Veja o nêutron, o filho do meio das partículas subatômicas. Às vezes ofuscado por seus irmãos eletricamente carregados, o próton e o elétron, nêutrons discretamente desempenham papéis importantes na segurança nacional. Eles iniciam reações nucleares para armas e usinas de energia. Eles bombardeiam materiais para testes de segurança nuclear. E agora eles têm uma nova habilidade:dizer se um escondido, detonador elétrico está carregado.

O especialista em sensoriamento quântico da Sandia, Yuan-Yu Jau, está ajudando os nêutrons a desenvolver seu talento. Ele está liderando um esforço para construir um novo tipo de sistema de imagem baseado em nêutrons. Quando terminado, permitirá que as pessoas examinem com segurança as caixas de metal lacradas quando abri-las pode ser perigoso, seja porque dentro há uma arma explosiva ou com defeito, fogo de alta voltagem colocado ao alcance de um míssil.

“Não existem outras tecnologias que possam visualizar diretamente um campo elétrico com barreiras físicas, "Jau disse." Uma vantagem desta tecnologia de imagem é que ela pode determinar absolutamente as magnitudes e direções dos campos elétricos. "

Jaú já mostrou que os nêutrons estão à altura da tarefa em geral, instalação especializada - o Instituto Nacional de Padrões e Centro de Tecnologia para Pesquisa de Nêutrons em Gaithersburg, Maryland. Ele está atualmente explorando como redesenhar o sistema em um menor, protótipo em campo para aplicações de segurança.

Geradores de nêutrons compactos estão disponíveis comercialmente para laboratórios, usos médicos e industriais, mas em geral, esses nêutrons expelem nêutrons com tanta energia que o sistema de imagem não consegue manipulá-los e analisá-los. Jau está trabalhando para construir um gerador personalizado que lança nêutrons com energias muito mais baixas.

A Administração de Segurança Nuclear Nacional está financiando seus esforços.

A rotação de nêutrons expõe campos elétricos

Uma caixa de metal, ou gaiola de Faraday, bloqueia as ondas eletromagnéticas que tentam entrar ou sair. Isso oculta dispositivos eletricamente carregados dentro e torna o conteúdo difícil de sondar sem abrir a caixa. Partículas carregadas como prótons e elétrons têm problemas para penetrar na barreira, o que dá aos nêutrons neutros a oportunidade de brilhar.

Os nêutrons passam através do metal com relativa facilidade, e embora não tenham carga elétrica, eles giram. Esse spin muda ligeiramente quando a partícula passa por um campo elétrico. Jaú aproveita esse fenômeno polarizando nêutrons, então todos eles têm o mesmo giro, e dispará-los através de uma caixa de metal em um detector do outro lado.

Alguns dos nêutrons nunca chegarão ao detector porque colidem com o objeto oculto. Os nêutrons que o formam criam uma silhueta semelhante a um raio-X no detector. Dessas partículas, qualquer um que também passar por um campo elétrico terá um giro diferente ao atingir o detector do que quando começou. Isso cria uma segunda imagem que mostra onde estão os campos elétricos. A partir dessa foto, operadores podem decifrar a voltagem do objeto e se ele está carregado, mesmo se estiver desligado ou no modo de suspensão.

De acordo com Jau, nêutrons também podem ser usados ​​de maneiras semelhantes para outras aplicações. Eles podem ser usados ​​para estudar as propriedades elétricas de novos materiais, analisar a capacidade de armazenamento em baterias avançadas ou diagnosticar componentes elétricos complexos, máquinas montadas sem removê-las.

"Na prática, diferentes aplicações requerem diferentes sensibilidade de campo elétrico e resolução de imagem, "Jau disse." Isso não significa que nossa demonstração de prova de conceito esteja pronta para todas as aplicações. Vários deles já podem ser feitos usando a configuração experimental demonstrada, mas alguns outros requerem melhorias adicionais no desempenho ou nas tecnologias de campo. "

Em outras palavras, o poderoso nêutron pode ter mais talentos surpresa para exibir no futuro.