毒品塑膠炸彈闖關難 線上中子偵檢抓住它(上)
<作者：陳健懿博士> 

針對我國各機場所出現的安檢漏洞，清華大學原子科學系在鍾堅教授領導的研究群三年研發努力下，已發展成功線上瞬發加馬活化分析(OLPGAA)技術使用於機場爆裂物的檢測。此項疑似爆裂物偵檢系統包括10個鍺酸鉍(Bismuth Germanate, BGO)偵檢器，10個單頻分析儀及2個20微克鉲─252中子源。本項研究對行李輸送帶邊的熱中子通率分布在不同安檢時間得到的最小偵測值，均有測試報告；對於機場未來應有的安全檢查設計，亦有詳細討論。

目前機場行李輸送帶旁立著簡便型金屬探測器及X光機，可以檢驗出刀、槍等危險武器，但對包裝良好、外表美麗大方但內藏各式各樣塑膠炸藥的物品，就沒法度了。這些由低原子序的有機化合物(如氮、碳、氫、氧)組成之物質，可製成各種形狀，其組成也和普通食物、塑膠製品、衣服沒有兩樣。就安檢時效而言，在要求快速通關的壓力下，更不可能一個個物品自行季中拿出，經過取樣化驗以判別化學成份!而對一位訓練有素的機場安檢人員來說，察查疑似爆裂物是一件既煩人又累人的工作；那麼為了旅客安全、快速通關，就要花更多的時間汲取新知，也需要在職訓練及經驗豐厚的安檢員，才能使飛安檢查更落實。

所幸，在核子科學領域裡清華大學原子科學系已發展出一套簡單、自動化、非破壞性、具有高精準率、無輻射傷害、無輻射外洩之虞的安檢系統。這種前瞻性的核子技術使用於機場的安全檢查，當可有效偵測防範旅客挾帶炸藥犯罪及毒品闖關。國外如紐約甘迺迪國際機場和洛杉磯國際機場已擁有閃爍偵檢器的原型慢中子活化偵檢系統。當行李通過並列的偵測器時，行李中氮元素含量濃度，可立即以三度空間成像顯示，炸藥及毒品幾乎無所遁形。以快中子散射用於機場爆裂物安檢，最近也研發成功。但無論如何，若沒有事先建立一套包含各類爆裂物及毒品的資料庫系統，且經過電腦快速資料處理機存檔比對，此方法還是很難避免迼成錯誤的判讀；要分辨何者是爆裂物，還是也含氮、氧、碳、氫的書本、衣物等個人用品，其實不是簡單的偵檢任務。

一般塑膠炸藥內均含有相當高濃度的氮元素，比例從18%到82%重是不等。這表示含氮量是偵測爆裂物的第一指標；各種爆裂物主要化學組成。但是一組良好的偵檢器對一大堆的有機聚合物若只靠氮含量的值，仍有可能會得到錯誤的訊號，造成誤警。此時，第二指標立刻管用一物品中含氧元素的濃度一所有的爆裂物亦擁有高濃度的氧。於是，由氮、氧含量的不同濃度比例，再經統計運算(全交由電腦資料處理機執行)多重把關，它一定捉得住爆裂物。若再加上得到碳、氫含量交叉比對，錯檢誤差可降到最低，排除錯誤訊息，提昇到至善至美的地步。

利用OLPGAA能譜也可在通關行李中找出如海洛因或古柯鹼等毒品。當行李輸送帶經過中子檢測時，不同的元素受到中子照射時，都會放出特定指標瞬發加馬射線；例如，激發態的氮元素，每100個捕獲核反應就有14個釋出高達10.82百萬電子伏(MeV)的瞬發加馬射線。氮原子與中子遂行14N(n，γ)15N反應時，由行李通關安檢加馬偵檢器所得到的10.82MeV譜峰計數，即可判別行李中氮元素含量及其三度空間位置。OLPGAA活化偵檢需要熱中子束，這可由兩個來源獲得：微型原子爐或中子產生器，但在機場要設立此類核子設施，並不容易；同位素中子點射源，外包覆聚乙烯、石臘作為減速劑及中子輻射屏蔽，最外圍再加上鉛作為加馬射線屏蔽。這其中，以鉲─252中子點射源最符合現場使用之需求。清華大學實驗測試時，針對數公斤裝之尿素、精裝平裝書本、鋁箔包肥料、有機肥料及軍用炸藥均記錄比對。

