Mới đây, các kỹ sư từ Đại học Lancaster ở Anh hợp tác với Viện Jožef Stefan ở Slovenia đã thành công trong việc sử dụng bức xạ hạt nhân để truyền thông tin mã hóa kỹ thuật số không dây thay vì công nghệ thông thường hiện nay. Không chỉ có sóng vô tuyến và tín hiệu điện thoại di động dựa vào bức xạ điện từ để truyền thông tin mà “neutron nhanh” cũng hoàn toàn có thể thực hiện được điều tương tự.
Các neutron nhanh có khả năng lan truyền trong không gian, tương tác rõ rệt với các đặc tính của bức xạ điện từ, dạng cơ bản của hầu hết các hệ thống thông tin liên lạc không dây. Các kỹ sư từ Đại học Lancaster ở Anh hợp tác với Viện Jožef Stefan đã nghiên cứu và cho ra cấu hình hoạt động của một thiết bị đo đạc hạt nhân được thiết kế để truyền thông tin mã hóa kỹ thuật số bằng neutron nhanh. Họ chứng minh được tiềm năng của bức xạ neutron nhanh như một phương tiện truyền thông không dây cho các ứng dụng mà việc truyền điện từ thông thường không khả thi hoặc bị hạn chế.
Neutron nhanh có khả năng di chuyển tốt trong không gian. Tuy nhiên, việc neutron nhanh được coi là một phương tiện tiềm năng truyền thông không dây cho đến nay vẫn còn hạn chế do: (i) việc sử dụng các nguồn neutron nhanh (> 100 keV) được quản lý chặt chẽ vì lý do an ninh và rủi ro phơi nhiễm; (ii) việc phát hiện neutron nhanh hiệu quả, đồng bộ, thường phức tạp và (iii) sự cố kết theo thời gian của trường neutron nhanh được điều tiết có thể bị suy giảm đáng kể do tán xạ với các vật liệu và cấu trúc xung quanh. Máy phát neutron xung thu nhỏ, tương thích với các mạch tích hợp và tạo ra thông lượng neutron thấp trở lên triển vọng khi giải quyết được các yêu cầu trên và đầy tiềm năng khi có thể tích hợp các nguồn neutron vào các hệ thống truyền thông tin hiện đại hiện nay.
Các nhà nghiên cứu đã đo sự phát xạ tự phát của neutron nhanh từ californium-252, một đồng vị phóng xạ được tạo ra trong các lò phản ứng hạt nhân. Lượng bức xạ phát tán được đo bằng các đầu dò chuyên dụng và ghi lại các bộ thông tin vào cơ sở dữ liệu. Thông tin ở dang từ ngữ, chữ cái hay con số được chọn ngẫu nhiên và đã được mã hóa tuần tự theo trường neutron, trong khi dữ liệu đầu ra được giải mã trên máy tính và khôi phục thông tin mã hóa trên màn hình. Các thử nghiệm được tiến hành đã chứng minh khả năng truyền thông tin của neutron nhanh và kỹ thuật đó đạt hiệu quả 100%.
Giao thức truyền dẫn không dây
Cách tiếp cận cơ bản là sự dẫn truyền sang miền điện từ với dòng truyền thông tin thông thường đã được điều chỉnh để điều biến trường neutron nhanh. Sau đó neutron nhanh được ghi nhận theo sự biến đổi chuỗi thời gian được giải mã để khôi phục tín hiệu. Vì neutron không mang điện, nên không thể điều chuyển trực tiếp trên cơ sở điện từ và do đó cần phải có trở trường neutron xuất phát từ nguồn đồng vị bằng cách sử dụng một thiết bị chuẩn trực động hoặc bằng cách phát xung dựa trên máy gia tốc. Loại thứ hai được mô tả cho trường hợp giả định về hai máy phát điện tạo thành một chuỗi thu phát hai chiều. Hình dưới đây trình bày cách thiết lập thử nghiệm được sử dụng trong nghiên cứu này, bao gồm: sơ đồ khối (a) mô tả các miền phát hiện và truyền thông tin; giai đoạn mã hóa được thực hiện bởi một bộ cắt neutron được thiết kế và chế tạo đặc biệt (b) bao gồm một khối polyetylen đưa vào vị trí tương ứng với các yêu cầu của tín hiệu được mã hóa; chi tiết hệ thống hiển thị nguồn, bộ điều chế (bộ suy giảm và pít-tông), đầu dò và ống nhân quang (PMT), máy phân tích trường hỗn hợp PSD (c); và bộ điều chế (d).
Bố trí thí nghiệm. (a) Luồng thông tin cho quá trình điều chế / truyền nơtron để xác nhận việc truyền thông tin dựa trên nơtron. (b) Thiết kế bộ điều biến nơtron (bộ suy giảm và pít tông, v.v.). (c) Sơ đồ mô-đun tương ứng cho việc thiết lập thí nghiệm. (d) Ảnh chụp bộ điều chế ở vị trí với nguồn 252Cf.
Giáo sư Malcolm Joyce của Đại học Lancaster cho biết việc chứng minh khả năng của bức xạ neutron nhanh trở thành một phương thức truyền thông không dây cho các ứng dụng mà kỹ thuật truyền điện từ thông thường không khả thi hoặc bị hạn chế đã mở ra một cách tiếp cận mới và đầy tiềm năng. Các neutron nhanh có lợi thế hơn so với các sóng điện từ thông thường vì không bị suy yếu nhiều khi truyền qua các vật liệu bao gồm kim loại.
Trong các trường hợp đảm bảo về an toàn, như liên quan đến tính toàn vẹn của lò phản ứng hạt nhân, hầm kim loại và vách ngăn trong các công trình hàng hải, hệ thống cáp thông tin liên lạc chịu nhiều ảnh hưởng khi phải “xuyên qua” các cấu trúc kim loại, làm suy giảm tín hiệu thông tin. Việc sử dụng neutron truyền thông tin qua các cấu trúc như vậy phù hợp và đảm bảo cho các tình huống bị giới hạn bởi các điều kiện an toàn hay trong các trường hợp cứu hộ khẩn cấp.
Các neutron nhanh cũng có thể tích hợp vào hệ thống điện tử có tín hiệu hỗn hợp giữa tín hiệu electron và neutron. Điều này có thể góp phần vào yêu cầu đảm bảo tính toàn vẹn của việc truyền thông tin.
Từ khóa: bức xạ; neutron nhanh; truyền thông tin; kỹ thuật số không dây;
– CMD&DND –
