Разработка является результатом сотрудничества исследователей из Мичиганского университета, Университета Иллинойса, Национальной лаборатории Лос-Аламоса, Университета Хериот-Ватт (Эдинбург, Шотландия) и Эдинбургского университета.
«Мы надеемся, что полученные данные помогут снизить количество ложных срабатываний тревожных сигналов на мониторах портала излучения, даже в сценариях с множественными источниками, и позволят использовать экономичные детекторы, такие как органические сцинтилляторы», – сказала Анджела ДиФульвио, доцент из ядерной, плазменной и радиологической инженерии в Университете Иллинойса и автор-корреспондент исследования, недавно опубликованного в Scientific Reports.
ДиФульвио также является бывшим научным сотрудником группы по обнаружению ядерного нераспространения в U-M, возглавляемой Сарой Поцци, профессором ядерной инженерии и радиологии.
Странам необходимо защищать своих граждан от угрозы ядерного терроризма.
Физическая ядерная безопасность предотвращает и выявляет контрабанду специальных ядерных материалов – высокообогащенного урана, оружейного плутония или материалов, которые производят много радиации, – через национальные границы.
Исследователи разработали алгоритм, способный определять слабые радиационные сигналы, которые можно увидеть, например, от материалов в плутониевых оболочках, которые поглощают радиацию. Он работает даже при наличии высокого радиационного фона, включая повседневные источники, такие как космические лучи из космоса и радон из скал под ногами.
Основываясь на своих результатах, они считают, что использование их алгоритма может улучшить способность мониторов радиационных порталов на национальных границах определять разницу между потенциальной контрабандой и доброкачественными источниками излучения.
Например, встречающиеся в природе радиоактивные материалы, такие как керамика и удобрения, или радионуклиды у недавно пролеченных пациентов ядерной медицины, могут вызывать «мешающие» сигналы тревоги на объектах радиационного сканирования.
«Есть также опасения, что кто-то может захотеть замаскировать радиоактивный источник или специальный ядерный материал, используя радиоактивные материалы природного происхождения, такие как гранит или наполнитель для кошачьего туалета», – сказал Поцци, который также является старшим автором статьи.
"По мере сканирования транспортных средств или ящиков данные с детектора могут обрабатываться с помощью этих алгоритмов, которые устраняют смешивание различных источников. Алгоритмы могут быстро определить наличие специальных ядерных материалов."
Трудно быстро выполнить устранение смешения источников, чтобы незаконная деятельность не могла быть скрыта среди доброкачественных источников излучения. Для этого команда обратилась к специалистам по машинному обучению, которые могли использовать данные, собранные группой Поцци, для «обучения» алгоритмов поиску сигнатур материалов, которые могут быть использованы для создания ядерной бомбы.
«Мы создали модель несмешивания, которая одновременно отражает основную физику проблемы, а также поддается быстрым вычислениям», – сказал соавтор Альфред Хиро, Джон Х. Заслуженный профессор Голландского университета электротехники и компьютерных наук, а также доктор юридических наук. Джеймисон и Бетти Уильямс, профессор инженерии в Университете штата Мичиган.
Это исследование началось в U-M как часть Consortium for Verification Technology, пятилетней программы исследований ядерного нераспространения стоимостью 25 миллионов долларов, финансируемой Соединенным Королевством.S. Управление национальной ядерной безопасности, возглавляемое Поцци. ДиФульвио продолжила работу, когда переехала в Иллинойс в 2018 году.
«Эта работа является ярким примером преимуществ тесного и устойчивого сотрудничества между учеными, занимающимися вычислительными данными, и инженерами-ядерщиками, что привело к значительному улучшению обнаружения и идентификации ядерного излучения», – сказал Хиро.