此系統更具有三項優點：可獨立於人為判斷之外，資料研判全交給電腦人工智慧示警，對樣品而言屬非破壞檢測，不會對旅客造成任何延誤及損失，使用之中子通量微弱，不會對行李造成明顯之活化，也沒有產生超過法規限值之殘餘輻射。因此，可放心應用於行李內隱藏爆裂物及毒品的安檢。OLPGAA用於海關安檢時，量測高能加馬射線的偵檢頭最好有高密度、高效率以檢測聚乙烯、石臘為減速劑的鉲─252中子與目標物核反應所射出之瞬發加馬。鍺酸鉍應標示於第一次提到之處偵檢器正合所需，BGO具有高密度(7.13克/立方公分)，比其它偵檢器的原子序高，對高能加馬展現較低的光子逃逸率，對光子偵測率極高，所以具有更良好的偵檢效率。對氮元素的偵檢效率更比同體積碘化鈉(NaI)強10倍以上。BGO偵檢器可裝置於行李輸送帶外40公分處，外包覆氟化鋰-6以降低中子干擾。為了更進一步研究中子點射源對於系統週邊環境造成的影響，清華大學以蒙地卡羅中子一光子散射遷移(Monte Carlo Neutron Photon)程式應用於空間，計算中子及加馬輻射劑量，發現最多祇需要三公分鉛屏蔽作為系統外覆屏蔽，即能對安檢人員提供必要之輻射安全防護。

本檢查方法已由國科會委託清華大學研究發展成功，系統上下並列著兩個鉲-252中子點射源，左右共有10個陣列式鍺酸鉍偵檢器，偵測得到的加馬射線經過電子電路傳導，再經能量鑑別器(能量截取窗調自9至11MeV)及單頻分析儀低限鑑別器，以取得單頻分析儀中的11MeV高能補獲加馬射線計數，做全角度的截取分析。若僅用偵測系統的半邊，即一個低強度中子源及5個鍺酸鉍偵檢器，對每5秒鐘的偵測極限為2.6公斤軍用炸藥。未來可擴充為全方位爆裂物偵檢儀，對爆炸物可望得到每秒每公斤40個計數，也就是說在行李通關時，每10秒鐘行李掃描，偵測極限可望低至檢測出任何足以炸毀客機的隱藏塑膠炸藥(至於多低，賣個關子免遭歹徒得悉!)。機場安檢人員接受的輻射暴露量，將遠低於每年50毫西弗。

1990年1月，美國甘迺迪機場、舊金山機場已開始執行爆裂物安檢。次年，至少有5個美國、歐洲及中東機場具有此安檢設備，甚至已因此而查出一樁攜帶炸藥之犯罪案件。國外許多廠商針對各種爆裂物的組成、行李型式大小、誤判時假訊號之排除、點中子源強度及屏蔽規劃設計，都有進一步的開發。我國已由國科會委託清華大學進行3年的可行性評估，雖然認為台北、高雄國際機場有設置之必要，但因礙於所需經費龐大，安檢單位目前仍在研議如何編列相關之預算，期以優先落實飛航安檢工作。 

<參考文獻>
1. C.Chung, S.M.Liu, J.H.Chao, andC.C.Chan, 1993,"Feasibility study of explosive detection for airport security using a neutron source", Applied Radiation and Isotopes 44(12), 1425-1431.
2. C.Cgung, 1994, "Prompt Activation Analysis", In Chemical Analysis by Nuclear Methods, Z.B.Alfassied., Chapter8, 163-187 (JohnWiley&SonsLtd., London).