Los investigadores han demostrado una prueba de concepto para una novedosa técnica de imagen de reacción nuclear de baja energía diseñada para detectar la presencia de "materiales nucleares especiales" - uranio y plutonio de grado de armas - en contenedores de carga que llegan a los puertos de los Estados Unidos. El método se basaen una combinación de neutrones y fotones de alta energía para detectar materiales radiactivos protegidos dentro de los contenedores.
La técnica puede medir simultáneamente la densidad del material sospechoso y el número atómico utilizando imágenes de rayos gamma monoenergéticos, al tiempo que confirma la presencia de materiales nucleares especiales al observar su firma única de emisión de neutrones retardados. La naturaleza monoenergética de la nueva fuente de radiación podríadar como resultado una dosis de radiación más baja en comparación con los métodos empleados convencionalmente. Como resultado, la técnica podría aumentar el rendimiento de detección al tiempo que evita daños a la electrónica y otras cargas que pueden ser sensibles a la radiación.
Si la técnica se puede ampliar y probar en condiciones de inspección reales, podría mejorar significativamente la capacidad de evitar el contrabando de materiales nucleares peligrosos y su posible desvío a grupos terroristas.
Apoyado por la National Science Foundation y el Departamento de Seguridad Nacional de EE. UU., La investigación se informó el 18 de abril de 2016 en la revista Nature Informes científicos . Científicos del Instituto de Tecnología de Georgia, la Universidad de Michigan y la Universidad Estatal de Pensilvania llevaron a cabo esta investigación, que se cree que es el primer esfuerzo exitoso para identificar e imaginar el uranio usando este enfoque.
"Una vez que se coloca un blindaje pesado alrededor de uranio o plutonio de grado de armas, es muy difícil detectarlos de manera pasiva usando detectores de radiación que rodean un contenedor de carga de 40 pies", dijo Anna Erickson, profesora asistente en la Escuela de George W. Woodruff de Georgia Tech.Ingeniería Mecánica: "Una forma de abordar este desafío es inducir la emisión de una señal de radiación intensa y penetrante en el material, que requiere una fuente externa de radiación".
La técnica comienza con un acelerador de iones que produce deuterones, isótopos pesados de hidrógeno. Los deuterones inciden en un objetivo compuesto de boro, que produce neutrones y fotones de alta energía. Las partículas resultantes se enfocan en un haz en forma de abanico que podría serutilizado para escanear el contenedor de carga.
La transmisión de fotones de alta energía se puede utilizar para obtener imágenes de los materiales dentro del contenedor de carga, mientras que los fotones y los neutrones excitan el material nuclear especial, que luego emite rayos gamma y neutrones que se pueden detectar fuera del contenedor.los detectores ubicados en la línea de visión del haz de fotones del ventilador que interroga crean la imagen de la carga.
"Los rayos gamma de diferentes energías interactúan con el material de maneras muy diferentes, y la forma en que se atenúan las señales será un muy buen indicador de cuál es el número atómico del material oculto y su densidad potencial", explicó Erickson."Podemos observar las características de transmisión de estas partículas para entender lo que estamos viendo".
Cuando los neutrones interactúan con materiales fisibles, inician una reacción de fisión, generando neutrones rápidos y retardados que pueden detectarse a pesar del blindaje. Los neutrones no provocan una reacción retardada con materiales no fisionables como el plomo, proporcionandoun indicador de que los materiales de uso potencial para el desarrollo de armas nucleares están dentro del blindaje.
"Si tienes algo benigno, pero pesado, como el tungsteno, por ejemplo, frente a algo pesado y protegido como el uranio, podemos verlo por las firmas de los neutrones", dijo Erickson. "Podemos ver la firma de un especialmateriales nucleares muy claramente en forma de neutrones retardados. Esto sucede solo si hay materiales nucleares especiales presentes ".
Los esfuerzos anteriores para la detección activa de materiales radiactivos utilizaron rayos X para obtener imágenes de los contenedores de carga, pero esa técnica tenía dificultades con el blindaje pesado y podría dañar la carga si la dosis de radiación era alta, dijo Erickson. Debido a que utiliza energías discretas delos fotones y neutrones, la nueva técnica minimiza la cantidad de energía que ingresa al contenedor.
Investigadores de Georgia Tech, liderados por Erickson, y de la Universidad de Michigan y la Penn State University, liderados por Igor Jovanovic, profesor de ingeniería nuclear y ciencias radiológicas, demostraron que la técnica funciona en un laboratorio al detectar uranioplacas y varillas.
En las pruebas realizadas en colaboración con el Instituto de Tecnología de Massachusetts en el Centro de Acelerador Lineal de Bates, los investigadores utilizaron un patrón de partículas en forma de abanico creado por un acelerador de iones y emitido a 4.4 y 15.1 MeV. Las partículas pasaron a través de un radioactivo blindadomaterial, y se midieron en el otro lado con detectores de cuarzo Cherenkov conectados a tubos fotomultiplicadores.
"Esto proporcionó pruebas de que la física funciona y de que podemos utilizar estas partículas para distinguir realmente entre varios materiales, incluidos los materiales nucleares especiales", dijo Jovanovic. La técnica aún no se ha probado en las condiciones reales de un acerocontenedor de carga, pero tal demostración puede tener lugar en el futuro cercano.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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