Partant du design d’un détecteur de neutrons existant, les chercheurs ont imaginé un dispositif constitué d’une plaque de gadolinium capable de capter les neutrons préalablement ralentis par une coque de plastique placée tout autour. Le plastique, lui-même sensible aux rayons gamma, ralentit les neutrons qui sont ensuite capturés par le gadolinium. Or cette capture se signale par une émission… de rayons gamma ! Toute la difficulté résidait donc dans le fait de réussir à distinguer les rayons gamma d’origine extérieure (que celle-ci soit environnementale ou artificielle et, dans ce cas, potentiellement menaçante), de ceux qui sont générés par la capture des neutrons dans le cœur de gadolinium.
Les chercheurs de l’institut Carnot CEA List ont relevé le défi en appliquant des méthodes d’analyse des signaux pour distinguer des caractéristiques propres à l’émission de rayons gamma par le cœur : le niveau d’énergie des rayonnements gamma qui varie en fonction de leur origine ; le fait qu’en réagissant le cœur émet simultanément dans plusieurs directions (coïncidence) ; et enfin, le décalage temporel entre le « recul des noyaux poussés dans le plastique » par les neutrons, et leur capture par le gadolinium.
Les différents scénarios possibles ont été simulés par des codes de calcul, afin notamment d’identifier les bonnes fenêtres de détection. Un premier modèle de détecteur matériel a été construit, et sa capacité à discriminer les rayons gamma des neutrons captés par le gadolinium vérifiée expérimentalement.
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