Pour la première fois, une équipe de scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) a développé un matériau plastique permettant de détecter des substances nucléaires telles que le plutonium et l’uranium.
La matière plastique nouvellement développée (Jacqueline McBride)
Selon le LLNL, l’équipe a développé un nouveau matériau plastique capable de distinguer efficacement les neutrons des rayons gamma, ce que l’on ne pensait pas possible auparavant.
Ce matériau, décrit dans le journal Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Apourrait aider à détecter les substances nucléaires susceptibles d’être utilisées dans des dispositifs nucléaires improvisés par des terroristes et à détecter les neutrons dans le cadre de grands projets scientifiques.
“L’opinion établie depuis les années 1950 est que les cristaux organiques et les scintillateurs liquides peuvent fonctionner pour détecter les neutrons, mais que les plastiques ne sont pas adaptés à la détection des neutrons”, a déclaré le Dr Natalia Zaitseva, auteur principal et scientifique des matériaux du LLNL.
Un scintillateur est un matériau spécial qui s’allume lorsqu’il est excité par un rayonnement ionisant.
“En étudiant des cristaux mixtes et des liquides mixtes, nous avons découvert que pour obtenir une discrimination des neutrons par rapport aux rayons gamma, nous devions augmenter la concentration de colorant dans les plastiques d’au moins dix fois par rapport à ce qui est généralement utilisé”, a expliqué le Dr Zaitseva.
Auteur principal, Dr. Natalia Zaitseva (Jacqueline McBride)
“Une discrimination efficace de la forme de l’impulsion (entre les neutrons et les rayons gamma), combinée à une fabrication facile et aux avantages du déploiement des plastiques par rapport aux liquides, pourrait conduire à une utilisation généralisée des nouveaux matériaux de discrimination de la forme de l’impulsion en tant que détecteurs de neutrons à grand volume et à faible coût “, ont écrit les scientifiques dans leur article.
“D’une certaine manière, c’est un moment particulièrement propice au développement d’une nouvelle méthode de détection des neutrons, étant donné les avantages et les inconvénients des méthodes actuelles”, a déclaré le Dr Stephen Payne, un autre chercheur en matériaux du LLNL.
Les plastiques ont une plus grande flexibilité dans leur composition et leur structure que les cristaux, et ne présentent aucun des risques associés aux scintillateurs liquides.
L’équipe a fait la démonstration d’un scintillateur en plastique capable de distinguer les neutrons des rayons gamma grâce à une matrice polymère en polyvinyltoluène chargée d’un colorant scintillant, le 2,5-diphényloxazole.
Ils ont constaté que les scintillateurs en plastique ont une résolution plus fine d’environ 20 % pour la discrimination des neutrons et des rayons gamma que les scintillateurs liquides.
En plus de découvrir des scintillateurs en plastique avec une discrimination efficace des rayons neutroniques et gamma, l’équipe a également découvert que cette discrimination peut être très sensible à certaines impuretés dans les cristaux.
“Lorsque nous avons commencé ce travail, on comprenait mal comment la discrimination de la forme des impulsions était affectée par la composition chimique des matériaux scintillants. Nous avons découvert certains des principes majeurs de l’interaction moléculaire qui déterminent la présence ou l’absence des propriétés de discrimination de forme d’impulsion dans les scintillateurs organiques”, a déclaré le Dr Zaitseva.
“Nous sommes très bons pour inventer des technologies, mais nous avons besoin de partenaires commerciaux pour mettre nos innovations sur le marché”, a conclu le Dr Payne.
