Нанотехнології допоможуть у боротьбі з ядерним тероризмом

admin Новини технологій та техніки

Нанотехнології допоможуть у боротьбі з ядерним тероризмомБернд Кан і Брент Вагнер з Технологічного інституту штату Джорджія (США) запропонували новий нанотехнологічний матеріал, що дозволяє спростити створення переносних приладів для фіксації радіації. Так, для реєстрації гамма-випромінювання застосовують композитний матеріал на основі скла з рівномірно розподіленими в ньому наночастинками двох рідкоземельних елементів - гадолінія і церію.

Сьогодні є два види дозиметрів - сцинтиляційні і твердотільні напівпровідникові. У першому випадку в якості робочої речовини виступає значних розмірів «ідеальний» монокристал йодиду калію, де при взаємодії з гамма-випромінюванням спостерігається генерація спалахів світла, конвертованих фотопомножувачем в електричні імпульси. Недоліки конструкції ховаються в її серці - занадто крихкому, занадто дорогому монокристалі гігроскопічної солі йодиду калію. І цього мало. На жаль, виростити зовсім вже ідеальний кристал просто неможливо, а будь-які дефекти призводять до розсіювання світла (і гамма-випромінювання теж), що в кінцевому підсумку дає помилковий результат вимірювання. У разі твердотільних напівпровідникових детекторів падаюча радіація безпосередньо конвертується в електричний сигнал самим робочим тілом. Шкода тільки, що застосовувані на практиці напівпровідники, наприклад германій, вимагають охолодження до екстремально низьких температур - мінус 200˚C, це десь в районі температури рідкого кисню!

Після довгих пошуків матеріалу матриці і робочої речовини, здатної реєструвати гамма-випромінювання в манері, аналогічній йодиду калію, вчені зупинилися на скляній матриці, допованій наночастинками церію і гадолиния. Чому саме така структура? У першу чергу тому, що альтернативами такому підходу є або вирощування монокристалу (а у нас і так вже є йодид калію), або матриця з частками більш великого розміру, але останнє абсолютно непридатне через можливе розсіювання як вхідного гамма-випромінювання, так і продуцируємого видимого світла (що означає отримання абсолютно помилкових результатів). У випадку ж з наночастинками, розмір яких навіть менше довжини хвилі гамма-випромінювання, проблеми розсіювання просто не існує.

Вибір рідкоземельних металів обумовлений їх чудовими властивостями. Так, вони ефективно абсорбують гамма-випромінювання, повертаючи назад видиме світло у вигляді люмінесцентного світіння. Правда, і серед цих елементів є своя спеціалізація. Приміром, гадоліній особливо ефективно адсорбує радіацію, проте ефективність люмінесценції цього елемента залишає бажати кращого. І ще краще - церій. Саме тому при створенні нової робочої речовини сцинтиляційного детектора замість гадолінія роль випромінюючого агента була віддана високоефективному церію, енергія на який передається гадолінієм (це він робить набагато швидше).

Таким чином, для свого нанофотонного композитного сцинтиляційного детектора вчені змішали разом оксид кремнію, оксид алюмінію, а також галогеніди церію і гадолінія - і все це розплавили ... А при охолодженні утворилося скло, з рівномірним розподілом наночасток обох рідкоземельних елементів з розміром менше 20 нм по всьому об'єму.

На виході вийшло надійне скло, не схильне до впливу навколишнього середовища (деяка крихкість якого не йде ні в яке порівняння з крихкістю монокристала солі), рівномірний розподіл наночастинок при відсутності всякого роду розсіювання та абсолютна прозорість скляного середовища, не заважає реєструвати спалаху люмінесценції. Що ще потрібно для щасливої технології реєстрації радіоактивних матеріалів в будь-яких погодних умовах?