Finnish nuclear security detection architecture for nuclear and other radioactive material out of regulatory control

The Finnish national CBRNE (Chemical, Biological, Radiological, Nuclear, Explosives) strategy was published in December 2017. The aim of the strategy is to continuously improve the prevention of and preparedness for CBRNE threats and incidents to safeguard society and secure the functions vital to society. The CBRNE strategy launched the revision process of the national Nuclear Security Detection Architecture (NSDA) document, which was published in 2013. The updated NSDA aims to enforce the CBRNE strategy in terms of RN (Radiological and Nuclear) detection, including the identified research and development topics. The revised NSDA also provides a public summary concerning the national RN detection principles. The NSDA is expected to save resources and increase authority effectiveness in countering RN criminality and terrorism. Even though the CBRNE strategy and the NSDA derived from it are primarily concentrating on crime prevention, the development of crime-scene investigation and nuclear forensics techniques and processes are also included in them. A national coordinating CBRNE committee and expert group were established in 2019. Both the CBRNE committee (31 August 2021) and the expert group (7 December 2020) have reviewed and approved the NSDA

Ydinaineiden ja muiden radioaktiivisten aineiden valtakunnallinen havaitsemisarkkitehtuuri

Kansallinen CBRNE-strategia (lyhenne viittaa sanoihin Chemical, Biological, Radiological, Nuclear, Explosives) julkaistiin joulukuussa 2017. Sen tavoitteena on CBRNE-uhkien ja tilanteiden ennaltaehkäisyn ja valmiuden jatkuva parantaminen yhteiskunnan ja sen elintärkeiden toimintojen turvaamiseksi. CBRNE-strategia käynnisti 2013 julkaistun Ydinaineiden ja muiden radioaktiivisten aineiden valtakunnallisen havaitsemisarkkitehtuuri -dokumentin päivittämisen. Päivitetyn havaitsemisarkkitehtuurin avulla pyritään toimeenpanemaan CBRNE-strategiaa RN-havaitsemisen osalta, mukaan lukien siinä tunnistetut tutkimus ja kehitys -aiheet. Havaitsemisarkkitehtuuri muodostaa julkisen yhteenvedon kansallisista RN-havaitsemisperiaatteista. Arkkitehtuurin odotetaan säästävän resursseja ja lisäävän viranomaisten toiminnan tehokkuutta torjuttaessa RN-rikollisuutta ja -terrorismia. Vaikka CBRNE-strategia ja siitä johdettu havaitsemisarkkitehtuuri keskittyvät merkittävästi rikosten ehkäisyyn, niihin sisältyy myös rikospaikkatutkinnan ja ydinforensiikan tekniikoiden ja prosessien kehittäminen. Kansallinen koordinoiva CBRNE-komitea ja -asiantuntijaryhmä perustettiin 2019. Sekä CBRNE-komitea (31.8.2021) että -asiantuntijaryhmä (7.12.2020) ovat käsitelleet ja antaneet hyväksyntänsä nyt julkaistavalle havaitsemisarkkitehtuurille. Sammanfattning Den nationella CBRNE-strategin (Chemical, Biological, Radiological, Nuclear, Explosives) publicerades i december 2017. Dess mål är att förhindra CBRNEhot och -situationer samt att kontinuerligt förbättra beredskapen för dessa för att säkra samhället och dess livsviktiga funktioner. CBRNE-strategin utlöste omarbetningen av den år 2013 utgivna Nationella detektionsarkitekturen för kärnämnen och andra radioaktiva ämnen. Den uppdaterade detektionsarkitekturen strävar efter att genomdriva CBRNE-strategin i fråga om RN-detektering och beaktar även identifierade forsknings- och utvecklingsämnen. I detektionsarkitekturen formuleras ett offentligt sammandrag av de nationella RN-detektionsprinciperna. Arkitekturen förväntas spara resurser och förbättra myndigheternas effektivitet ifråga om bekämpning av RN-brottslighet och terrorism. Även om CBRNE-strategin och detektionsarkitekturen fokuserar primärt på brottsförebyggandet så innehåller den även utveckling av tekniker och processer för brottsplatsundersökning och kärnforensik. År 2019 grundades en nationell CBRNE-kommitté och -expertgrupp. Både CBRNE-kommittén (31.8.2021) och expertgruppen (7.12.2020) har behandlat och godkänt den nya detektionsarkitekturen

