为在该预定的时段内累积总的辐射数。

9.如权利要求1所述的放射性材料检测设备（20），其特征在于，所述的放射性材料检测设备与下述设备形成组合：

设置为测量待测物体（12）的质量和转动惯量的仪器。

10.如权利要求1所述的放射性材料检测设备（20），其特征在于，所述的放射性材料检测设备与下述设备形成组合：

设置为测量待测物体（12）的转动惯量的仪器。

11.如权利要求1所述的放射性材料检测设备（20），其特征在于，所述预定时段由包含该检测设备（20）的船只或车辆（10）的通过时间建立。

12.如权利要求1所述的放射性材料检测设备（20），其特征在于，所述的放射性材料检测设备与下述设备形成组合：

一个活的生命检测器，其设置为可以检测待测物体（12）内的活的生命的存在。

13.如权利要求1所述的放射性材料检测设备（20），其特征在于，所述的放射性材料检测设备与一个主控器件/主控模块（40）形成组合，该主控器件/主控模块（40）包括：

一个接收器（42），其设置为接收由放射性材料检测设备（20）的发射器（26）发射的信息；

一个指示输出装置（48）；和

一个主控制器（46），其与接收器（42）连接并设置为根据收到的信息的状况驱动指示输出装置（48）。

14.如权利要求1所述的放射性材料检测设备（20），其特征在于，与同位素校准标样相比较，在制造时针对特定能谱响应校准了每个传感器。

15.如权利要求1所述的放射性材料检测设备（20），其特征在于，还包括：

一个校准标样，该校准标样附在或布置在每个传感器上或附近，以在测量时作为一个连续的比较参照物。

16.如权利要求1所述的放射性材料检测设备（20），其特征在于，该放射性材料检测设备（20）固定在待测物体之内或之外。

17.一种用于在运输时检测辐射的便携式放射性材料检测设备（20），其特征在于，包括：

一个发射器（26），其能够发射与信号一致的信息，该发射器使用下列媒介之一发射信息：无线电、红外、光波和微波；

一个辐射传感器（24），其具有一个传感器输出并且具有一个中子辐射感应元件和一个伽马辐射检测传感器件,该辐射传感器（24）设置为在一预定的时段内检测辐射；和

一个控制器（30），其设置为接收来自辐射传感器（24）的传感器输出并将与该传感器输出对应的信号发送到发射器（26）用于发射。

18.如权利要求17所述的便携式放射性材料检测设备（20），其特征在于，该设备设置在一个运输容器（12）上。

19.如权利要求17所述的便携式放射性材料检测设备（20），其特征在于，辐射传感器（24）设置为在该预定的时段内无源地检测辐射。

20.如权利要求17所述的便携式放射性材料检测设备（20），其特征在于，辐射传感器（24）设置为与检测到的辐射量成比例地变化传感器的输出。

21.如权利要求17所述的便携式放射性材料检测设备（20），其特征在于，所述预定的时段由包含该检测设备（20）的船只或车辆（10）的通过时间建立。

22.如权利要求17所述的便携式放射性材料检测设备（20），其特征在于，所述的便携式放射性材料检测设备与下述设备形成组合：

一个活的生命的检测器，其设置为可以检测待测物体（12）内的活的生命的存在。

23.一种放射性材料检测系统（10），其包括：

多个放射性材料检测设备（20），每个设备（20）包括：

一个发射器（26），其能够发射与信号一致的信息，该发射器使用下列媒介之一发射信息：无线电、红外、光波和微波；

一个具有传感器输出的辐射传感器（24），该辐射传感器（24）设置为在一预定的时段内检测辐射；

一个检测控制器（30），其设置为接收来自辐射传感器（24）的传感器输出并将与该传感器输出对应的信号发送到发射器（26）用于发射；和

一个标识符（28），该标识符与控制器（30）和发射器（26）之一电耦合并设置为向发射器（26）发射的信息提供标识数据；

和

一个主控器件/主控模块（40），其包括：

一个接收器（42），其设置为接收由多个放射性材料检测设备（20）的每个发射器（26）发射的信息；

一个指示输出装置（48）；

和一个主控制器（46），其与接收器（42）连接并设置为根据收到的信息的状况驱动指示输出装置（48）；

该辐射传感器（24）设置为检测放射性材料或核材料。

24.如权利要求23的放射性材料检测系统（10），其特征在于，多个放射性材料检测设备（20）的第一子设备布置在第一待测物体（12）上。

25.如权利要求24的放射性材料检测系统（10），其特征在于，多个放射性材料检测设备（20）的第二子设备布置在第二待测物体（12）上，排列第一和第二待测物体，以使多个放射性材料检测设备（20）的第一子设备可以检测第二待测物体的至少一部分。

