Ядерный MASINT является одной из шести основных поддисциплин, общепринятых для формирования Measurement and Signature Intelligence (MASINT), которая охватывает измерение и характеристику информации, полученной из ядерного излучения и других физических явлений, связанных с ядерным оружием, реакторами, процессами, материалами, устройствами и установками. Ядерный мониторинг может осуществляться удаленно или во время инспекций на месте ядерных установок. Использование данных приводит к характеристике ядерного оружия, реакторов и материалов. Ряд систем обнаруживают и контролируют мир на предмет ядерных взрывов, а также производства ядерных материалов. [1]
Согласно Министерству обороны США , MASINT — это технически полученная разведывательная информация (исключая традиционную визуальную разведку IMINT и сигнальную разведку SIGINT ), которая — при сборе, обработке и анализе специализированными системами MASINT — приводит к разведданным, которые обнаруживают, отслеживают, идентифицируют или описывают сигнатуры (отличительные характеристики) фиксированных или динамических целевых источников. MASINT была признана официальной дисциплиной разведки в 1986 году. [2] Материальная разведка является одной из основных дисциплин MASINT (FM2-0Ch9) .
Как и большинство поддисциплин MASINT, ядерная MASINT пересекается с другими. Радиационная разведка в рамках ядерной MASINT представляет собой территориальную операцию или измеряет воздействие на конкретных людей или предметы. Анализ ядерных испытаний , с другой стороны, фокусируется на полевом или референтном лабораторном анализе образцов из проб воздуха, загрязненных участков и т. д.
Как и во многих других областях MASINT, конкретные методы могут пересекаться с шестью основными концептуальными дисциплинами MASINT, определенными Центром исследований и разработок MASINT, который делит MASINT на электрооптические, ядерные, геофизические, радиолокационные, материаловедческие и радиочастотные дисциплины. [3]
В частности, существует узкая грань между ядерным MASINT и методами ядерного анализа в материалах MASINT. Основное различие заключается в том, что ядерный MASINT имеет дело с характеристиками ядерных событий в реальном времени, таких как ядерные взрывы, радиоактивные облака от аварий или терроризма и другие типы радиационных событий. Однако аналитик материалов MASINT, рассматривающий то же явление, будет иметь более микроуровневое представление, выполняя такие вещи, как анализ частиц осадков из проб воздуха, загрязнения почвы или радиоактивных газов, выбрасываемых в атмосферу.
Некоторые ядерные методы MASINT помещены в эту поддисциплину довольно произвольно. Например, измерение яркости и непрозрачности облака от ядерного взрыва обычно считается ядерным MASINT, но методы, используемые для измерения этих параметров, являются электрооптическими. Произвольное различие здесь считает ядерный MASINT более конкретным описанием, чем электрооптический MASINT.
В ядерной войне, после аварий с ядерным оружием и в условиях современной угрозы радиологической войны с применением «грязной бомбы» измерение интенсивности высокоинтенсивного ионизирующего излучения и совокупной дозы, полученной персоналом, является критически важной информацией по безопасности.[3]
Функция обследования измеряет тип активного ионизирующего излучения, присутствующего в: [4]
Хотя излучатели альфа-частиц, такие как из обедненного урана (DU) (т. е. урана 238), не представляют опасности на расстоянии, измерения альфа-частиц необходимы для безопасного обращения с пылью от снарядов или поврежденными транспортными средствами с броней из DU.
Основным прибором для полевых исследований, способным обнаруживать альфа-частицы, является сцинтиллятор , например, AN/PDR-77, который «должен принимать максимум восемь различных зондов. Каждый зонд автоматически распознается и имеет уникальную калибровочную информацию, хранящуюся в энергонезависимой памяти. AN/PDR-77 поставляется с тремя зондами. Альфа-зонд цинк-сульфид (ZnS) площадью 100 см2, бета- и/или гамма-зонд с двумя трубками Гейгера и 5-дюймовый рентгеновский зонд с низкой энергией на основе йодида натрия (NaI), способный измерять и определять уровни поверхностного загрязнения плутонием и америцием (Am)-241 в мкКи/м2. Доступен комплект принадлежностей, который содержит зонд GM pancake и зонд NaI micro-R размером 1” x 1,5”. Различные съемные экраны позволяют альфа- и бета-частицам достигать датчика».
Для исследования трития используются специализированные приборы. Уровни трития измеряются с помощью AN/PDR-73 или -74. Доступен широкий ассортимент ионизационных камер, пленочных значков и термолюминесцентных персональных дозиметров.
«Полевое обследование урана лучше всего проводить путем измерения рентгеновского излучения в диапазоне от 60 до 80 кэВ, испускаемого изотопами урана и дочерними продуктами. Для плутония наилучшим методом является обнаружение сопутствующего загрязнителя Am-241, который испускает сильное гамма-излучение с энергией 60 кэВ. Зная исходный анализ и возраст оружия, можно точно рассчитать соотношение плутония к америцию и, таким образом, определить общее загрязнение плутонием. (DoD3150.8-M и стр. 221) «Многие факторы, которые невозможно контролировать в полевых условиях, можно контролировать в мобильной лаборатории, которую можно доставить на место аварии. Обычно возможности включают гамма-спектроскопию, низкий фоновый подсчет для очень тонких образцов, излучающих альфа- и бета-частицы, и жидкостные сцинтилляционные счетчики для крайне низкоэнергетических бета-излучателей, таких как тритий.
