Theoretical and experimental support of the RASE* program to optimize border monitoring equipment for illicit trafficking prevention

Abstract

Wir leben heute in einer Welt ständig wachsender Industrialisierung, deren steigender Energiebedarf ein Zeitalter der nuklearen Renaissance eingeläutet hat. In Kombination mit dem Aufstieg global vernetzter, hoch organisierter terroristischer Organisationen ist es leicht einzusehen daß die Bekämpfung von Schmuggel und illegalem Handel von radioaktiven und nuklearen Materialien wichtiger denn je ist.<br />Die IAEA ist dafür verantwortlich Ihren Mitgliedstaaten Ressourcen und Know-how zur Verfügung zu stellen um ihnen den Aufbau eines wirksamen Programmes zur Unterbindung solcher Handlungen zu ermöglichen. Daher hat die IAEA ein begründetes Interesse daran die Entwicklung von RID's [Radionuklid Identification Device] voranzutreiben, da diese die letzte Barriere zwischen der Bevölkerung und nuklearem Terrorismus darstellen.<br />Eine Grundvoraussetzung für die Verbesserung von RID's ist jedoch die Beurteilung ihrer Leistungscharakteristik. Eine RID kann in einigen Situationen eine gute Leistung zeigen, dafür aber in Anderen vollständig versagen. Außerdem ist es ein bekanntes Problem daß der Versuch der Verbesserung gewisser Eigenschaften oft Einbußen in anderen Bereichen zufolge hat. Ein RID kann so vielen verschieden Szenarien gegenüberstehen daß die Erfassung aller Problembereiche, speziell wenn mehrere Nuklide kombiniert werden, auf herkömmlichem Weg schlichtweg unmöglich ist.<br />RASE - Replicative Assessment of Spectrometric Equipment ist ein automatisiertes Programm das realistische Spektren produziert die nötig sind um die Problembereiche eines RID's auszumachen. Der inventive Aspekt an RASE ist jedoch der semi-empirische Zugang. Die Gammaspektren, welche später in den Algorithmus der RID`s gespeist werden, werden nicht volkommen künstlich erzeugt. Sie bestehen aus mathematisch an die Szenarios angepaßten Base Spektren die tatsächlich mit dem betreffenden Gerät aufgenommen wurden. Das macht RASE realistischer als andere Programme und ermöglicht es trotzdem millionen von Spektren beliebiger Zusammensetzung zu erzeugen und in einer speziell entwickelten Datenbank zu analysieren.<br />Das Ziel von RASE ist sich selbst als Standard zu etablieren, um schließlich eigenständig von den Herstellern benutzt zu werden um ihre Geräte zu verbessern. Schon der erste Anlauf von RASE, den diese Diplomarbeit begleitet, hat wertvolle Einblicke ergeben und schlägt eine radikale Neubewertung des Umgangs mit dem Confidence Index [CI] vor.<br />

Facing the challenges of a world with steadily growing industrialization, that is turning towards a nuclear renaissance while dealing with highly organized terrorism, makes illicit trafficking prevention a more crucial task than ever.<br />The IAEA's target is to provide know-how and resources to member states, enabling them to develop an effective program for combating criminal or unauthorized acts involving nuclear and other radioactive material. The backbone of such a program is the RID. [Radionuclide Identification Device] Thus the IAEA has legitimated interest in working close together with vendors to continuously improve those devices which consequently are the last line of defense between the public and nuclear terrorism.<br />Improving the performance of an RID priory requires the assessment of its performance, which is not an easy task. While an RID may perform well in one situation, it might fail completely in another, and there are many situations.<br />Assessment of detection gaps in all different scenarios, especially masking of nuclides which creates a myriad of different possibly critical spectra, simply is impossible.<br />What cannot be done classical, because it's too time-consuming, has to be automated and carried out by computers, that is the fundamental idea of RASE.<br />RASE - Replicative Assessment of Spectrometric Equipment, is an automated injection study system that produces all spectra needed for analyzing and treating the weak spots of a device and wants to establish itself as standard for RID improvement.<br />The inventive aspect of this IAEA driven program is the semi-empirical approach. Gamma spectra of nuclides and devices of interest are measured with high accuracy and then used as source to generate unlimited numbers of Sample Spectra. This is achieved by superposition of the acquired Base Spectra and down scaling them with a random value generator.<br />In this manner millions of spectra of any composition can be produced and then be injected into PC-Based Identification software, similar to the algorithm used by the device. This leads to millions of identification results, which can be accessed in a specially designed database software which features filters to sort the results and spot possible weaknesses and room for improvement.<br />Even if RASE aims to be finally distributed to vendors for autonomous testing, already the first test cycle resulted in valuable new insights that suggested changes in the devices use of the Confidence Index [CI].<br />