Equipos de emergencia nuclear, los especialistas en salvaguardias y otras personas pueden beneficiarse algún día de una teoría ampliada de la cadena de fisión nuclear y de detectores desarrollados por un equipo de físicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL).

Los científicos de Livermore han reforzado su teoría para comprender las cadenas de fisión nuclear:una cascada de núcleos atómicos que se dividen, cada uno iniciado por un neutrón, a lo largo del tiempo, como método para analizar materiales nucleares.

Dos materiales nucleares especiales de particular interés para aplicaciones de armas, el uranio altamente enriquecido (HEU) y el plutonio-239, son capaces de sustentar reacciones en cadena de fisión inducidas por neutrones y, a su vez, emitir ráfagas características de neutrones y rayos gamma.

Combinando su nueva teoría y detectores especiales, Los investigadores han desarrollado nuevas y poderosas herramientas que les permiten detectar y evaluar si los objetos desconocidos pueden contener materiales nucleares.

Su trabajo permite el análisis en tiempo real de materiales y dispositivos nucleares, además de la evaluación de sus configuraciones, mediante métodos de recuento de neutrones y rayos gamma.

Estas herramientas son útiles en una amplia gama de aplicaciones, incluido el control de armamentos y la seguridad fronteriza.

Gran parte de la teoría del equipo se ofreció en un 2015 Ciencias e Ingeniería Nuclear artículo de revista, donde describieron cómo las cadenas de fisión actúan a lo largo del tiempo dentro de los materiales fisibles. También describieron el patrón de sincronización de ráfagas de neutrones y rayos gamma emitidos por cadenas de fisión en HEU y plutonio.

En fisión, los neutrones y los rayos gamma se emiten en ráfagas en lugar de individualmente y las cadenas de fisión se producen cuando los neutrones emitidos provocan eventos de fisión adicionales en el material fisionable, amplificando el efecto de ráfaga.

Después de que el equipo publicó su teoría y continuó con sus experimentos, "Vimos algunos de los efectos de los moderadores y reflectores y sabíamos que necesitábamos refinar nuestra teoría para explicar estos efectos, "dijo el físico matemático de LLNL Kenneth Kim.

Moderadores que son materiales como alto explosivo y agua pesada, ralentizar el movimiento de los neutrones, mientras reflectores, metales como plomo y berilio, permitir que los neutrones vuelvan a su ubicación original.

"Con nuestra teoría, podemos resolver las correlaciones de neutrones y rayos gamma que ocurren en escalas de tiempo de nanosegundos (mil millonésimas de segundo), y procesos de dispersión que ocurren en escalas de tiempo de microsegundos más largos, "Dijo Kim." Con esta información, entonces podemos inferir la configuración geométrica de los materiales nucleares y su entorno ".

Les Nakae de LLNL, un físico experimental y líder de equipo, dijo que la teoría de su equipo "no solo describe la evolución temporal de las cadenas de fisión dentro de los materiales fisionables, pero también incluye los efectos importantes de los moderadores y reflectores que los rodean ".

Nakae elogió el trabajo de desarrollo de la teoría de Kim y los físicos teóricos Neal Snyderman y Manoj Prasad, diciendo:"No creo que haya ningún otro grupo en el mundo que podría haber avanzado esta teoría y sabría cómo aplicarla al problema de medición práctica para el conteo de rayos gamma y neutrones de nanosegundos. Solo LLNL tiene esta capacidad".

Más allá de su trabajo teórico, El equipo también ha estado desarrollando una matriz de centelleo líquido, que se enciende en presencia de radiación ionizante, y es capaz de contar neutrones y rayos gamma con una mil millonésima de segundo. Esta matriz les ha permitido probar su teoría completa con múltiples escalas de tiempo, ya que los neutrones pueden propagarse a través de varios materiales a diferentes velocidades.

Un instrumento de cuarta generación, La matriz de centelleo líquido (LSA) más nueva del equipo tiene aproximadamente tres pies de ancho por tres pies y medio de alto, utiliza aceite mineral y fue construido el año pasado. Se espera que se utilice para realizar mediciones de armas del arsenal nuclear de EE. UU. En julio en Pantex.

"Nuestras generaciones más nuevas de LSA están en proceso de ser sacadas del laboratorio y utilizadas en condiciones de campo del mundo real. Queremos determinar cuáles son los mejores materiales y paquetes para usar en el campo, "Nakae señaló, agregando que podrían usar cristales y / o tecnologías de detección de radiación plástica desarrolladas por otros científicos del LLNL.

Para que su instrumento esté disponible para el trabajo de campo, el equipo busca hacerlo resistente, y capaz de trabajar en diferentes condiciones climáticas. Los investigadores también están trabajando para que los no expertos puedan operarlo después de meses de inactividad. y tener procesamiento automatizado de datos.

"Lo que estamos haciendo es adaptar nuestros algoritmos y nuestras técnicas para hacerlos más robustos, para que podamos llevar nuestros sistemas al campo, ", Explicó Nakae." Nuestra esperanza es que algún día nuestros instrumentos de campo tengan las mismas capacidades que nuestros instrumentos de laboratorio ya han demostrado ".

La teoría de la fisión nuclear y el instrumento LSA se pueden utilizar en el trabajo de verificación de salvaguardias y tratados. Puede determinar si hay material fisible en una ojiva nuclear y la masa del material fisible.

"La tecnología puede ayudarnos a determinar si un dispositivo desconocido es un arma nuclear y una amenaza, o no una amenaza, "Dijo Nakae.