Директива DoD четко определяет различие, что обнаружение сложнее, чем измерение, и последнее необходимо для MASINT. "P5.2.2.1. Ядерное излучение нелегко обнаружить. Обнаружение излучения всегда является многоступенчатым, весьма косвенным процессом. Например, в сцинтилляционном детекторе падающее излучение возбуждает флуоресцентный материал, который девозбуждается, испуская фотоны света. Свет фокусируется на фотокатоде фотоумножительной трубки, которая запускает электронную лавину. Электронный ливень производит электрический импульс, который активирует счетчик, считываемый оператором. Неудивительно, что количественное соотношение между количеством фактически испущенного излучения и показанием счетчика является сложной функцией многих факторов. Поскольку эти факторы можно хорошо контролировать только в лаборатории, только в лабораторных условиях можно проводить истинные измерения". Это может быть полевая лаборатория.
Детекторы на основе полупроводников, особенно сверхчистого германия, имеют лучшее собственное энергетическое разрешение, чем сцинтилляторы, и предпочтительны там, где это возможно, для гамма-спектрометрии. В случае нейтронных детекторов высокая эффективность достигается за счет использования сцинтилляционных материалов, богатых водородом, которые эффективно рассеивают нейтроны. Жидкостные сцинтилляционные счетчики являются эффективным и практичным средством количественной оценки бета-излучения
Некоторые аварии реакторов оставили чрезвычайно высокие уровни, такие как в Чернобыле или Айдахо SL-1 . В случае с Чернобылем многие храбрые спасатели и специалисты по ликвидации последствий, некоторые сознательно, а некоторые нет, обрекли себя на гибель. Очень тщательная очистка SL-1 в отдаленном районе, где защитная оболочка сохранила свою целостность, свела опасности к минимуму.
После этих и других инцидентов технологии дистанционно управляемых или автономных транспортных средств усовершенствовались.
Значительная часть энергии, вырабатываемой ядерным реактором, теряется в виде чрезвычайно проникающих антинейтрино , сигнатура которых раскрывает тип реакций внутри. Таким образом, изучаются детекторы антинейтрино для их обнаружения и мониторинга на расстоянии. [5] Первоначально сдерживаемый отсутствием спектральных данных, в начале 2000-х годов с повышенным разрешением процесс был продемонстрирован в Канаде и предлагается как возможно полезный для удаленного мониторинга предлагаемых реакторов в рамках иранской ядерной энергетической программы. [6] [7] [8] [9] Многонациональный эксперимент по нейтрино на реакторе Daya Bay в Китае в настоящее время (по состоянию на 2016 год) является важнейшим в мире исследовательским центром в этой области.
В 1959 году США начали экспериментировать с космическими ядерными датчиками, начав со спутников VELA HOTEL . Первоначально они предназначались для обнаружения ядерных взрывов в космосе с использованием рентгеновских, нейтронных и гамма-детекторов. Усовершенствованные спутники VELA добавили электрооптические устройства MASINT, называемые бхангметрами , которые могли обнаруживать ядерные испытания на Земле, обнаруживая характерную сигнатуру ядерных взрывов: двойную световую вспышку с интервалом в миллисекунды. Используя радиочастотные датчики MASINT, спутники также могли обнаруживать сигнатуры электромагнитных импульсов (ЭМИ) от событий на Земле.
На смену ранним спутникам VELA пришло несколько более совершенных спутников, и эта функция существует сегодня как Интегрированная оперативная система обнаружения ядерного оружия (IONDS) в качестве дополнительной функции на спутниках NAVSTAR, используемых для получения навигационной информации GPS .
Помимо непосредственного биологического воздействия, ионизирующее излучение оказывает структурное воздействие на материалы.
Хотя ядерные реакторы обычно находятся в прочных корпусах, не сразу поняли, что долгосрочная нейтронная бомбардировка может сделать сталь хрупкой. Например, когда бывшие советские реакторы подводных лодок не проходят полное техническое обслуживание или вывод из эксплуатации, возникает кумулятивная опасность того, что сталь в защитной оболочке или трубопроводы, которые могут достичь активной зоны, могут потерять прочность и сломаться. Понимание этих эффектов как функции типа и плотности излучения может помочь предсказать, когда плохо обслуживаемые ядерные объекты могут стать на порядки более опасными. [10] «Во время работы на мощности легководных водоохлаждаемых ядерных энергетических реакторов радиационное охрупчивание ухудшает определенные механические свойства, важные для поддержания структурной целостности корпуса реактора (КРР). В частности, радиационное охрупчивание стали КРР, вызванное быстрыми нейтронами (E > 1 МэВ), может привести к нарушению целостности корпуса в экстремальных условиях температуры и давления за счет снижения вязкости разрушения стали. Это так называемое быстронейтронное охрупчивание является сложной функцией многих факторов, включая флюенс нейтронов, спектр энергии нейтронов и химический состав стали. Могут также играть роль дополнительные факторы, такие как скорость флюенса нейтронов, влияние которых не было полностью изучено. Из-за очевидных последствий для безопасности, вызванных потенциальным нарушением целостности корпуса реактора, Комиссия по ядерному регулированию США (US NRC) выпустила требования, призванные помочь обеспечить сохранение структурной целостности корпуса реактора». (CIRMS-4, стр. 76) . Однако требования этой цели предполагают, что реактор был построен с учетом строгих факторов безопасности.
Ионизирующее излучение может разрушить или сбросить полупроводники. Однако есть разница в повреждениях, наносимых ионизирующим излучением и электромагнитным импульсом . Электромагнитный импульс (ЭМИ) MASINT — это дисциплина, которая является дополнительной к ядерному MASINT.