Report of STUK Activities in FINSP, IPNDV and GICNT Initiatives in 2021

1 Finnish expertise for a safer world The Treaty on the Non-Proliferation of Nuclear Weapons (NPT) entered into force in Finland in 1970. For fifty years, the treaty has been a key prerequisite for the peaceful use of nuclear energy in Finland, a country that, as a user of nuclear energy, has had solid grounds for preventing the proliferation of nuclear weapons. The Ministry for Foreign Affairs of Finland (MFA) is financing the projects which are related to the non-proliferation, nuclear security and disarmament. The Radiation and Nuclear Safety Authority (STUK) has the technical expertise to offer for the projects. The good cooperation between MFA and STUK deepen the common understanding between the political and technical fields and enable Finland to have the best possible knowledge in international negotiations. Finnish Support Programme to the IAEA safeguards (FINSP) STUK coordinates and implements the Finnish Support Programme to the IAEA safeguards (FINSP). The objective of FINSP is to provide the IAEA support in well managed tasks related to development of safeguards verification methods and safeguards concepts, assisting safeguards implementation in the Member States and provide opportunities and support to the IAEA inspector training. Global Initiative to Combat Nuclear Terrorism (GICNT) Finland coordinated a development of a Joint Statement on National Nuclear Detection Architecture to the 2016 Nuclear Security Summit. This has and will continue to be an important document steering Finland’s contribution to the international nuclear security detection activities. This has enabled an active involvement of STUK experts in both the IAEA and GICNT nuclear security detection activities. International Partnership for Nuclear Disarmament Verification (IPNDV) IPNDV, established by the USA in 2014, is currently on its third phase. Third phase started in the beginning of 2020. The coronavirus pandemic has significantly hampered the implementation of ongoing phase. STUK acts as technical advisor to the MFA on International Partnership for Nuclear Disarmament Verification. This has enabled STUK experts to participate actively in the project since its beginning

Matriisi-ilmaisin taktisen ydinaseen ja muiden radioaktiivisten aineiden havainnointiin

Kyky havaita ydinaineita ja muita radioaktiivisia aineita on tärkeä osa kansallista turvallisuutta. Tehokkaan havaitsemisen mahdollistavalla ilmaisimella tulee olla erittäin hyvä efektiivisyys lähteen tuottamalle neutroni- ja gammasäteilylle, jolloin säteilevä kohde voidaan havaita kaukaa. Samalla ilmaisinjärjestelmän tulee kyetä paikantamaan lähde automaattisesti. Nopea paikantaminen on ensiarvoisen tärkeää tilanteen hahmottamiseksi ja sen hallintaan saamiseksi. Tutkimuksessa osoitettiin, että tehokas, suuntaherkkä säteilyilmaisin voidaan rakentaa kustannustehokkaasti matriisiperiaatteella NaI(Tl)-tuikeilmaisimista. Matriisi-ilmaisimen toiminta demonstroitiin rakentamalla pienikokoinen neljään ilmaisinelementtiin perustuva säteilyilmaisinprototyyppi ja sille ohjelmisto, joka analysoi automaattisesti säteilylähteen tyypin ja suunnan. Prototyyppi kykeni määrittämään gammasäteilylähteiden suunnan alle 5° tarkkuudella ja fissioneutronilähteen suunnan noin 15° tarkkuudella. Simulaatioiden avulla selvitettiin, kuinka ilmaisimen herkkyyttä saadaan parannettua kasvattamalla ilmaisinelementtien kokoa. Simulaatiotulosten perusteella 1 000 000 neutronia sekunnissa lähettävä taktinen ydinase voidaan havaita 100 m päästä neljästä NaI(Tl)-tuikemateriaalista valmistetusta ilmaisinelementistä koostuvalla ilmaisimella, jonka ilmaisinelementtien kokonaismassa on 60 kg. Tällaisella ilmaisimella ydinase voidaan havaita noin viidessä minuutissa. Jos taktinen ydinase lähettää 200 000 neutronia sekunnissa, kasvaa havaitsemiseen tarvittava aika kahteen tuntiin.Tämä julkaisu on toteutettu osana Maanpuolustuksen tieteellisen neuvottelukunnan (MATINEn) tutkimusrahoituksen toimeenpanoa. (www.defmin.fi/matine) Julkaisun sisällöstä vastaavat tiedon tuottajat, eikä tekstisisältö välttämättä edusta puolustusministeriön näkemystä

