Mindre detektionsudstyr, der er effektivt til verifikation af atomaftaler, arkæologiske udgravninger

De fleste nukleare datamålinger udføres ved acceleratorer store nok til at optage en geologisk formation en kilometer bred, som Los Alamos Neutron Science Center placeret på en mesa i ørkenen. Men en bærbar enhed, der kan afsløre sammensætningen af ​​materialer hurtigt på stedet, ville i høj grad gavne sager som i arkæologi og verifikation af atomvåbenaftaler.

Forskning offentliggjort i denne uge i AIP fremskridt brugte beregningssimuleringer til at vise, at med de rigtige geometriske justeringer, det er muligt at udføre nøjagtig neutronresonanstransmissionsanalyse i en enhed, der kun er 5 meter lang.

"Vi forventede, at massive baggrunde ville fortynde og forurene vores signal, og tidligt simuleringsarbejde bekræftede, at omfanget af disse effekter ville gøre teknikken fuldstændig umulig, " sagde forfatteren Areg Danagoulian. "Men, omhyggelig optimering af geometrierne gjorde det muligt for os næsten fuldstændigt at undertrykke disse effekter, giver os et næsten perfekt signal."

Ved at bruge en model af en pulseret deuterium-tritium neutronkilde i et polykeglelayout, forskerne udførte en række tests for at optimere modereringen, afskærmning og kollimering af enheden og probe konfigurationen for usikkerheder introduceret af disse justeringer. For at bekræfte enhedens nøjagtighed, de sammenlignede spektrale rekonstruktioner og testede enhedens isotopfølsomhed.

"Afhængig af formålet med ansøgningen, man kan bruge spektroskopisk radiografi til at bestemme de absolutte mængder og tætheder af individuelle isotoper, " sagde Danagoulian. "Det kan også bruges i traktatverifikationsøvelser, hvor en autentisk atomvåbenkomponent sammenlignes med den fra et kandidatsprænghoved."

Mens testene brugte sølv, wolfram og molybdæn, metoden kunne bruges til at identificere isotoper af plutonium eller uran i nukleare sprænghoveder eller beriget brændstof, samt tin, sølv eller guld på arkæologiske steder. Deres arbejde kunne også bruges til på lignende måde at reducere længderne af termiske neutronstrålelinjer.

Deres arbejde bruger rekonstruktioner af pulserende neutroners energier for at bestemme sammensætningen af ​​målmaterialer. Disse rekonstruktioner tillader analyse af det transmitterede spektrum og nukleare resonanser til stede i forskellige isotoper for at identificere den isotopiske sammensætning af materialet i målet.

Deres resultater viser, at enheden var vellykket. Det var i stand til præcist at differentiere forskellige isotoper og var følsomt over for variationer i isotopkoncentrationer.

Forfatterne planlægger at udføre eksperimentelle valideringer af ovenstående teknik ved hjælp af forskellige pulserende neutronkilder og neutrondetektorer.