Matriisi-ilmaisin taktisen ydinaseen ja muiden radioaktiivisten aineiden havainnointiin
Ihantola, Sakari; Toivonen, Harri; Peräjärvi, Kari (2024-04-16)
Ihantola, Sakari
Toivonen, Harri
Peräjärvi, Kari
Toimittaja:
Ihantola, Sakari
Puolustusministeriö
16.04.2024
Julkaisusarja:
Maanpuolustuksen tieteellisen neuvottelukunnan julkaisuja 2024:6This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-663-202-8Tiivistelmä
Kyky havaita ydinaineita ja muita radioaktiivisia aineita on tärkeä osa kansallista turvallisuutta. Tehokkaan havaitsemisen mahdollistavalla ilmaisimella tulee olla erittäin hyvä efektiivisyys lähteen tuottamalle neutroni- ja gammasäteilylle, jolloin säteilevä kohde voidaan havaita kaukaa. Samalla ilmaisinjärjestelmän tulee kyetä paikantamaan lähde automaattisesti. Nopea paikantaminen on ensiarvoisen tärkeää tilanteen hahmottamiseksi ja sen hallintaan saamiseksi.
Tutkimuksessa osoitettiin, että tehokas, suuntaherkkä säteilyilmaisin voidaan rakentaa kustannustehokkaasti matriisiperiaatteella NaI(Tl)-tuikeilmaisimista. Matriisi-ilmaisimen toiminta demonstroitiin rakentamalla pienikokoinen neljään ilmaisinelementtiin perustuva säteilyilmaisinprototyyppi ja sille ohjelmisto, joka analysoi automaattisesti säteilylähteen tyypin ja suunnan. Prototyyppi kykeni määrittämään gammasäteilylähteiden suunnan alle 5° tarkkuudella ja fissioneutronilähteen suunnan noin 15° tarkkuudella. Simulaatioiden avulla selvitettiin, kuinka ilmaisimen herkkyyttä saadaan parannettua kasvattamalla ilmaisinelementtien kokoa.
Simulaatiotulosten perusteella 1 000 000 neutronia sekunnissa lähettävä taktinen ydinase voidaan havaita 100 m päästä neljästä NaI(Tl)-tuikemateriaalista valmistetusta ilmaisinelementistä koostuvalla ilmaisimella, jonka ilmaisinelementtien kokonaismassa on 60 kg. Tällaisella ilmaisimella ydinase voidaan havaita noin viidessä minuutissa. Jos taktinen ydinase lähettää 200 000 neutronia sekunnissa, kasvaa havaitsemiseen tarvittava aika kahteen tuntiin.
Tutkimuksessa osoitettiin, että tehokas, suuntaherkkä säteilyilmaisin voidaan rakentaa kustannustehokkaasti matriisiperiaatteella NaI(Tl)-tuikeilmaisimista. Matriisi-ilmaisimen toiminta demonstroitiin rakentamalla pienikokoinen neljään ilmaisinelementtiin perustuva säteilyilmaisinprototyyppi ja sille ohjelmisto, joka analysoi automaattisesti säteilylähteen tyypin ja suunnan. Prototyyppi kykeni määrittämään gammasäteilylähteiden suunnan alle 5° tarkkuudella ja fissioneutronilähteen suunnan noin 15° tarkkuudella. Simulaatioiden avulla selvitettiin, kuinka ilmaisimen herkkyyttä saadaan parannettua kasvattamalla ilmaisinelementtien kokoa.
Simulaatiotulosten perusteella 1 000 000 neutronia sekunnissa lähettävä taktinen ydinase voidaan havaita 100 m päästä neljästä NaI(Tl)-tuikemateriaalista valmistetusta ilmaisinelementistä koostuvalla ilmaisimella, jonka ilmaisinelementtien kokonaismassa on 60 kg. Tällaisella ilmaisimella ydinase voidaan havaita noin viidessä minuutissa. Jos taktinen ydinase lähettää 200 000 neutronia sekunnissa, kasvaa havaitsemiseen tarvittava aika kahteen tuntiin.
Kuvaus
Tämä julkaisu on toteutettu osana Maanpuolustuksen tieteellisen neuvottelukunnan (MATINEn) tutkimusrahoituksen toimeenpanoa. (www.defmin.fi/matine) Julkaisun sisällöstä vastaavat tiedon tuottajat, eikä tekstisisältö välttämättä edusta puolustusministeriön näkemystä.