Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) впервые успешно продемонстрировали, что нейтроны, полученные с помощью импульсного лазера, могут быть использованы в качестве эффективного средства обнаружения незаконно перевозимых ядерных материалов.
Для получения нейтронов ученые направляли излучение мощной импульсной лазерной установки TRIDENT на мишень – пленку толщиной 0,3 мкм из дейтерированного пластика – материала, в состав которого вместо обычного водорода входит его тяжелый изотоп – дейтерий. Импульс излучения длительностью 0,5 пикосекунд, мощность которого в 50 раз превышает суммарную мощность всех электростанций мира, фокусировался в пятно размером в 12 раз меньше сечения человеческого волоса.
Большая часть энергии сверхмощного светового импульса передавалась ядрам дейтерия мишени, разгоняя их до скорости, достигающей одной десятой скорости света. Ядра дейтерия, сталкиваясь со второй, металлической, мишенью, расположенной в 5 мм за первой, порождали поток очень быстрых нейтронов, имеющий форму расходящегося под углом около 30⁰ конического пучка. Количество нейтронов в таком пучке – более 40 миллиардов, а их энергия, превышающая 150 МэВ, оказалась более чем в десять раз выше энергии нейтронов, полученных в реакции ядерного синтеза на экспериментальной установке NIF.
Нейтроны, полученные от лазерного источника, использовались в эксперименте по обнаружению делящихся ядерных материалов, спрятанных в закрытом контейнере. Нейтроны проникают сквозь стенки контейнера и, взаимодействуя с ядерным материалом, если он там есть, заставляют делиться его ядра. Реакция деления тоже порождает нейтроны, некоторые из которых испускаются ядрами не сразу, а с задержкой, достигающей нескольких секунд.
Обнаружение детекторами таких запаздывающих нейтронов сигнализирует о наличии в контейнере делящихся материалов. Как было продемонстрировано экспериментаторами, данный метод позволяет не только определить, есть ли вообще ядерные материалы в контейнере, но и оценить их количество.
Ранее считалось, что активные методы обнаружения ядерных материалов не имеют практических перспектив, так как требуют строительства гигантских стационарных установок или больших затрат времени при использовании маломощных нейтронных генераторов.
Исследования, проведенные на установке TRIDENT, доказали возможность создания практичных активных детекторов с лазерной генерацией нейтронов, которые могут быть установлены на пунктах пограничного контроля.