National Programme for Radiation Safety Research

Vuoden 2013 tutkimuslaitosuudistuksen myötä kansallista työnjakoa säteilyturvallisuuden tutkimuksessa on nyt tarkasteltu uudelleen. Suomeen perustetaan yliopistojen, korkeakoulujen ja STUKin välinen tutkimusyhteenliittymä. Yhteenliittymän työn pohjaksi on laadittu säteilyturvallisuuden tutkimusohjelma, jonka tavoitteena on kuvata tutkimustarpeet ja varmistaa korkeatasoinen kansallinen osaaminen ja tietopohja säteilyturvallisuudessa ja turvata kansallisten viranomaisten tiedon saanti. Säteilyturvallisuus kattaa sekä ionisoivan säteilyn että ionisoimattoman säteilyn. Keskeisiä tiedon tarpeita liittyy seuraaviin aiheisiin: - Säteily ja terveys: säteilyn terveyshaitat ja vaikutusmekanismit, lääketieteellinen säteilyn käyttö, potilasturvallisuus ja turvalliset hoito‐ ja diagnostiikkakäytännöt, työntekijöiden turvallisuus, riskitietoisuus ja –käyttäytyminen - Säteily ympäristössä: radonturvallinen rakentaminen, radioaktiivisten aineiden kulkeutuminen ympäristössä, elintarvikkeiden pitoisuudet ja niiden kautta tapahtuva altistuminen, vaikutukset eliökuntaan; kansalliset erityispiirteet - Säteilyuhkiin ja onnettomuuksiin varautuminen: onnettomuusvalmius ja turvajärjestelyt - Mittaukset ja teknologiat säteilyturvallisuudessa: metrologiaan ja dosimetriaan liittyvät innovaatiot, säteily‐ ja ydinturvallisuutta palvelevat sovellukset, ohjelmistot ja laitteet. Säteilyturvallisuus kattaa laajan kirjon tieteenaloja, aina säteily‐ ja ydinfysiikasta biolääketieteisiin, ympäristötieteisiin, tekniikkaan ja yhteiskunta‐ ja käyttäytymistieteisiin. Kotimaisista yliopistoista löytyy vahvaa tieteenalojen osaamista, ja tämä osaaminen saatetaan entistä paremmin mukaan yhteiskunnan tarpeista lähtevään säteilyturvallisuuden tutkimukseen. STUK suuntaa oman tutkimus‐ ja kehittämistoimintansa suoraan valvontaa ja valmiutta sekä turvajärjestelyjä tukeviin aiheisiin ja selvityksiin. Yliopistojen panosta tarvitaan erityi‐sesti laajoissa hankkeissa ja perustutkimusta ja soveltavaa tutkimusta edellyttävissä aiheissa, jotka liittyvät riskinarviointiin, teknologiseen kehittämiseen ja riskien hallintaan. STUK on ollut keskeisesti mukana luomassa eurooppalaisia tutkimusagendoja ja tutkimuksen yhteenliittymiä Euratom‐ohjelmassa. Tavoitteena on liittää kansallinen säteilyturvallisuuden ohjelma eurooppalaisiin säteilyturvallisuusalan ohjelmiin. Säteilyturvallisuustutkimuksen uudelleen järjestely edellyttää ohjelmaluonteista rahoitusta, jolla pystytään turvaamaan pitkäjänteinen osaamisen ylläpito ja kehittäminen monitietei‐sellä, koko yhteiskuntaa palvelevalla tutkimussaralla. STUK on aiemmin melko ketterästi pystynyt vastaamaan muiden viranomaisten ja hallinnonalojen säteilyturvallisuutta koskeviin kansallisiin kehittämistarpeisiin sekä antamaan asiantuntijatukea kansainvälisellä tasolla. Jatkossa rahoitusta yhteiskunnan kannalta merkittäviin tietotarpeisiin tulee osoittaa joko ministeriöiden oman tutkimusrahoituksen tai tutkimuslaitosuudistuksen yhteydessä perustettujen uusien rahoitusvälineiden, Valtioneuvoston kanslian selvitys‐ ja tutkimustoiminnan ja Suomen Akatemian strategisen tutkimuksen neuvoston kautta. Kansallisen sätei‐lyturvallisuustutkimuksen ohjelman linkittäminen H2020‐ohjelmaan ja kansainvälisistä tutkimusresursseista hyötyminen edellyttää kansallista vastinrahoitusta EU‐tutkimuksessa

Studies of ion transport in gases : applications in nuclear physics

This thesis is centred around the principle of the Ion Guide Isotope Separator On-Line (IGISOL). First, ion transportation in the IGISOL gas cell is studied. As the main result, a method is developed to simulate the evacuation of ions from the gas cell. Secondly, decay properties of neutron-deficient 23Al and 58Cu nuclei are examined using the IGISOL facility. The decay properties of 23Al are of astrophysical interest, while 58Cu decay is important for studies of Garnow-Teller strength

