Nuklear strålingsdetekteringsanordning kan føre til et nyt hjemlandsikkerhedsværktøj

Et forskningshold fra Northwestern University og Argonne National Laboratory har udviklet et ekstraordinært næstegenerationsmateriale til nuklear strålingsdetektion, der kunne give et væsentligt billigere alternativ til de detektorer, der nu er i kommerciel brug.

Specifikt, det højtydende materiale bruges i en enhed, der kan detektere gammastråler, svage signaler fra nukleare materialer, og kan nemt identificere individuelle radioaktive isotoper. Det er mere end 30 år siden, at et materiale med denne ydelse blev udviklet, med det nye materiale, der har fordelen af ​​billig produktion.

Potentielle anvendelser for den nye enhed omfatter mere udbredte detektorer - inklusive håndholdte - til atomvåben og materialer samt anvendelser inden for biomedicinsk billeddannelse, astronomi og spektroskopi.

"Verdens regeringer ønsker en hurtig, billig måde at opdage gammastråler og nuklear stråling for at bekæmpe terroraktiviteter, såsom smugleri og beskidte bomber, og spredning af nukleare materialer, " sagde Northwesterns Mercouri G. Kanatzidis, den tilsvarende forfatter til avisen. "Dette har været et meget vanskeligt problem for forskere at løse. Nu har vi en spændende ny halvlederenhed, der er billig at lave og fungerer godt ved stuetemperatur."

Kanatzidis er Charles E. og Emma H. ​​Morrison professor i kemi ved Weinberg College of Arts and Sciences. Han har en fælles aftale med Argonne.

Forskningen blev offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Naturkommunikation .

I 2013 Argonne offentliggjorde en videnskabelig undersøgelse, der bemærkede løftet om cæsiumblybromid i form af perovskitkrystaller til påvisning af højenergistråling. Siden da, forskere ledet af Kanatzidis, Duck Young Chung fra Argonne og Constantinos Stoumpos fra Northwestern har arbejdet på at rense og forbedre materialet.

Gennembruddet kom, da Yihui He, en postdoc i Kanatzidis' gruppe og avisens første forfatter, tog det forbedrede materiale og rekonfigurerede halvlederenheden. I stedet for at bruge den samme elektrode på hver side af krystallen, han brugte to forskellige elektroder. Med dette asymmetriske design, enheden leder kun elektricitet, når der er gammastråler til stede.

Forskerne sammenlignede ydeevnen af ​​deres nye cæsium blybromiddetektor med den konventionelle cadmium zink tellurid (CZT) detektor og fandt ud af, at den fungerede lige så godt til at detektere gammastråler med høj opløsning fra cobalt-57.

"Vi opnåede den samme præstation i to års forskning og udvikling, som andre gjorde i 20 år med cadmiumzinktellurid, det dyre materiale, der bruges i øjeblikket, " sagde Kanatzidis.

Det er vigtigt at vide, hvad det gammastråleudsendende materiale er, Kanatzidis understregede, fordi nogle materialer er lovlige og nogle er ulovlige. Hver radioaktiv isotop besidder sit eget "fingeraftryk":en anden henfaldsadfærd og et unikt karakteristisk gamma-stråleemissionsspektrum. Den nye cæsiumblybromiddetektor kan registrere disse fingeraftryk.

I undersøgelsen, forskerne fandt, at detektoren med succes identificerede radioaktive isotoper americium-241, kobolt-57, cæsium-137 og natrium-22. Forskerne producerede også større krystalprøver for at demonstrere, at materialet kan skaleres op.

Artiklen har titlen "Høj spektral opløsning af gammastråler ved stuetemperatur af perovskit CsPbBr enkeltkrystaller."