Materials, instrumentation and techniques for the detection of Special Nuclear Material and Radioactive Sources: EU project MODES SNM

MODES SNM project is part of the European Union effort to promote research and innovation in strategic topics; it includes seven participants from five different countries. The project aimed to carry out technical research in order to develop a prototype for a mobile, modular detection system for radioactive sources and Special Nuclear Materials (SNM). The project’s main goal was to deliver a tested prototype of a modular mobile system capable of passively detecting weak or shielded radioactive sources with accuracy higher than that of currently available systems. The R&D involved in the project aimed at designing, constructing and testing robust, safe, and lightweight high pressure cells with an advanced read-out system, to be used as basic components of the modular mobile system. These innovative cells use 4He and Xe as scintillation materials, exploiting the potential of noble gases in the field of radiation detection. Furthermore, a patented technology enabled the simultaneous detection of fast and thermal neutrons in the same detector, providing additional information on the possible presence of shielding around neutron sources. The final detector configuration for MODES SNM prototype includes 8 4He fast neutron tubes, 2 4He thermal neutron tubes, 1 xenon gamma ray tube and 1 NaI(Tl) gamma ray crystal. A suitable Information System has been developed at Università degli Studi di Padova to manage the detectors, integrate and analyze the data, and provide to the user simple informations about the results of the inspections. The prototype was commissioned under laboratory conditions at NCBJ, a renowned European research establishment, then the detectors and the front-end electronics were mounted inside a van. Finally, a series of demonstrations took place in an on-field campaign driven by the end-user group established in the project. Project MODES SNM concluded with full success on June 30th, 2014. Not only all the project milestones were achieved, but the prototype was completed on time and showed good performances. The technical requirements defined at the beginning of the project have been fulfilled, and during the demonstration tour the end users showed great appreciation to the final result of the work, to the satisfaction of all the Consortium partners. The project has been positively evaluated by EU officials, from the point of view of both the organization and the results. The prototype is now being developed at an industrial level by one of the project participants; an agreement has been signed with Universit`a di Padova for licensing the software written within the project.

Il progetto MODES SNM è parte dello sforzo da parte dell’Unione Europea per promuovere la ricerca e l’innovazione in settori considerati strategici; include sette partecipanti da cinque diversi paesi. Il progetto punta a sviluppare una attivit`a di ricerca per lo sviluppo di un sistema mobile e modulare per la rivelazione di sorgenti radioattive e materiale speciale nucleare (SNM). L’obiettivo principale è la realizzazione di un prototipo funzionante capace di rivelare in modo passivo sorgenti deboli o schermate con precisione maggiore dei sistemi attualmente disponibili. La ricerca e sviluppo svolta all’interno del progetto mirava alla costruzione di celle ad alta pressione robuste e leggere con un sistema di read-out avanzato, da usarsi come componenti di base del sistema mobile modulare. Queste celle innovative usano 4He e Xe come scintillatori, sfruttando il potenziale dei gas nobili nel campo della rivelazione di radiazione. Inoltre una tecnologia brevettata consente la rivelazione simultanea dei neutroni veloci e termici, fornendo così informazioni aggiuntive sulla possibile presenza di schermi intorno alle sorgenti. La configurazione finale dei rivelatori del prototipo di MODES SNM include 8 tubi ad 4He per neutroni veloci, 2 tubi ad 4He per neutroni termici, 1 tubo a xenon ed 1 cristallo NaI(Tl) per radiazione gamma. Un apposito Sistema Informatico (IS) è stato sviluppato presso l’Università degli Studi di Padova per la gestione dei rivelatori, l’aggregazione e l’analisi dei dati, e per fornire all’operatore semplici informazioni riguardo i risultati delle ispezioni. Il prototipo è stato collaudato persso il centro NCBJ, una installazione di ricerca conosciuta in tutta Europa, quindi i rivelatori e l’elettronica sono stati installati dentro un van. Infine, una serie di dimostrazioni ha avuto luogo durante una campagna "sul campo" gestita dal gruppo di utilizzatori finali costituito all’interno del progetto. Il progetto MODES SNM si è concluso con pieno successo il 30 giugno 2014. Non solo ha raggiunto tutti gli obiettivi, ma il prototipo è stato completato per tempo ed ha mostrato delle buone prestazioni. I requisiti tecnici definiti inizialmente sono stati rispettati, e durante le dimostrazioni gli utenti finali hanno espresso grande apprezzamento per il risultato finale del nostro lavoro, con soddisfazione di tutti i partecipanti del Consorzio. Il progetto è anche stato valutato positivamente dai funzionari europei incaricati della valutazione, sia sotto il punto di vista della gestione che dei risultati. Attualmente il prototipo sta venendo sviluppato a livello industrial da uno dei partecipanti; è stato raggiunto un accordo con l’Università di Padova per la licenza del software scritto durante il progetto.