A maioria das medições de dados nucleares são realizadas em aceleradores grandes o suficiente para ocupar uma formação geológica com um quilômetro de largura, como o Los Alamos Neutron Science Center localizado em uma mesa no deserto. Mas um dispositivo portátil que pode revelar a composição de materiais rapidamente no local beneficiaria muito casos como em arqueologia e verificação de tratados de armas nucleares.

Pesquisa publicada esta semana em AIP Advances usaram simulações computacionais para mostrar que, com os ajustes geométricos corretos, é possível realizar análises precisas de transmissão de ressonância de nêutrons em um dispositivo de apenas 5 metros de comprimento.

"Esperávamos que fundos maciços diluíssem e contaminassem nosso sinal, e o trabalho de simulação inicial confirmou que a escala desses efeitos tornaria a técnica totalmente impossível, "disse o autor Areg Danagoulian." No entanto, a otimização cuidadosa das geometrias nos permitiu suprimir quase completamente esses efeitos, nos dando um sinal quase perfeito. "

Usando um modelo de uma fonte de nêutrons de deutério-trítio pulsado em um layout de polícona, os pesquisadores realizaram uma série de testes para otimizar a moderação, blindagem e colimação do dispositivo e sondar a configuração para as incertezas introduzidas por esses ajustes. Para confirmar a precisão do dispositivo, eles compararam reconstruções espectrais e testaram a sensibilidade isotópica do dispositivo.

“Dependendo do objetivo do aplicativo, pode-se usar radiografia espectroscópica para determinar as abundâncias e densidades absolutas de isótopos individuais, "Danagoulian disse." Também pode ser usado em exercícios de verificação de tratados, onde um componente de arma nuclear autêntico é comparado ao de uma ogiva candidata. "

Enquanto os testes usaram prata, tungstênio e molibdênio, o método poderia ser usado para identificar isótopos de plutônio ou urânio em ogivas nucleares ou combustível enriquecido, assim como estanho, prata ou ouro em sítios arqueológicos. Seu trabalho também poderia ser usado para reduzir de forma semelhante o comprimento das linhas de luz de nêutrons térmicos.

Seu trabalho usa reconstruções de tempo de vôo das energias de nêutrons pulsados ​​para determinar a composição dos materiais alvo. Essas reconstruções permitem a análise do espectro transmitido e das ressonâncias nucleares presentes em diferentes isótopos para identificar a composição isotópica do material no alvo.

Seus resultados mostram que o dispositivo foi bem-sucedido. Era capaz de diferenciar com precisão vários isótopos e era sensível a variações nas concentrações isotópicas.

Os autores planejam realizar validações experimentais da técnica acima usando várias fontes de nêutrons pulsados ​​e detectores de nêutrons.