ScNat
scintillation diffuse

Un flux de neutrons est une radiation ionisante et peut donc engendrer une impulsion électrique lorsqu’ils arrivent sur un photosite d’un capteur photographique CMOS¹. Un petit point blanc apparaît sur une image et disparaît aussitôt: la présence du point sur un frame unique permet de distinguer une scintillation des débris incandescents qui ont des positions successives d’un frame à l’autre. Il y a même une application mobile (RadioactivityCounter) qui utilise ce phénomène pour simuler un compteur Geiger².

Le frame 141 du clip Shockwave est un bon exemple où des débris ponctuels incandescents sont persistants (et mobiles) mais où sont également observés des points éphémères, absents des photogrammes 140 et 142.

Voici ce que j’obtiens en parcourant le clip:

• Main explosion at frame 0;
• first neutron CMOS scintillations at frame 61;
• schock wave at frame 169;

Donc le flux de neutrons se déplacerait $\frac{169}{61}$ fois plus rapidement que l’onde de choc. Fait à noter la vitesse de l’onde de choc est supérieure à la celle du son³ et est évaluée par

Où $v_{o}$, $p$ et $P_{o}$ sont respectivement la vitesse du son, la surpression (due à l’explosion) et la pression normale. Une bombe de 1 kt génère une surpression de 10 PSI à une distance de 1100 pieds (source), ce qui donne Mach 1.25 * 2.77 pour la vitesse des neutrons, soit une énergie cinétique K= 0.008 eV. Ces neutrons sont dits thermiques car ils possèdent la même énergie cinétique que les atomes à température ambiante. Cette valeur est compatible avec les réactions de fission mentionnées sur le site de vulgarisation de l’Institut National de Physique Nucléaire et Physique des Particules “Les neutrons lents favorisent la fission”:

Cette figure concerne la fission entretenue (dans des réacteurs) mais on lit sur Wikipedia: “While a nuclear bomb working on thermal neutrons may be impractical, modern weapons designs may still benefit from some level of moderation. A beryllium tamper used as a neutron reflector will also act as a moderator”. Inutile de présiser que les informations sur la physique des low yield nuclear explosions sont plutôt rares sur le net.

Notez que ce scintillement diffus est observé pour plusieurs prises de vue/explosions dans le clip compilation:

• sc1: photogrammes 259 à 318
• sc2: phgr 427 à 476
• sc3: phgr 1339 à 1507
• sc4: phgr 2236-2336 (pnts qui perdurent: video stabilisation? rolling shutter?)
• sc5: un point à 2640 et un 2e à 2708 (mauvaise qualité pour ce clip)

notes:

• sc1 et sc2: même camera même explosion mais deux séquences espacées (évolution du nuage)
• 1252-1703 même explosion que 179-614 et même point d’observation mais caméras distinctes

Fait notable: une 2e prise de vue confirme la vitesse des neutrons: à partir de la séquence allant de 1705 à 2379 dans le clip compilation et on obtient encore la même vitesse du flux de neutron. Voici les évènements:

• explosion à 1812
• arrivée d’un premier neutron à 1989
• onde de choc à 2353

Délai neutron = 1989-1812 = 177; délai onde de choc = 535; ratio des délais = 3.02

Cependant, un 3e time of flight (TOF) calculation est moins probant dans ce clip Sanaa Noqum residential Area:

• explosion à 12
• arrivée d’un premier neutron à 90
• onde de choc à 323

Résultats: neutrons 4 fois plus rapides (la variation du ratio peut-être expliquée par l’imprécision du départ des neutrons… à quel frame sont-ils émis? J’ai choisi le début d’une petite lueur au sol mais ils sont peut-être produits plus tard, au maximum du bulbe incandescent, au photogramme 67 par exemple).