Zie het neutron, het middelste kind van subatomaire deeltjes. Soms overschaduwd door zijn elektrisch geladen broers en zussen, het proton en het elektron, neutronen spelen stilletjes een belangrijke rol in de nationale veiligheid. Ze starten kernreacties voor wapens en energiecentrales. Ze bombarderen materialen voor nucleaire veiligheidstests. En nu hebben ze een nieuwe vaardigheid:vertellen of een verborgen, elektrische ontsteker is opgeladen.

Sandia quantum-sensing expert Yuan-Yu Jau helpt neutronen hun talent te ontwikkelen. Hij leidt een poging om een ​​nieuw soort op neutronen gebaseerd beeldvormingssysteem te bouwen. Wanneer je klaar bent, het stelt mensen in staat om verzegelde metalen dozen veilig te onderzoeken wanneer het openen ervan gevaarlijk kan zijn, of dat nu is omdat er een explosief wapen in zit of een defect, hoogspanningsvuur op een raketbereik.

"Er zijn geen andere technologieën die direct een elektrisch veld met fysieke barrières kunnen afbeelden, "Zei Jau. "Een voordeel van deze beeldtechnologie is dat het absoluut de grootte en richting van de elektrische velden kan bepalen."

Jau heeft al aangetoond dat neutronen de taak op grote schaal aankunnen, gespecialiseerde faciliteit - het National Institute of Standards and Technology Center for Neutron Research in Gaithersburg, Maryland. Hij onderzoekt momenteel hoe het systeem kan worden herontworpen tot een kleinere, bruikbaar prototype voor beveiligingstoepassingen.

Compacte neutronengeneratoren zijn in de handel verkrijgbaar voor laboratorium-, medische en industriële toepassingen, maar over het algemeen deze spugen neutronen uit met zoveel energie dat het beeldvormingssysteem ze niet kan manipuleren en analyseren. Jau werkt aan het bouwen van een aangepaste generator die neutronen met veel lagere energieën opgooit.

De National Nuclear Security Administration financiert zijn inspanningen.

Neutronenspin legt elektrische velden bloot

Een metalen doos, of kooi van Faraday, blokkeert elektromagnetische golven die proberen binnen te komen of te gaan. Dit verbergt elektrisch geladen apparaten binnenin en maakt het moeilijk om de inhoud te onderzoeken zonder de doos te openen. Geladen deeltjes zoals protonen en elektronen hebben moeite om door de barrière te dringen, die neutrale neutronen de kans geeft om te schitteren.

Neutronen gaan relatief gemakkelijk door metaal, en hoewel ze geen elektrische lading hebben, ze draaien wel. Die spin verandert een heel klein beetje als het deeltje door een elektrisch veld gaat. Jau profiteert van dit fenomeen door neutronen te polariseren, dus ze hebben allemaal dezelfde spin, en ze door een metalen doos afvuren op een detector aan de andere kant.

Sommige neutronen zullen de detector nooit bereiken omdat ze tegen het verborgen object botsen. De neutronen die het maken, creëren een röntgenachtig silhouet op de detector. Van deze deeltjes alle die ook door een elektrisch veld gaan, zullen een andere spin hebben wanneer ze de detector raken dan toen ze begonnen. Hierdoor ontstaat een tweede beeld dat laat zien waar elektrische velden zijn. Van dat plaatje, operators kunnen de spanning van het object ontcijferen en of het is opgeladen, zelfs als deze is uitgeschakeld of in de slaapstand staat.

Volgens Jau, neutronen kunnen ook op vergelijkbare manieren worden gebruikt voor andere toepassingen. Ze kunnen worden gebruikt om elektrische eigenschappen van nieuwe materialen te bestuderen, analyseer opslagcapaciteit in geavanceerde batterijen of diagnosticeer elektrische componenten van complexe, geassembleerde machines zonder ze te verwijderen.

"In praktijk, verschillende toepassingen vereisen verschillende elektrische veldgevoeligheid en beeldresolutie, "Zei Jau. "Het betekent niet dat onze proof-of-concept-demonstratie klaar is voor alle toepassingen. Verschillende daarvan kunnen al worden gedaan met behulp van de gedemonstreerde experimentele opstelling, maar sommige anderen vereisen verdere verbeteringen in de prestaties of in bruikbare technologieën."

Met andere woorden, het machtige neutron heeft in de toekomst misschien meer verrassende talenten om mee te pronken.