De meeste metingen van nucleaire gegevens worden uitgevoerd bij versnellers die groot genoeg zijn om een ​​geologische formatie van een kilometer breed te bezetten. zoals het Los Alamos Neutron Science Center op een mesa in de woestijn. Maar een draagbaar apparaat dat de samenstelling van materialen snel ter plaatse kan onthullen, zou veel voordelen opleveren voor gevallen zoals bij archeologie en verificatie van kernwapenverdragen.

Onderzoek deze week gepubliceerd in AIP-vooruitgang gebruikte computationele simulaties om aan te tonen dat met de juiste geometrische aanpassingen, het is mogelijk om nauwkeurige analyse van de transmissie van neutronenresonantie uit te voeren in een apparaat van slechts 5 meter lang.

"We verwachtten dat massale achtergronden ons signaal zouden verdunnen en besmetten, en vroeg simulatiewerk bevestigde dat de omvang van deze effecten de techniek volledig onmogelijk zou maken, " auteur Areg Danagoulian zei. "Echter, door zorgvuldige optimalisatie van de geometrieën konden we deze effecten bijna volledig onderdrukken, geeft ons een bijna perfect signaal."

Met behulp van een model van een gepulseerde deuterium-tritium-neutronenbron in een polycone-lay-out, de onderzoekers voerden een reeks tests uit om de moderatie te optimaliseren, afscherming en collimatie van het apparaat en onderzoek de configuratie op onzekerheden die door deze aanpassingen worden geïntroduceerd. Om de nauwkeurigheid van het apparaat te bevestigen, ze vergeleken spectrale reconstructies en testten de isotopische gevoeligheid van het apparaat.

"Afhankelijk van het doel van de toepassing, men kan spectroscopische radiografie gebruiken om de absolute abundanties en dichtheden van individuele isotopen te bepalen, "Zei Danagoulian. "Het kan ook worden gebruikt in verdragsverificatie-oefeningen, waar een authentieke kernwapencomponent wordt vergeleken met die van een kandidaat-kernkop."

Terwijl de tests zilver gebruikten, wolfraam en molybdeen, de methode kan worden gebruikt om isotopen van plutonium of uranium in kernkoppen of verrijkte brandstof te identificeren, evenals tin, zilver of goud op archeologische vindplaatsen. Hun werk zou ook kunnen worden gebruikt om de lengtes van thermische neutronenbundellijnen op dezelfde manier te verminderen.

Hun werk maakt gebruik van time-of-flight reconstructies van de energieën van gepulseerde neutronen om de samenstelling van doelmaterialen te bepalen. Deze reconstructies maken analyse mogelijk van het uitgezonden spectrum en nucleaire resonanties die aanwezig zijn in verschillende isotopen om de isotopische samenstelling van het materiaal in het doelwit te identificeren.

Hun resultaten tonen aan dat het apparaat succesvol was. Het was in staat om verschillende isotopen nauwkeurig te onderscheiden en was gevoelig voor variaties in isotopenconcentraties.

De auteurs zijn van plan om experimentele validaties van de bovenstaande techniek uit te voeren met behulp van verschillende gepulseerde neutronenbronnen en neutronendetectoren.