Improving the Confidence Associated with Passive Total Neutron Counting in the Nuclear Weapon Disarmament Verification Process

Passive total neutron counting is an important tool in the nuclear weapon disarmament monitoring and verification process proposed by the International Partnership for Nuclear Disarmament Verification (IPNDV). In the process, neutron measurements of given treaty accountable items (TAIs) are repeated multiple times in different locations and environments, and the measured neutron count rates are expected to remain unchanged. However, neutrons are heavily scattered in the environment, and the change in location or geometry of the environment can produce varying results in neutron measurements which can deteriorate the confidence of passive total neutron counting. In this paper, we have studied different kinds of neutron detection instruments and methods in various environments to determine the effects of the environment on passive total neutron counting and to develop recommendations and procedures to minimize and take these environmental factors into account. As a result, the moderated 3He proportional counter was the most promising type of instrument in terms of how the change in an environment impacted the measured neutron count rates. However, even with the 3He counter, the environmental influence increased rapidly with the source to- detector distance (SDD). For example, with one-meter, two-meter, and three-meter SDDs, the maximum difference in count rates between outdoor and indoor measurements was 10.06(7) percent, 18.6(3) percent, and 28.1(5) percent, respectively. To mitigate the impact of the measurement environment, we propose to use a bare 252Cf reference source measured in the same geometries as the nuclear TAIs to estimate the influence of the environment on the measured neutron count rates. Using this technique in the same conditions as above produces indoor predictions that differ by 2.55(3) percent with a one-meter SDD, 0.334(5) percent with two-meter SDD and 1.93(4) percent with a three-meter SDD from the actual indoor measurements.peerReviewe

List-mode data adquisition based on digital electronics

41 pags. 3 tabs.; 3 app.; EUR 26715 EN – Joint Research Centre – Institute for the Protection and Security of the CitizenThis report deals with digital radiation detection systems employing list-mode data collection, which improves data analysis capabilities. Future data acquisition systems shall also ultimately enable the movement of detection data from first responders electronically to analysis centres rather than the costly and time consuming process of moving experts and/or samples. This new technology is especially useful in crisis events, when time and resources are sparse and increased analysis capacity is required. In order to utilise the opportunities opened by these new technologies, the systems have to be interoperable, so that the data from each type of detector can easily be analysed by different analysis centres. Successful interoperability of the systems requires that European and/or international standards are devised for the digitised data format. The basis of such a format is a list of registered events detailing an estimate of the energy of the detected radiation, along with an accurate time-stamp for recorded events (and optionally other parameters describing each event).The research leading to these results has received funding from the European Union as part of the European Reference Network for Critical Infrastructure Protection project.Peer Reviewe

Method for the diagnosis of aged plastic radiation portal monitors

The light collection efficiency of plastic scintillator panels used in radiation portal monitors (RPM) declines over time. We present an efficiency calibration procedure to measure the capability of an aged panel to detect 186 keV gamma rays of highly enriched uranium (HEU). The method is based on a coincidence measurement of backscattered Cs-137 gamma rays having an energy of 184 keV. Energy calibration of the plastic panel can be obtained from the same measurement.Säteilyturvakeskus (STUK) on kehittänyt uuden testausmenetelmän rajanylityspaikkojen säteilyvalvonnassa käytettäville säteilyilmaisimille. Menetelmän avulla voidaan nopeasti selvittää ilmaisimen kyky havaita korkearikasteisen uraanin lähettämää gammasäteilyä. Korkearikasteisen uraanin tehokas havaitseminen ja salakuljetuksen estäminen on erityisen tärkeää, koska materiaalia voidaan käyttää ydinaseissa. Ilmaisimien havaitsemiskyvyn suora testaaminen on kuitenkin ollut haastavaa, sillä ydinaseettomilla mailla kuten Suomella ei ole suuria määriä korkearikasteista uraania. Uudella menetelmällä ilmaisimen testaukseen ei tarvita uraania, vaan testaukseen riittää matala-aktiivinen cesium-137 -lähde. Säteilyturvakeskus tukee Tullia radioaktiivisten aineiden valvonnassa rajoilla. Valvonnassa käytettyjen ilmaisimien toiminta testataan säännöllisesti, koska säteilyilmaisimien toimintakyky voi heikentyä laitteiston ikääntyessä. Uudella menetelmällä puutteellisesti toimivat ilmaisimet löydetään nopeasti. Toisaalta menetelmä mahdollistaa vanhempien mutta edelleen toimintakykyisten ilmaisimien kustannustehokkaan käytön