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DARPA正寻找可调谐伽马射线技术
2019-06-24

x射线和伽马射线有非常广泛的应用,包括扫描可疑海运集装箱,审查非法材料,对材料和工艺进行工业检查,开展医疗诊断和治疗程序等。但是,当前技术应用还不太理想,x射线产生的连续能量限制了其在检查和诊断方面的性能,而伽马射线只能在给定放射性同位素特有的能量下产生。

6月14日,DARPA宣布了伽玛射线检测技术(GRIT)计划。GRIT计划正寻求新方法,即以紧凑的、可移动的形式实现高强度、可调窄带宽的伽马射线辐射源,从而广泛实现国家安全及工业、医疗领域的应用。DARPA将于2019年7月8日举行网络研讨会介绍该计划的目标。

DARPA国防科学办公室项目经理马克·罗贝尔表示:“DARPA正在GRIT中尝试改变X射线和伽马射线的使用,目前的伽马射线如钴-60或铯-137,来源还不是很灵活,获取这些来源需要特殊许可并且只能以特定的能量发射伽马射线。DARPA想要的是那种可以根据需要的应用(包括更有效地检测非法货物以及提供更多信息的医疗X射线等)进行调整的高能量光子源。”

GRIT旨在提供从几十keV(千电子伏特)到超过十MeV(兆电子伏特)的可调节的纯x射线和伽马射线源。目前,可调窄带宽伽马射线源仅存在于最适合基础研究的高度专业化的用户设施中,并且不能支持广泛的实际应用。将这些光子源压缩到可移动系统是GRIT计划的主要目标和挑战。

GRIT技术可以实现一系列新的检查和诊断方案。例如, GRIT可以在医学和工业放射线中揭示特定的元素和物质含量,例如骨骼中的钙或货物中的特定金属,相比之下,典型的X射线仅能显示被检查物体的密度差异——无论是机场的行李还是医院里的患者。若该计划成功,则可以调整GRIT X射线源以检测和量化特定元素的浓度,例如给定骨X射线中的钙含量,使放射科医师能够真实看到骨成分。

将10伏特的能量调整至超过100千伏特,就可以在微米尺度上表征新材料和新工艺可能感兴趣的特定元素。这些技术将与国防应用相关,包括对新型可添加材料和合金元素的无损检测。在MeV能级范围内,伽马射线光子具有足够的能量与原子核相互作用。虽然x射线是通过与原子壳相互作用来生效的,但GRIT能够刺激原子核产生一种叫做核共振荧光的效应,这相当于是一种“指纹”,是元素周期表上每个同位素所特有的。

项目经理马克·罗贝尔表示:“通过GRIT,就可以通过微调光子能量来探测感兴趣的特定同位素,从而将背景噪音降到最低并利用核共振荧光现象。这些同位素可能是人们感兴趣的稀土元素或特殊的核材料。能够明确地指出特定物体中有高浓缩铀并且可以确定铀含量,这将是我们目前的一个重大飞跃。”

DARPA正在寻求GRIT计划相关的一系列技术方面的专业知识,包括先进的加速器技术、高能激光系统、新型控制系统以及新的X射线和伽马射线探测器技术。

GRIT专注于用于检测的新型紧凑型光子源完善了DARPA的ICONS计划,后者正在开发紧凑型中子源。这两种技术可以协同工作,产生非常强大的检测能力。

(中国电科发展战略研究中心 秦浩)

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