Les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) sont des experts en criminalistique nucléaire: l'art et la science de l'extraction d'informations sur la provenance et l'histoire des matières nucléaires. Maintenant, ils ont une nouvelle technique à ajouter à leur boîte à outils.
Dans une étude publiée dans le Journal of Nuclear MaterialsLLNL et Lawrence Berkeley National Laboratory Scientists ont décrit comment la microscopie à rayons X à transmission de balayage basée sur le synchrotron (STXM) peut identifier les états chimiques et les impuretés matérielles à l'échelle des particules individuelles – une résolution jamais atteinte auparavant.
« STXM nous permet de voir des détails sur les matières nucléaires que les méthodes traditionnelles ne pouvaient tout simplement pas détecter », a déclaré l'auteur principal et scientifique du LLNL Rachel Lim. « Cette capacité à identifier les états chimiques et les impuretés des particules individuelles marque une avancée majeure pour les capacités de légiste nucléaire. »
La méthode utilise un faisceau de rayons X – focalisé jusqu'à un piqûre d'épingle qui ne représente que des dizaines de nanomètres de large – d'un synchrotron pour scanner à travers un échantillon d'uranium. Les caractéristiques de ce faisceau, générées à la source de lumière avancée, permettent à l'équipe d'atteindre cette résolution supérieure.
Lorsque les rayons X traversent l'échantillon, les détecteurs mesurent le nombre de rayons X absorbés à chaque point du matériau pour plusieurs énergies aux rayons X.
« Parce que chaque élément a son propre profil d'absorption unique – comme une empreinte digitale – STXM peut créer des images détaillées et identifier les éléments spécifiques et leurs états chimiques dans de très petites régions de l'échantillon », a déclaré Lim.
Avec cette technique, les auteurs ont identifié et quantifié les oxydes d'uranium les plus courants.
Dans un journal de compagnie, publié dans le Journal of Vacuum Science & Technology Ails ont étendu l'approche des oxydes de plutonium formés en humidité élevée. Dans ce cas, ils ont trouvé une grande variété parmi les particules individuelles, y compris des phases avec du fer.
Le STXM peut être utilisé pour analyser rapidement et en toute sécurité les quantités infimes de matières nucléaires sans endommager l'échantillon. Mais des ensembles de données de référence seront nécessaires pour connecter les signatures STXM à la provenance et à l'historique d'un matériel.
« L'état chimique et le profil d'impureté d'un matériel agissent comme des signatures médico-légales le liant à son origine, son traitement et son exposition environnementale, mais une interprétation significative nécessite des données de référence de haute qualité », a déclaré Lim. « À mesure que davantage de données de référence deviennent disponibles, cette approche pourrait devenir un outil standard pour retracer l'histoire et les origines des matières nucléaires, ce qui facilite les surveiller et les protéger. »
