La maggior parte delle misurazioni dei dati nucleari viene eseguita su acceleratori abbastanza grandi da occupare una formazione geologica larga un chilometro, come il Los Alamos Neutron Science Center situato su una mesa nel deserto. Ma un dispositivo portatile in grado di rivelare rapidamente la composizione dei materiali sul posto sarebbe di grande beneficio in casi come l'archeologia e la verifica del trattato sulle armi nucleari.

Ricerca pubblicata questa settimana in I progressi dell'AIP utilizzato simulazioni computazionali per dimostrare che con le giuste regolazioni geometriche, è possibile eseguire un'accurata analisi della trasmissione della risonanza neutronica in un dispositivo lungo appena 5 metri.

"Ci aspettavamo che sfondi enormi diluissero e contaminassero il nostro segnale, e i primi lavori di simulazione hanno confermato che la scala di questi effetti renderebbe la tecnica del tutto impossibile, " ha detto l'autore Areg Danagoulian. "Tuttavia, un'attenta ottimizzazione delle geometrie ha permesso di sopprimere quasi completamente questi effetti, dandoci un segnale quasi perfetto."

Utilizzando un modello di una sorgente pulsata di neutroni al deuterio-trizio in un layout policono, i ricercatori hanno eseguito una serie di test per ottimizzare la moderazione, schermatura e collimazione del dispositivo e sondare la configurazione per le incertezze introdotte da queste regolazioni. Per confermare la precisione del dispositivo, hanno confrontato le ricostruzioni spettrali e testato la sensibilità isotopica del dispositivo.

"A seconda dell'obiettivo dell'applicazione, si può usare la radiografia spettroscopica per determinare le abbondanze e le densità assolute dei singoli isotopi, " ha detto Danagoulian. "Può essere utilizzato anche negli esercizi di verifica dei trattati, dove un autentico componente di arma nucleare è paragonato a quello di una testata candidata".

Mentre i test usavano l'argento, tungsteno e molibdeno, il metodo potrebbe essere utilizzato per identificare isotopi di plutonio o uranio nelle testate nucleari o nel combustibile arricchito, così come lo stagno, argento o oro nei siti archeologici. Il loro lavoro potrebbe essere utilizzato anche per ridurre in modo simile le lunghezze delle linee di luce dei neutroni termici.

Il loro lavoro utilizza ricostruzioni a tempo di volo delle energie dei neutroni pulsati per determinare la composizione dei materiali bersaglio. Queste ricostruzioni consentono l'analisi dello spettro trasmesso e delle risonanze nucleari presenti nei diversi isotopi per identificare la composizione isotopica del materiale nel bersaglio.

I loro risultati mostrano che il dispositivo ha avuto successo. Era in grado di differenziare con precisione vari isotopi ed era sensibile alle variazioni delle concentrazioni isotopiche.

Gli autori prevedono di eseguire convalide sperimentali della tecnica di cui sopra utilizzando varie sorgenti di neutroni pulsate e rivelatori di neutroni.