Se neutronen, subatomära partiklars mellanbarn. Ibland överskuggas protonen och elektronen av sina elektriskt laddade syskon, neutroner spelar tyst viktiga roller i nationell säkerhet. De startar kärnreaktioner för vapen och kraftverk. De bombarderar material för kärnsäkerhetstester. Och nu har de en ny färdighet:att berätta om en dold, den elektriska sprängkapseln är laddad.

Sandias kvantavkänningsexpert Yuan-Yu Jau hjälper neutroner att utveckla sin talang. Han leder ett försök att bygga en ny typ av neutronbaserat bildsystem. När det är färdigt, det kommer att göra det möjligt för människor att säkert undersöka förseglade metalllådor när det kan vara farligt att öppna dem, oavsett om det beror på att inuti finns ett explosivt vapen eller en funktionsfel, högspänningsbrand anlagd på ett missilområde.

"Det finns inga andra tekniker som direkt kan avbilda ett elektriskt fält med fysiska barriärer, "Sade Jau. "En fördel med denna bildteknik är att den absolut kan bestämma storleken och riktningarna för de elektriska fälten."

Jau har redan visat att neutroner klarar uppgiften i stort, specialiserad anläggning - National Institute of Standards and Technology Center for Neutron Research i Gaithersburg, Maryland. Han undersöker för närvarande hur man kan designa om systemet till ett mindre, fältbar prototyp för säkerhetsapplikationer.

Kompakta neutrongeneratorer finns kommersiellt tillgängliga för laboratorier, medicinska och industriella användningar, men i stort sett, dessa spottar ut neutroner med så mycket energi att bildsystemet inte kan manipulera och analysera dem. Jau arbetar för att bygga en anpassad generator som kastar neutroner med mycket lägre energi.

National Nuclear Security Administration finansierar hans ansträngningar.

Neutronspinn exponerar elektriska fält

En metalllåda, eller Faraday bur, blockerar elektromagnetiska vågor som försöker komma in eller ut. Detta döljer elektriskt laddade enheter inuti och gör innehållet svårt att sondera utan att öppna lådan. Laddade partiklar som protoner och elektroner har problem med att penetrera barriären, vilket ger neutrala neutroner möjlighet att lysa.

Neutroner passerar relativt lätt genom metall, och även om de inte har en elektrisk laddning, de snurrar. Det snurrandet ändras lite när partikeln passerar genom ett elektriskt fält. Jau drar fördel av detta fenomen genom att polarisera neutroner, så de har alla samma snurr, och avfyra dem genom en metalllåda in i en detektor på andra sidan.

Vissa av neutronerna kommer aldrig fram till detektorn eftersom de stöter på det dolda föremålet. Neutronerna som gör den skapar en röntgenliknande siluett på detektorn. Av dessa partiklar, alla som också passerar genom ett elektriskt fält kommer att ha en annan snurr när de träffar detektorn än när de startade. Detta skapar en andra bild som visar var elektriska fält finns. Från den bilden, operatörer kan dechiffrera objektets spänning och om det är laddat, även om den är avstängd eller i viloläge.

Enligt Jau, neutroner kan också användas på liknande sätt för andra tillämpningar. De kan användas för att studera elektriska egenskaper hos nya material, analysera lagringskapacitet i avancerade batterier eller diagnostisera elektriska komponenter av komplexa, monterade maskiner utan att ta bort dem.

"I praktiken, olika applikationer kräver olika elektriska fältkänslighet och bildupplösning, " sa Jau. "Det betyder inte att vår proof-of-concept demonstration är redo för alla applikationer. Flera av dem kan redan göras med den demonstrerade experimentuppställningen, men vissa andra kräver ytterligare förbättringar i prestanda eller i fältbar teknik."

Med andra ord, den mäktiga neutronen kan ha fler överraskande talanger att visa upp i framtiden.