26.如权利要求23的放射性材料检测系统（10），其特征在于，指示输出装置（48）连接在一个远程通讯系统上。

27.如权利要求26的放射性材料检测系统（10），其特征在于，远程通讯系统为下列系统之一：蜂窝系统、无线计算机网络、有线电话系统、有线计算机网络、卫星系统和无线电系统。

28.如权利要求23的放射性材料检测系统（10），其特征在于，多个放射性材料检测设备（20）的多个子设备（14）布置在多个待测物体（12）上，多个待测物体（12）被排列为使得布置在多个待测物体（12）上多个放射性材料检测设备（20）的多个子设备可以检测其它与其最接近的相邻待测物体的至少一部分。

29.如权利要求23的放射性材料检测系统（10），其特征在于，多个放射性材料检测设备（20）中的至少三个布置在一个待测物体（12）上，该至少三个放射性材料检测设备（20）在待测物体（12）上以减小由待测物体（12）内任一点到该至少三个放射性材料检测设备（20）的距离的方式取向。

30.如权利要求23的放射性材料检测系统（10），其特征在于，指示输出装置（48）连接到指示光、发声装置和显示装置之一。

31.如权利要求23的放射性材料检测系统（10），其特征在于，每个辐射传感器（24）与检测到的辐射量成比例地改变各自的传感器输出。

32.如权利要求23的放射性材料检测系统（10），其特征在于，每个辐射传感器（24）包括一个伽马辐射传感器。

33.如权利要求23的放射性材料检测系统（10），其特征在于，每个辐射传感器（24）包括一个中子传感器。

34.如权利要求23的放射性材料检测系统（10），其特征在于，每个辐射传感器（24）包括一个中子传感器和一个伽马辐射传感器。

35.如权利要求23的放射性材料检测系统（10），其特征在于，缺乏来自一个特定放射性材料检测设备（20）的适当输出信号就意味着相应的待测物体（12）有问题。

36.如权利要求23所述的放射性材料检测系统，其特征在于，在多个待测物体的每一个上至少设置有该多个放射性材料检测设备（20）之一。

37.一种使用放射性材料检测设备（20）在待测物体（12）内检测放射性材料的方法，该设备（20）有一个发射器（26）、一个检测控制器（30）和一个辐射传感器（24），该辐射传感器（24）具有一个伽马辐射检测传感器件和一个中子辐射感应元件并设置为在一预定的时段内检测辐射，该方法包括步骤：

将放射性材料检测设备（20）设置在待测物体（12）上；

在该预定的时段感应伽马辐射和中子中的至少一种；和

使用无线电、红外、光波和微波中的一种发射一个与辐射传感器（24）检测到辐射量成比例的信号。

38.如权利要求37的检测放射性材料的方法，其特征在于，还包括步骤：

测量待测物体（12）的质量和转动惯量，以确定待测物体（12）是否包含屏蔽材料。

39.如权利要求38的检测放射性材料的方法，其特征在于，当测量的转动惯量变化一预定偏离量时，检测控制器（30）确定在待测物体（12）内使用了重质屏蔽材料。

40.如权利要求37的检测放射性材料的方法，其特征在于，感应步骤在该预定的时段感应伽马辐射和中子。

41.如权利要求37的检测放射性材料的方法，其特征在于，所述辐射量为强度值。

42.如权利要求37的检测放射性材料的方法，其特征在于，所述辐射量为在整个预定的时段感应的累积总量。

43.如权利要求37所述的检测放射性材料的方法，进一步包括以下步骤：

根据背景或宇宙辐射进行调整，以便于识别可能表明核放射性材料存在的异常或不寻常的数据。

44.一种放射性材料检测系统，其包括：

设置为测量货物容器的质量和转动惯量的仪器；和

一个传感设备，该传感设备设置在货物容器之内或之上且包括：

一个发射器（26），其能够发射与信号一致的信息，该发射器使用下列媒介之一发射信息：无线电、红外、光波和微波；

一个具有传感器输出的辐射传感器（24），该辐射传感器（24）设置为在一预定的时段内检测辐射；

一个控制器（30），其设置为接收来自辐射传感器（24）的传感器输出并将与该传感器输出对应的信号发送到发射器（26）用于发射。

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