Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL) являются экспертами в области ядерной криминалистики: это искусство и наука извлечения информации о происхождении и истории ядерных материалов. Теперь у них появился новый метод, который можно добавить в их инструментарий.
В исследовании, опубликованном в Journal of Nuclear Materials, учёные из LLNL и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли описали, как синхротронная сканирующая просвечивающая рентгеновская микроскопия (СТXM) может идентифицировать химические состояния и примеси материалов на уровне отдельных частиц — разрешение, которого ранее никогда не достигали.
«СТXM позволяет нам увидеть детали в ядерных материалах, которые традиционные методы просто не могли обнаружить», — сказала ведущий автор и учёный LLNL Рэйчел Лим. «Эта способность точно определять химические состояния и примеси отдельных частиц знаменует собой крупный шаг вперёд в возможностях ядерной криминалистики».
Метод использует рентгеновский луч — сфокусированный до размеров булавочного укола шириной всего в десятки нанометров — от синхротрона для сканирования образца урана. Характеристики этого луча, генерируемого в источнике продвинутого света, позволяют команде достичь такого высокого разрешения.
Когда рентгеновские лучи проходят через образец, детекторы измеряют, сколько рентгеновских лучей поглощается в каждой точке материала для различных энергий рентгеновского излучения.
«Поскольку у каждого элемента есть свой уникальный профиль поглощения — как отпечаток пальца — СТXM может создавать подробные изображения и идентифицировать конкретные элементы и их химические состояния в очень малых областях образца», — сказала Лим.
С помощью этой техники авторы идентифицировали и количественно определили наиболее распространённые оксиды урана.
В сопутствующей статье, опубликованной в Journal of Vacuum Science & Technology A, они распространили этот подход на оксиды плутония, образованные при высокой влажности. В этом случае они обнаружили большое разнообразие среди отдельных частиц, включая фазы с железом.
СТXM может быть использован для быстрого и безопасного анализа микроскопических количеств ядерных материалов без повреждения образца. Однако для того, чтобы связать сигнатуры СТXM с происхождением и историей материала, потребуются справочные наборы данных.
«Химическое состояние и профиль примесей материала действуют как криминалистические сигнатуры, связывающие его с происхождением, обработкой и воздействием окружающей среды, но для осмысленной интерпретации требуются высококачественные справочные данные», — сказала Лим. «По мере того как будет доступно больше справочных данных, этот подход может стать стандартным инструментом для отслеживания истории и происхождения ядерных материалов, что облегчит их мониторинг и защиту».
Предоставлено Национальной лабораторией Лоуренса Ливермора.