De flesta kärnkraftsdatamätningar utförs vid acceleratorer som är tillräckligt stora för att uppta en geologisk formation en kilometer bred, som Los Alamos Neutron Science Center som ligger på en mesa i öknen. Men en bärbar enhet som snabbt kan avslöja sammansättningen av material på plats skulle gynna fall som arkeologi och verifiering av kärnvapenavtal.

Forskning publicerad denna vecka i AIP Advances använde beräkningssimuleringar för att visa att med rätt geometriska justeringar, det är möjligt att utföra exakt neutronresonansöverföringsanalys i en enhet som bara är 5 meter lång.

"Vi förväntade oss att massiva bakgrunder skulle späda ut och förorena vår signal, och tidigt simuleringsarbete bekräftade att omfattningen av dessa effekter skulle göra tekniken helt omöjlig, "sade författaren Areg Danagoulian." Men noggrann optimering av geometrier gjorde att vi nästan helt kunde undertrycka dessa effekter, ger oss en nästan perfekt signal. "

Med hjälp av en modell av en pulserad deuterium-tritium-neutronkälla i en polykonlayout, forskarna utförde en serie tester för att optimera måttligheten, avskärmning och kollimering av enheten och undersök konfigurationen för osäkerheter som införs av dessa justeringar. För att bekräfta enhetens noggrannhet, de jämförde spektralrekonstruktioner och testade enhetens isotopkänslighet.

"Beroende på programmets mål, man kan använda spektroskopisk radiografi för att bestämma de absoluta förekomsterna och densiteterna för enskilda isotoper, "Sa Danagoulian." Det kan också användas i övningsverifieringsövningar, där en äkta kärnvapenkomponent jämförs med den från en kandidatstridsspets. "

Medan testerna använde silver, volfram och molybden, metoden kan användas för att identifiera isotoper av plutonium eller uran i kärnstridsspetsar eller berikat bränsle, liksom tenn, silver eller guld på arkeologiska platser. Deras arbete kan också användas för att på liknande sätt minska längden på termiska neutronstrålar.

Deras arbete använder rekonstruktioner vid tidpunkten för flygningen av pulserade neutroners energier för att bestämma sammansättningen av målmaterial. Dessa rekonstruktioner möjliggör analys av det överförda spektrumet och kärnresonanser som finns i olika isotoper för att identifiera isotopisk sammansättning av materialet i målet.

Deras resultat visar att enheten lyckades. Den kunde exakt differentiera olika isotoper och var känslig för variationer i isotopkoncentrationer.

Författarna planerar att utföra experimentella valideringar av tekniken ovan med hjälp av olika pulserade neutronkällor och neutrondetektorer.