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這是邊境管制人員的噩夢：恐怖分子將鈾或鈽偷偷運過海港進入城市中心，並用它引爆髒彈或核武器。
在4月13日於馬里蘭州巴爾的摩舉行的美國物理學會會議上，物理學家將展示一項關於貨物篩查技術的研究，該技術可以挫敗此類陰謀。研究人員表示，一種採用此方法的裝置，可以用精確調諧的γ射線掃描集裝箱，將比當前的技術更安全、更有效。該裝置可以高數米並且是固定的，也可以是較小的行動式裝置。
儘管產生這些γ射線的核反應早在20世紀50年代就已得到證明，但數十年來，沒有人測試其在核檢查中的應用，新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的物理學家理查德·謝菲爾德（Richard Sheffield）說，他沒有參與最新的工作。謝菲爾德計算得出，該方法可以將檢測核材料所需的輻射減少十倍以上，並稱這項工作是“一項重大進展”。
草垛中的鐵砧
在2001年9月11日的恐怖襲擊事件發生後，各國政府對篩查貨物中核材料的興趣急劇增加。目前，美國國土安全部（DHS）使用被動輻射探測器來掃描透過陸地和海洋進入該國的所有集裝箱；英國和其他地方也使用了類似的系統。但是，被動探測器容易產生由良性但略帶放射性的材料（如貓砂和石器）引起的誤報。更麻煩的是，恐怖分子可以遮蔽諸如鈾之類的材料，以使被動系統無法檢測到它。
在過去的幾十年中，主動篩查技術已經問世。這些裝置使用高能γ輻射（類似於醫用X射線）生成集裝箱的影像。目前在美國和英國使用的技術是透過一種稱為“軔致輻射”的過程產生這種輻射，在該過程中，減速的帶電粒子會以一定能量範圍發射γ射線。γ射線穿過貨物，並撞擊另一側的探測器，從而生成影像。
這些影像可以提醒檢查人員注意隱藏在較輕貨物中的緻密材料——例如，小麥貨物中的一塊鈾。但是它們無法區分金屬和其他緻密材料，因此遮蔽核材料並不那麼困難。“如果你把核武器扔到廢金屬或一些隨機的貨物中，它看起來不會像任何東西，”馬薩諸塞州劍橋市麻省理工學院（MIT）的物理學家阿雷格·達納古利安（Areg Danagoulian）說，他領導了最新的研究。
在更高的強度下，基於軔致輻射的裝置可以提供有關貨物內部材料原子序數的資訊，從而有可能區分鈾和其他金屬（如鐵）。但是，要達到這種精度的水平，需要比成像更強大的輻射，並且有向集裝箱中的偷渡者或港口工人輸送危險劑量輻射的風險。
減少能量
為了在不犧牲識別特定元素能力的情況下減少輻射，達納古利安和他的同事使用了麻省理工學院位於馬薩諸塞州米德爾頓的貝茨直線加速器中心的粒子加速器，來研究氘（氫的同位素）和硼之間的核反應。該反應透過釋放兩個特定能量（4.4和15.1兆電子伏特或MeV）的γ輻射來減少輻射。相比之下，軔致輻射會在很寬的能量範圍內釋放輻射。
原子序數較高的元素吸收的15.1-MeV光子明顯多於原子序數較低的元素。透過比較撞擊探測器的15.1-MeV光子計數與4.4-MeV光子計數，達納古利安和他的同事迄今為止可以區分鐵、錫、鎢和鉛。儘管他們尚未專門測試鈾，但達納古利安說，由於該元素的原子序數高於這些金屬，因此應該更容易檢測到。研究人員計劃今年晚些時候在貧鈾上測試他們的裝置。
達納古利安補充說，該技術還可以提供另一種檢測核材料的方法。當15.1-MeV光子撞擊鈾時，它們會觸發受控的核裂變反應並釋放中子，檢查人員可以檢測到這些中子。達納古利安強調，該過程不會有引發鏈式反應的風險。
但他補充說，在部署他的團隊的技術之前，還需要更先進的粒子加速器和探測器。加速器需要產生比目前更多的能量為4.4 MeV和15.1 MeV的光子束，並且探測器需要更快地處理這些光子。
一位來自國土安全部國核心檢測辦公室的官員表示，儘管達納古利安的工作仍處於早期階段，但似乎很有希望。“我們認為，與目前的系統相比，該技術具有提供卓越效能的潛力，同時使用的輻射要少得多。”
但是，這位不願透露姓名的官員指出，一個實用的系統將需要比研究人員目前使用的加速器更小的加速器。它還需要在集裝箱上進行測試，並滿足與運營成本和複雜性相關的各種標準。他說，國土安全部或其他機構可能會支援這種開發；一個實用的裝置可能還需要十年時間。
本文經許可轉載，並於2015年4月11日首次發表。