Met een nieuwe techniek kunnen onderzoekers nucleair materiaal karakteriseren dat zich op een locatie bevond, zelfs nadat het nucleaire materiaal is verwijderd - een bevinding die aanzienlijke implicaties heeft voor nucleaire non-proliferatie en veiligheidstoepassingen.

"In principe, we kunnen nucleair materiaal zien dat er niet meer is, " zegt Robert Hayes, hoofdauteur van een paper waarin het werk wordt beschreven en een universitair hoofddocent nucleaire technologie aan de North Carolina State University. "Bijvoorbeeld, we konden een vuile bom identificeren en karakteriseren op basis van monsters genomen uit een kamer waarin de bom zich een jaar geleden bevond.

"Dit is een waardevol hulpmiddel voor hulpverleners, nucleaire non-proliferatie autoriteiten en forensisch, omdat het ons in staat stelt een ruwe momentopname te maken van de grootte van een stralingsbron, waar het zich bevond, hoe radioactief het is, en wat voor soort radioactief materiaal het is, "zegt Hayes.

De techniek maakt gebruik van het feit dat radioactief materiaal de rangschikking van valentie-elektronen - of buitenste elektronen - in isolatiematerialen verandert, zoals baksteen, porselein, glas - zelfs harde snoepjes. In principe, straling verplaatst elektronen op defecte plaatsen in de kristallijne structuur van deze materialen.

Door monsters te nemen van meerdere materialen in een ruimte, toepassing van conventionele stralingsdosimetrietechnieken, en evalueren hoe de elektronen op die defectlocaties zijn georganiseerd, onderzoekers kunnen de aanwezigheid en sterkte bepalen van nucleair materiaal dat zich in die kamer bevond.

"Als de monsters met regelmatige tussenpozen in een rasterpatroon werden genomen, het relatieve stralingsdosisprofiel kan worden gebruikt om te trianguleren waar in de kamer de bron zich bevond, in drie dimensies, ", zegt Hayes. "Het kan ook een heel ruw idee geven van de fysieke grootte van de bron, maar dat hangt van verschillende factoren af, zoals hoe dicht de bron was bij de materialen die werden bemonsterd."

Door een kernmonster van het isolatiemateriaal te nemen, en het meten van de stralingsdosis op verschillende diepten in het materiaal, onderzoek kan ook nagaan welk type stralingsbron aanwezig was. Dit is mogelijk omdat verschillende radioactieve materialen karakteristieke distributies van gammastraling hebben, Röntgenstralen, enzovoort., en elk type energie dringt door in materialen met verschillende sterktes.

"Dit is niet extreem nauwkeurig, maar het stelt ons wel in staat om belangrijke vragen te beantwoorden. Bijvoorbeeld, onderscheid te maken tussen verschillende soorten nucleair materiaal, zoals natuurlijk voorkomend, medisch, industrieel, en 'speciaal' nucleair materiaal – dat laatste wordt gebruikt voor kernwapens, "zegt Hayes.

"Dit is een proof of concept, " zegt Hayes. "We zijn nu gefocust op het verkennen van de detectiebeperkingen samen met ruimtelijke en energieresolutie, en hoe u deze aanpak in de toekomst kunt gebruiken.

"Maar dit is een groot probleem voor nucleaire non-proliferatie-inspanningen, omdat het betekent dat je nucleair materiaal niet meer in het geheim kunt behandelen, Hayes voegt eraan toe. "Het betekent dat de wereld nu dicht bedekt is door geïntegreerde gammastralingsspectrometers met lage resolutie, zodat we altijd terug kunnen gaan en meten wat aanwezig was. Er is geen verbergen."

De krant, "Retrospectieve beeldvorming en karakterisering van nucleair materiaal, " is gepubliceerd in het tijdschrift Gezondheidsfysica . Het artikel is mede-auteur van Sergey Sholom van de Oklahoma State University.