Voici le neutron, l'enfant du milieu des particules subatomiques. Parfois éclipsé par ses frères et sœurs chargés électriquement, le proton et l'électron, les neutrons jouent discrètement un rôle important dans la sécurité nationale. Ils déclenchent des réactions nucléaires pour les armes et les centrales électriques. Ils bombardent des matériaux pour des essais de sécurité nucléaire. Et maintenant, ils ont une nouvelle compétence:dire si un caché, le détonateur électrique est chargé.

L'expert en détection quantique de Sandia, Yuan-Yu Jau, aide les neutrons à développer leur talent. Il dirige un effort pour construire un nouveau type de système d'imagerie à base de neutrons. Une fois terminé, il permettra aux gens d'examiner en toute sécurité des boîtes métalliques scellées lorsque leur ouverture pourrait être dangereuse, que ce soit parce qu'il y a à l'intérieur une arme explosive ou un dysfonctionnement, feu à haute tension déclenché sur un champ de tir de missiles.

"Il n'y a pas d'autres technologies qui peuvent directement imager un champ électrique avec des barrières physiques, " a déclaré Jau. " L'un des avantages de cette technologie d'imagerie est qu'elle peut absolument déterminer les amplitudes et les directions des champs électriques. "

Jau a déjà montré que les neutrons sont à la hauteur de la tâche en général, installation spécialisée - le National Institute of Standards and Technology Center for Neutron Research à Gaithersburg, Maryland. Il explore actuellement comment reconcevoir le système en un système plus petit, prototype utilisable sur le terrain pour les applications de sécurité.

Des générateurs de neutrons compacts sont disponibles dans le commerce pour le laboratoire, usages médicaux et industriels, mais en gros, ceux-ci crachent des neutrons avec tellement d'énergie que le système d'imagerie ne peut pas les manipuler et les analyser. Jau travaille à la construction d'un générateur personnalisé qui projette des neutrons avec des énergies beaucoup plus faibles.

La National Nuclear Security Administration finance ses efforts.

Le spin des neutrons expose des champs électriques

Une boîte en métal, ou cage de Faraday, bloque les ondes électromagnétiques qui tentent d'entrer ou de sortir. Cela dissimule les appareils chargés électriquement à l'intérieur et rend le contenu difficile à sonder sans ouvrir la boîte. Les particules chargées comme les protons et les électrons ont du mal à pénétrer la barrière, qui donne aux neutrons neutres la possibilité de briller.

Les neutrons traversent le métal avec une relative facilité, et bien qu'ils n'aient pas de charge électrique, ils tournent. Ce spin change très légèrement lorsque la particule traverse un champ électrique. Jau profite de ce phénomène en polarisant les neutrons, donc ils ont tous le même spin, et les tirer à travers une boîte métallique dans un détecteur de l'autre côté.

Certains des neutrons n'atteindront jamais le détecteur car ils heurtent l'objet caché. Les neutrons qui le composent créent une silhouette semblable à un rayon X sur le détecteur. Parmi ces particules, tous ceux qui passent également à travers un champ électrique auront une rotation différente lorsqu'ils heurtent le détecteur que lorsqu'ils démarrent. Cela crée une deuxième image qui montre où se trouvent les champs électriques. De cette image, les opérateurs peuvent déchiffrer la tension de l'objet et s'il est chargé, même s'il est éteint ou en mode veille.

Selon Jau, les neutrons pourraient également être utilisés de manière similaire pour d'autres applications. Ils pourraient être utilisés pour étudier les propriétés électriques de nouveaux matériaux, analyser la capacité de stockage dans des batteries avancées ou diagnostiquer des composants électriques de complexes, machines assemblées sans les démonter.

"En pratique, différentes applications nécessitent une sensibilité au champ électrique et une résolution d'imagerie différentes, " a déclaré Jau. " Cela ne signifie pas que notre démonstration de validation de concept est prête pour toutes les applications. Plusieurs d'entre eux peuvent déjà être réalisés en utilisant le montage expérimental démontré, mais d'autres nécessitent d'autres améliorations des performances ou des technologies utilisables sur le terrain."

En d'autres termes, le puissant neutron pourrait avoir plus de talents surprises à montrer à l'avenir.