本书研究和分析了20世纪40年代以来核取证分析的学科发展，重点探讨了核材料及放射性材料分析在核武器研发与军备控制、防核扩散与核安全、核查与情报等国际和平与安全事务中的具体应用。本书共分为两篇。第一篇介绍了出于安全目的的核取证方法，包括核取证分析过程、无机质谱和γ能谱测量技术、与核燃料循环及核爆炸爆后分析相关的核取证指纹特征。第二篇介绍了核取证应用实践，包括美国、苏联和瑞典的核取证发展历史，以及核取证分析在核军备控制与打击非法核交易方面的应用。
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术语表
第1章 引言 1
1.1 国家安全政策与核材料分析 1
1.2 核取证分析作为一个统称术语 3
1.3 核取证分析的应用及目的 5
第一篇 核取证方法
第2章 核取证分析过程 9
2.1 样品采集与分类 10
2.1.1 样品采集 10
2.1.2 样品分类 12
2.2 样品表征 14
2.2.1 材料表征 14
2.2.2 测量技术及设备 15
2.3 核取证解译 18
2.3.1 指纹特征 18
2.3.2 解译过程 19
2.3.3 图书馆、数据库和档案 20
第3章 无机质谱：一种破坏性核取证分析工具 26
3.1 热电离质谱 27
3.1.1 原理与概述 27
3.1.2 TIMS在核取证中的应用 28
3.2 电感耦合等离子体质谱 29
3.2.1 原理与概述 29
3.2.2 测定元素组成和杂质 31
3.2.3 利用多接收ICP-MS测定同位素比值 34
3.2.4 ICP-MS在核取证中的应用实例 36
3.3 二次离子质谱 37
3.3.1 原理与概述 37
3.3.2 利用SIMS进行铀颗粒物分析的经典的保障监督应用 37
3.3.3 SIMS分析在取证应用中的实例 39
3.4 其他质谱技术 41
3.4.1 共振电离质谱 41
3.4.2 加速器质谱 43
第4章 γ能谱测量：一种非破坏性核取证分析工具 45
4.1 γ能谱测量原理 45
4.1.1 γ能谱测量的物理学基础 45
4.1.2 电磁辐射与物质的相互作用 45
4.1.3 测量原理 46
4.2 γ能谱测量装置 47
4.3 γ探测器的能力、要求和限制 51
4.3.1 峰宽的解析 53
4.3.2 测量时间 54
4.3.3 本底辐射 55
4.4 γ能谱测量的特殊应用 56
4.4.1 机载测量及与空气有关的测量 56
4.4.2 水下测量 57
4.4.3 地下实验 57
第5章 样品特征与核取证指纹特征 58
5.1 物理特征与指纹特征 58
5.1.1 金属铀和钚 58
5.1.2 燃料芯块 59
5.1.3 与核燃料循环相关的粉末和液体 63
5.2 化学特征与指纹特征 64
5.2.1 铀化合物 64
5.2.2 钚化合物 68
5.2.3 燃料循环中常见的非核化学品 68
5.3 元素特征与指纹特征 69
5.4 同位素特征与指纹特征 71
5.4.1 钚同位素 71
5.4.2 铀同位素 75
5.4.3 其他重要的稳定同位素比 79
第6章 核爆炸爆后环境的放射性核素特征 83
6.1 对人体的辐射剂量 84
6.2 源自废弃地下核试验场的核素 85
6.3 与《全面禁止核试验条约》核查相关的颗粒状放射性核素 87
6.3.1 第1类：残余燃料 90
6.3.2 第2类：燃料的非裂变反应产物 92
6.3.3 第3类：裂变产物 93
6.3.4 第4类：非燃料炸弹材料的活化产物 94
6.3.5 第5类：地下核爆炸堵塞(回填)材料及围岩中的活化产物 94
6.3.6 第6类：近地大气层核爆炸的地面活化产物 95
6.3.7 第7类：水下或近海面核爆炸周围海水中的活化产物 95
6.3.8 第8类：大气层核爆炸周围空气中的活化产物 95
6.3.9 第9类：源自中子注量探测器的活化产物 96
6.3.10 第10类：添加指示剂 96
6.3.11 开列《全面禁止核试验条约》相关颗粒状核素的最终清单 96
6.4 与《全面禁止核试验条约》国际监测系统相关的惰性气体放射性核素 102
6.5 与现场视察相关的颗粒状核素和气体核素 103
第二篇 核取证实践
第7章 核取证分析起源Ⅰ：美国和苏联 109
7.1 美国核取证的起源 109
7.1.1 批量环境样品分析的第一步 110
7.1.2 旨在检验美国核爆炸的环境取样 112
7.1.3 探测和分析苏联首次核试验的碎片 117
7.2 苏联首例核取证分析 120
7.2.1 分析苏联本国的核试验碎片 120
7.2.2 分析美国的核试验碎片 123
第8章 核取证分析起源Ⅱ：瑞典的核武器碎片分析 128
8.1 核裂变和活化产物放射性核素的远程探测 129
8.1.1 分凝 133
8.1.2 热粒子研究 134
8.2 探测大气层核试验 135
8.2.1 大气层核试验(1958～1963年) 135
8.2.2 中国大气层核试验(1964～1980年) 136
8.2.3 法国大气层核试验(1966～1974年) 137
8.3 瑞典放射性核素核查系统的发展(1963年之后) 139
8.4 瑞典对地下核爆炸放射性泄漏的探测 142
8.5 瑞典将核取证用于非核爆炸事件 145
8.6 对《全面禁止核试验条约》的影响 146
第9章 核取证分析的应用 148
9.1 《不扩散核武器条约》核查 148
9.1.1 伊拉克人质衣物上的铀颗粒物 148
9.1.2 伊拉克的交叉污染问题 151
9.1.3 对伊拉克水路的取样 154
9.1.4 核查伊朗向IAEA申报的铀颗粒物分析 156
9.2 《裂变材料禁产条约》核查 158
9.2.1 通过测定钚龄核查朝鲜的初始申报 158
9.2.2 测定反应堆的钚生产及运行历史 159
9.2.3 通过环境取样进行远程核查 161
9.3 核爆炸爆后分析 162
9.3.1 2006年、2009年和2013年朝鲜核试验 162
9.3.2 分析美国1954年“喝彩城堡(Castle Bravo)”热核试验的碎片 168
9.4 打击非法核交易 173
9.4.1 在匈牙利截获的燃料芯块：背景 174
9.4.2 燃料芯块的表征 174
9.4.3 表征结果的解译 176
附录A 与测量相关的基本事实和定义 179
A.1 术语及定义 179
A.1.1 准确度与精确度 180
A.1.2 被测量的基本方面 180
A.1.3 统计分布 181
A.1.4 测量误差 182
A.2 被测量评定 183
A.2.1 假设检验 184
A.2.2 确定判断限和探测限 184
A.2.3 测量的置信区间 185
A.2.4 定量分析和定量限 186
A.3 在计数测量中的应用 186
附录B 瑞典对中国大气层核试验的探测 188
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