Нейтронное зрение: там, где не справляются рентгеновские лучи

В поисках новых возможностей по обнаружению и идентификации материалов, которые сложно визуализируются обычными технологиями DARPA объявило о приеме предложений по развитию портативных технологий визуализации нового поколения, которые смогут объединить возможности рентгеновского излучения и нейтронной радиографии. 

Пользу применения рентгенографии в множестве современных военных и гражданских решений трудно переоценить — от обнаружения микротрещин в крыльях самолетов и медицинской диагностики до сканирования авиабагажа. Но есть у рентгенографии и свои ограничения: с помощью этого метода довольно легко обнаружить тяжелые химические элемента, но рентген, увы, не так хорош для детектирования легких элементов, например, водорода. Вот почему рентгеновские аппараты не «видят» воду и другие жидкости. 

И наоборот. Нейтронная радиография, использующая пучок нейтронов для визуализации объектов, отлично «видит» легкие элементы и жидкости — в некоторых случаях возможен даже анализ атомарный состав материала. Но источники нейтронов не могут состязаться с рентгеновскими аппаратами в портативности и практичности — в некоторых случаях они достигают десятка метров в длину и нуждаются в мощных источниках питания для генерирования пучка нейтронов.

Современные аппараты для нейтронной радиографии обладают внушительными размерами

Новая программа DARPA под названием Intense and Compact Neutron Sources (ICONS) предполагает разработку портативного аппарата, способного генерировать нейтронное излучение и рентгеновские лучи. Такое устройство должно эффективно сочетать плюсы обеих технологий визуализации и обеспечивать более детальную радиографию в полевых условиях. 

«Мы находимся в поиске инновационных моделей и конструктивных методов, которые позволят уменьшить размеры нейтронного ускорителя с 10 и более метров до одного метра и менее — его размеры не должны превышать габариты современной портативной рентгеновской трубки, — рассказывает руководитель программы Винсент Танг (Vincent Tang). — Получение высокоэффективного направленного пучка нейтронов в очень компактной упаковке это сложнейшая задача. Но в случае успеха программы ICONS мы получим инструмент визуализации с большим потенциалом для служб национальной безопасности, пригодный для получения точный, детальных изображений объектов в любых условиях».  

По мнению Танга, инструмент, созданный в ходе реализации программы ICONS, поможет проводить неразрушающую оценку военного оборудования с точностью недоступной рентгенографии, обнаруживать протекания и коррозию крыльев на самолетах и сварных швов на кораблях. Нейтронная визуализация может также помочь в обнаружение взрывчатых веществ и контрабанды, определяя химических и атомный состав объектов или их содержимого. Такой инструмент найдет применение в криминалистике или установлении действительного происхождения веществ и компонентов, используемых в боеприпасах и военной электронике.

Слева: фото контейнера с лилиями, сделанное сверху с помощью обычной цифровой фотокамеры. Справа: система нейтронной визуализации запечатлела те же лилии сквозь свинцовые стенки контейнера. Иллюстрация демонстрирует способность нейтронов легко проникать сквозь непроницаемые для других технологий материалы и сохранять необходимые параметры для получения детальных изображений (видны прожилки на листьях цветов). Для улучшения контраста, необходимого при онлайн-просмотре, была слегка увеличена резкость изображения.