La plupart des mesures de données nucléaires sont effectuées dans des accélérateurs suffisamment grands pour occuper une formation géologique d'un kilomètre de large, comme le Los Alamos Neutron Science Center situé sur une mesa dans le désert. Mais un appareil portable qui peut révéler la composition des matériaux rapidement sur place serait grandement bénéfique dans des cas tels que l'archéologie et la vérification des traités sur les armes nucléaires.

Recherche publiée cette semaine dans Avances AIP utilisé des simulations informatiques pour montrer qu'avec les bons ajustements géométriques, il est possible d'effectuer une analyse précise de la transmission par résonance neutronique dans un appareil de seulement 5 mètres de long.

"Nous nous attendions à ce que des arrière-plans massifs dilueraient et contamineraient notre signal, et les premiers travaux de simulation ont confirmé que l'ampleur de ces effets rendrait la technique totalement impossible, " a déclaré l'auteur Areg Danagoulian. " Cependant, une optimisation minutieuse des géométries nous a permis de supprimer presque complètement ces effets, nous donnant un signal presque parfait."

A l'aide d'un modèle de source pulsée de neutrons deutérium-tritium dans un schéma polycône, les chercheurs ont effectué une série de tests pour optimiser la modération, blindage et collimation de l'appareil et sonder la configuration pour les incertitudes introduites par ces réglages. Pour confirmer l'exactitude de l'appareil, ils ont comparé les reconstructions spectrales et testé la sensibilité isotopique de l'appareil.

"Selon l'objectif de l'application, on peut utiliser la radiographie spectroscopique pour déterminer les abondances et densités absolues des isotopes individuels, " Danagoulian a déclaré. " Il peut également être utilisé dans les exercices de vérification des traités, où un composant d'arme nucléaire authentique est comparé à celui d'une ogive candidate."

Alors que les tests utilisaient de l'argent, tungstène et molybdène, la méthode pourrait être utilisée pour identifier les isotopes du plutonium ou de l'uranium dans des têtes nucléaires ou du combustible enrichi, ainsi que l'étain, l'argent ou l'or dans les sites archéologiques. Leurs travaux pourraient également être utilisés pour réduire de la même manière les longueurs des lignes de faisceaux de neutrons thermiques.

Leurs travaux utilisent des reconstructions en temps de vol des énergies des neutrons pulsés afin de déterminer la composition des matériaux cibles. Ces reconstructions permettent d'analyser le spectre transmis et les résonances nucléaires présentes dans différents isotopes pour identifier la constitution isotopique du matériau dans la cible.

Leurs résultats montrent que l'appareil a réussi. Il était capable de différencier avec précision divers isotopes et était sensible aux variations des concentrations isotopiques.

Les auteurs prévoient d'effectuer des validations expérimentales de la technique ci-dessus en utilisant diverses sources de neutrons pulsés et détecteurs de neutrons.