Um novo algoritmo pode permitir mais rápido, detecção menos dispendiosa de materiais nucleares para armas nas fronteiras, diferenciando rapidamente entre assinaturas de radiação benigna e ilícita na mesma carga.

O desenvolvimento é uma colaboração entre pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, a Universidade de Michigan, Laboratório Nacional de Los Alamos, Heriot-Watt University (Edimburgo, REINO UNIDO), e a Universidade de Edimburgo.

"Esperamos que as descobertas sejam úteis para reduzir os alarmes falsos positivos nos monitores do portal de radiação, mesmo em cenários com múltiplas fontes presentes, e permitir o uso de detectores econômicos, como cintiladores orgânicos, "disse Angela DiFulvio, um professor assistente de nuclear, plasma e engenharia radiológica da Universidade de Illinois e autor correspondente do estudo publicado recentemente em Nature Scientific Reports .

DiFulvio também é um ex-pesquisador de pós-doutorado no Grupo de Detecção de Não Proliferação Nuclear da U-M, liderado por Sara Pozzi, professor de engenharia nuclear e ciências radiológicas.

As nações precisam proteger seus cidadãos da ameaça do terrorismo nuclear. A segurança nuclear impede e detecta o contrabando de materiais nucleares especiais - urânio altamente enriquecido, plutônio para armas, ou materiais que produzem muita radiação - além das fronteiras nacionais.

Os pesquisadores desenvolveram um algoritmo capaz de identificar sinais de radiação fracos, tal como pode ser visto em materiais revestidos de plutônio que absorvem radiação. Ele funciona mesmo na presença de um fundo de alta radiação, incluindo fontes cotidianas, como raios cósmicos do espaço e rádon da rocha sob os pés.

Com base em seus resultados, eles acreditam que o uso de seu algoritmo pode melhorar a capacidade dos monitores do portal de radiação nas fronteiras nacionais de dizer a diferença entre a atividade potencial de contrabando e as fontes de radiação benignas. Por exemplo, materiais radioativos de ocorrência natural, como cerâmica e fertilizantes, ou radionuclídeos em pacientes de medicina nuclear tratados recentemente, pode disparar alarmes "incômodos" em instalações de varredura de radiação.

"Também existe a preocupação de que alguém possa querer mascarar uma fonte radioativa, ou material nuclear especial, usando materiais radioativos de ocorrência natural, como granito ou areia para gatos, "disse Pozzi, que também é o autor sênior do artigo.

"Conforme os veículos ou caixas são digitalizados, os dados do detector podem ser colocados por meio desses algoritmos que descompõem as diferentes fontes. Os algoritmos podem identificar rapidamente se materiais nucleares especiais estão presentes, " ela adicionou.

Desmisturar as fontes para que a atividade de contrabando não possa ser escondida entre as fontes de radiação benigna é difícil de fazer rapidamente. Por isso, a equipe recorreu a especialistas em aprendizado de máquina, que poderia usar dados coletados pelo grupo de Pozzi para "treinar" algoritmos para procurar as assinaturas de materiais que poderiam ser usados ​​para fazer uma bomba nuclear.

"Elaboramos um modelo sem mistura que reflete a física básica do problema e também é passível de computação rápida, "disse o co-autor Alfred Hero, o Distinguished University Professor de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação John H. Holland e R. Jamison e Betty Williams Professor de Engenharia U-M.

Esta pesquisa começou na U-M como parte do Consórcio para Tecnologia de Verificação, um programa de pesquisa de não proliferação nuclear de $ 25 milhões de 5 anos financiado pela Administração de Segurança Nacional Nuclear dos EUA, liderado por Pozzi. DiFulvio continuou o trabalho quando se mudou para a UIUC em 2018.

"Este trabalho é um exemplo poderoso do benefício da colaboração próxima e sustentada entre cientistas de dados computacionais e engenheiros nucleares, resultando em grande melhoria na detecção e identificação de radiação nuclear, "Herói disse.

O artigo é intitulado, "Expectativa de propagação para identificação de radionuclídeo fraco em monitores de portal de radiação, "e é publicado na revista Relatórios Científicos .