Csökkenő nukleáris fenyegetettség - itt az első stabil félvezető neutrondetektor

2020 / 02 / 11 / Justin Viktor
Csökkenő nukleáris fenyegetettség - itt az első stabil félvezető neutrondetektor
Egy új lítiumban gazdag anyag lehetővé teszi a kicsi, hordozható neutrondetektorok építését. A kiemelkedően hatékony neutrondetektorok számos ágazatban kritikus fontosságúak, ideértve a nemzetbiztonságot, az orvostudományt, a kristályosítást és a csillagászatot. Az eszköz akár a zsebünkben is elfér.

Hasadóanyag csempészet

A terroristák - vagy beszállítóik, a csempészek - által mozgatott nukleáris anyagok érzékelésének képessége hatékony neutrondetektorokkal kritikus jelentőségű bármely nemzet biztonságának szempontjából, gondoljunk csak az ilyen eszközökkel elkövethető terrorcselekményekre: piszkos bomba, ivóvízbázisok és táplálékforrások elszennyezése.

A piszkos bombákat potenciális pusztító erejük miatt tömegpusztító fegyvernek tekintik. Mivel a radioaktív anyagok bomlása során szabad neutronok keletkeznek, így a neutrondetektorok alapvető eszközök felderítésükben.

A jelenleg alkalmazott vezető neutrondetektáló technológiák között He-gázzal töltött arány-számlálókat és fény-szcintillátorokat találunk, a termikus sebességre lassított neutronokhoz (thermal neutron). A félvezetők ugyanakkor ma már lehetőséget kínálnak a következő generációs neutrondetektorok megépítésére, amelyek versenyezhetnek a meglévő detektorokkal, vagy akár felül is múlhatják azokat.

Félvezetők kora

Mercouri Kanatzidis a Northwestern Egyetemről, elmondta:  „Az emberek már hosszú ideje gondolkodnak a félvezető neutrondetektorokról. Az ötlet jelen volt, de senkinek nem volt megfelelő anyaga hozzá.”

Radioaktív bomlás és az új félvezető

Amikor a nehéz elemek, például az urán vagy plutónium bomlanak, atomjaik neutronokat bocsátanak ki a magukból. A legtöbb neutrondetektor úgynevezett szcintillátor, amely úgy működik, hogy érzékeli a kibocsátott neutronokat, majd fényt bocsát ki, hogy figyelmeztesse a felhasználót.

Ez az új félvezető nem bocsát ki fényt, hanem közvetlenül érzékeli a neutronok által indukált elektromos jeleket. A biztonságtechnikai alkalmazások mellett a neutrondetektorokat a sugárzásbiztonság-iparban, a csillagászatban, a plazmafizikában, az anyagtudományban és a krisztallográfiában is használják.

A Northwestern University és az Argonne National Laboratory kutatói most egy olyan új anyagot hoztak létre, amely elérhetővé teheti a neutrondetektorok új osztályát. A kifejlesztett félvezető alapú érzékelő képes elnyelni a neutronokat, és könnyen mérhető elektromos jeleket generálni. 

A detektor rendkívül hatékony és stabil, és mind kis méretű, terepi ellenőrzésekhez használt hordozható eszközökben, mind az olyan masszívabb detektorokban felhasználható, amelyekben kristálysort használnak.  


Lítiumban gazdag anyag a Northwestern University laborjában

Mivel kiválóan elnyeli a neutronokat, a lítium gyorsan a legígéretesebb anyaggá vált a neutrondetektáló eszközök számára. Ám a lítium félvezetőbe való integrálása és stabilizálása (a lítium morzsolódik, amikor vízzel érintkezik) nem volt egyszerű történet.

A sikerhez a tudósoknak meg kellett találniuk  az anyagok megfelelő kombinációját, és végül létrehoztak egy már funkcionális eszközt, amely a lítiumot is stabil állapotban tartja. Új anyaguk a “lítium-indium-foszfor-szelén” rétegzett szerkezetű, és lítium-6 izotóppal van dúsítva.

Kanatzidis elmondta:  „A kristályszerkezet különleges. A lítium a rétegek között helyezkedik el, így a víz nem érheti el. Ez az anyag nagyon fontos tulajdonsága.”

Villámgyors detektálás

Az új félvezető neutrondetektor egy nanoszekundumon belül akár egy gyenge forrásból is képes felismerni a termikus neutronokat. Ezenkívül képes megkülönböztetni a neutronokat a másfajta nukleáris jelektől, például a gammasugaraktól.

Ez elejét veheti a hamis riasztásoknak, továbbá, mivel nagyon nagy mennyiségű lítiumot tartalmaz, így az anyag kisebb része képes elnyelni ugyanolyan mennyiségű neutront, mint egy jóval méretesebb, hagyományos technológiájú eszköz. Ennek köszönhetően a készülék méretét sikerült a kézben tartható méretkategóriába csökkenteni.

Kanatzidis azt mondta: „Fontos, hogy különböző méretű neutrondetektoraink legyenek, és minél többféle lehetséges méretben, mint például ez az új félvezető-készülék. Akkorára is szükség lehet, mint egy fal, ahol egy teherautó el tud mellette haladni, de kisebbek is kellenek, amelyek hordozhatók a terepen végzett ellenőrzésekhez.” A tanulmány a Nature folyóirat január 16-i számában jelent meg.

(Forrás: Techexplorist Képek: Pikrepo, NU)


Ismerd meg a ROADSTER magazint!
AUTÓK - DESIGN - GASZTRO - KULT - UTAZÁS - TECH // Ha szereted a minőséget az életed minden területén, páratlan élmény lesz!
Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!
Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.



This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.