研究人员已经证明了一种新型低能核反应成像技术的概念验证，该技术旨在检测到达美国港口的货物集装箱中存在“特殊核材料” - 武器级铀和钚。该方法依赖于中子和高能光子的组合来检测容器内的屏蔽放射性材料。
该技术可以使用单能伽马射线成像同时测量可疑材料的密度和原子序数，同时通过观察其独特的延迟中子发射特征来确认特殊核材料的存在。与常规使用的方法相比，新型辐射源的单能量性质可导致较低的辐射剂量。因此，该技术可以提高检测性能，同时避免对可能对辐射敏感的电子产品和其他货物造成伤害。
如果该技术可以在实际检查条件下扩大规模并得到证实，则可以大大提高防止危险核材料走私及其可能转移到恐怖主义集团的能力。
佐治亚理工学院George W. Woodruff机械工程学院助理教授Anna Erickson说：“一旦在武器级铀或钚周围放置重型屏蔽，使用围绕40英尺集装箱的辐射探测器被动地检测它们是非常困难的。” 。“应对这一挑战的一种方法是在材料中引发强烈的穿透性辐射信号，这需要外部辐射源。”
该技术开始于离子加速器产生氘核，氢的重同位素。氘核撞击由硼组成的目标，其产生中子和高能光子。所得颗粒聚焦成扇形梁，可用于扫描货物集装箱。
高能光子的传输可用于对货物集装箱内的材料进行成像，而光子和中子都会激发特殊的核材料 - 然后发射伽马射线和可在集装箱外探测到的中子。位于询问扇形光子束的视线内的透射成像探测器产生货物的图像。
“不同能量的伽马射线以非常不同的方式与物质相互作用，信号的衰减方式将是隐藏物质的原子序数及其潜在密度的非常好的指标，”埃里克森解释说。“我们可以观察这些粒子传播的特征，以了解我们正在研究的内容。”
当中子与裂变材料相互作用时，它们会引发裂变反应，产生瞬发和延迟的中子，尽管有屏蔽，但可以检测到这些中子。中子不会促使与铅等非裂变材料发生时间延迟反应，这表明可能用于发展核武器的材料在屏蔽内部。
“如果你有一些良性的东西，但是像钨一样重 - 而不是像铀一样沉重和屏蔽的东西，我们可以从中子的特征中看出来，”埃里克森说。“我们可以非常清楚地看到特殊核材料的特征是以延迟中子的形式出现。只有在存在特殊核材料的情况下才会发生这种情况。”
埃里克森说，早期主动检测放射性物质的努力使用X射线对货物集装箱进行成像，但这种技术在重度屏蔽方面存在困难，如果辐射剂量很高，可能会对货物造成伤害。因为它使用光子和中子的离散能量，所以新技术最大限度地减少了进入容器的能量。
乔治亚理工学院的研究人员 - 由埃里克森 - 以及密歇根大学和宾夕法尼亚州立大学领导 - 由核工程和放射科学教授伊戈尔·约万诺维奇领导 - 证明该技术在实验室环境中通过检测铀板和棒。
在与贝茨线性加速器中心的麻省理工学院合作进行的测试中，研究人员使用由离子加速器产生的扇形图案的颗粒，发射频率为4.4和15.1 MeV。颗粒通过屏蔽的放射性物质，另一侧用连接光电倍增管的Cherenkov石英探测器测量。
“这提供了物理学工作的证据，并且我们可以使用这些粒子来实际区分各种材料，包括特殊的核材料，”Jovanovic说。该技术尚未在钢制货物集装箱的现实条件下进行测试，但这种演示可能在不久的将来进行。