Des physiciens de l'Université du Maryland ont mis au point une nouvelle méthode puissante pour détecter les matières radioactives. En utilisant un faisceau laser infrarouge pour induire un phénomène connu sous le nom de claquage par avalanche d'électrons à proximité du matériau, la nouvelle technique est capable de détecter à distance les matériaux protégés. Le procédé améliore les technologies actuelles qui nécessitent une proximité étroite avec la matière radioactive.

Avec des avancées techniques supplémentaires, la méthode pourrait être étendue et utilisée pour scanner les camions et les conteneurs d'expédition aux ports d'entrée, fournissant un nouvel outil puissant pour détecter caché, matière radioactive dangereuse. Les chercheurs ont décrit leurs expériences de preuve de concept dans un document de recherche publié le 22 mars. 2019 dans la revue Avancées scientifiques .

"Les méthodes de détection traditionnelles reposent sur une particule de désintégration radioactive interagissant directement avec un détecteur. Toutes ces méthodes diminuent en sensibilité avec la distance, " dit Robert Schwartz, un étudiant diplômé en physique à l'UMD et l'auteur principal du document de recherche. "L'avantage de notre méthode est qu'il s'agit par nature d'un processus à distance. Avec le développement ultérieur, il pourrait détecter des matières radioactives à l'intérieur d'une boîte de la longueur d'un terrain de football."

Comme les matières radioactives émettent des particules de désintégration, les particules dépouillent des électrons ou ionisent les atomes voisins dans l'air, créant un petit nombre d'électrons libres qui se fixent rapidement aux molécules d'oxygène. En focalisant un faisceau laser infrarouge dans cette zone, Schwartz et ses collègues ont facilement détaché ces électrons de leurs molécules d'oxygène, semant une augmentation rapide semblable à une avalanche d'électrons libres qui est relativement facile à détecter.

"Une avalanche d'électrons peut commencer avec un seul électron d'ensemencement. Parce que l'air à proximité d'une source radioactive contient des molécules d'oxygène chargées - même à l'extérieur d'un conteneur blindé - il offre la possibilité de semer une avalanche en appliquant un champ laser intense, " a déclaré Howard Milchberg, professeur de physique et de génie électrique et informatique à l'UMD et auteur principal du document de recherche, qui a aussi un rendez-vous à l'IREAP. "Les avalanches d'électrons ont été parmi les premières manifestations après l'invention du laser. Ce n'est pas un phénomène nouveau, mais nous sommes les premiers à utiliser un laser infrarouge pour amorcer un claquage d'avalanche pour la détection de rayonnement. La longueur d'onde infrarouge du laser est importante, car il peut facilement et spécifiquement détacher les électrons des ions oxygène.

Appliquer une intense, champ laser infrarouge fait osciller les électrons libres capturés dans le faisceau et entrer en collision avec des atomes à proximité. Lorsque ces collisions deviennent suffisamment énergiques, ils peuvent arracher plus d'électrons aux atomes.