Thiết bị NRL mới tăng cường khả năng đo đạc vật liệu hạt nhân

Các nhà nghiên cứu hợp tác ở Phòng thí nghiệm Hải quân Mỹ (NRL) đã thiết kế và lắp đặt một thiết bị mang tên NAUTILUS có những tính năng đo đạc mới, khác hẳn so với những thiết bị hiện có tại nhiều phòng thí nghiệm về đo đạc hạt nhân, vũ trụ/địa hóa và vật liệu điện tử.

 

Nhà vật lý Evan Groopman chuẩn bị mẫu hạt uranium để đo tại máy NAUTILUS ở Phòng thí nghiệm Phổ khối gia tốc tại Phòng thí nghiệm Hải quân Mỹ tại Washington D.C., vào ngày 5/9/2019. Nguồn: U.S. Navy/Nicholas E. M. Pasquini

Vào cuối năm ngoái, NRL đã tham gia một thí nghiệm quốc tế mang tên Chương trình đánh giá liên phòng thí nghiệm các dấu hiệu hạt nhân (Nuclear Signatures Inter- laboratory Measurement Evaluation Program NUSIMEP-9), chương trình do Bộ phận An ninh và An toàn hạt nhân của Hội đồng châu Âu tài trợ, nhằm đảm bảo cho nghiên cứu về các mẫu hạt vi mô với các tỷ lệ đồng vị uranium còn chưa được biết đến.

“NRL hiện đang có bản báo cáo cuối cùng từ NUSIMEP-9 và thấy rằng mình đã thực hiện tốt công việc của mình, nhận diện một cách đúng đắn tất cả những hợp chất chứa đồng vị uranium ‘con chưa được biết đến’”, David Willingham – một nhà hóa học và phụ trách Bộ phận Máy phổ khối gia tốc, nhận xét. “Trong trường hợp này, NRL đã sử dụng một máy phổ khối độc nhất vô nhị trên thế giới mang tên NAUTILUS để thực hiện các phép đo đạc, khi tham gia nhiệm vụ phân tích mà NUSIMEP-9 phân công”.

Các mẫu kiểm nghiệm của NUSIMEP-9 đã được chuẩn bị cho các mẫu thử môi trường/các nhiệm vụ an ninh hạt nhân, tương tự các hoạt động mà Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) đang tiến hành. Thực nghiệm này do Mạng lưới các phòng thí nghiệm phân tích của IAEA (NWAL) điều phối. Tuy không phải là một thành viên nhưng NRL đã có hợp tác với các phòng thí nghiệm này để phát triển những phân tích hạt mang uranium tốt hơn.

Thiết bị NAUTILUS có nhiều tính năng đo đạc mới, khác hẳn so với những thiết bị hiện có. Nguồn: U.S. Navy/Nicholas E. M. Pasquini

IAEA là cơ quan có trách nhiệm ngăn chặn việc phát triển vũ khí hạt nhân, một trong những cách làm của họ là thăm dò sớm việc sử dụng các vật liệu hạt nhân hoặc công nghệ hạt nhân. Các phân tích về các mẫu vật liệu hạt nhân và các mẫu môi trường của IAEA đóng vai trò thiết yếu trong những hoạt động này.

22 phòng thí nghiệm đã tham gia chương trình NUSIMEP-9, nhiều nơi đã thực hiện nhiều kiểu đo đạc trên các thiết bị được thiết kế và lắp đặt cho riêng các loại đo đạc này.

“NAUTILUS phù hợp với nhiều kiểu đo đạc – chúng tôi sử dụng nó để phân tích nhiều loại hợp chất của nhiều loại vật liệu khác nhau, bao gồm hạt nhân, điện tử và cả các vật liệu ngoài trái đất”, Evan Groopman, một nhà vật lý cho biết. “Chúng tôi rất vui với những kết quả này bởi nó cho thấy nhóm nghiên cứu có tinh thần cởi mở trong hợp tác của chúng tôi có thể vừa xây dựng một thiết bị tối tân cho ngành hải quân vừa có thể ứng dụng nó một cách rộng rãi cho nhiều vấn đề, có thể thực hiện tốt hoặc tốt hơn những phòng thí nghiệm vốn chỉ làm một kiểu phân tích trên các thiết bị thương mại”.

Nghiên cứu của David Willingham và Evan Groopman được đưa lên trang bìa của “Analyst”, tạp chí xuất bản công trình của họ “Direct, uncorrected, molecule-free analysis of 236U from uranium-bearing particles with NAUTILUS: a new kind of mass spectrometer.” . Credit: Analyst

Một yếu tố quan trọng của các hệ thống an toàn là việc IAEA thanh tra tình trạng vật chất của các cơ sở hạt nhân. Trong số các biện pháp đo đạc, các thanh tra IAEA có thể lấy các mẫu thử hạt nhân từ nhiều đểm trong chu trình nhiên liệu hạt nhân và thu thập các mẫu mỗi trường bằng việc trích mẫu từ các bề mặt từ nhiều địa điểm. Các mẫu này có thể là ở dạng khí, lỏng hay rắn được chuyển tới các nhà khoa học của IAEA để họ phân tích. Họ tập trung vào bổ cập đồng vị của uranium và plutonium chứa trong các mẫu này mà không biết nó được thu thập từ quốc gia nào. Các kết quả phân tích đã đem lại cho họ một công cụ giá trị để góp phần đưa ra các kết luận về việc đảm bảo cam kết một cách đúng đắn và đầy đủ của các quốc gia về vật liệu hạt nhân của các chính phủ và hỗ trợ đánh giá của IAEA là liệu các quốc gia đó có tuân thủ đúng yêu cầu an toàn hạt nhân hay không.

Để thực hiện chương trình này, các phòng thí nghiệm của IAEA đã tham gia mạng lưới Các phòng thí nghiệm phân tích, bao gồm 18 phòng thí nghiệm ở 9 quốc gia thành viên IAEA. Phòng thí nghiệm Mẫu môi trường ở Seibersdorf, Áo sẽ đón nhận và sàng lọc các mẫu này, sau đó chia sẻ các mẫu phân tích với các phòng thí nghiệm đối tác trong NWAL.

Phương Thanh dịch

Nguồn: https://phys.org/news/2019-10-nrl-instrument-ability-nuclear-materials.html