VCU-opfindernes håndholdte enhed bringer enorme forbedringer til vandtestprocessen

Forhøjede niveauer af uran i vandforsyninger er et miljømæssigt sikkerheds- og sundhedsproblem, men de nuværende metoder til at opdage det er besværlige, dyre og tidskrævende. Gary C. Tepper, Ph.D., formand for Institut for Mekanik og Nuklear Teknik, og ph.d. studerende Brandon Dodd løser denne udfordring med en ny bærbar enhed, der strømliner og fremskynder måden, hvorpå uran i vand måles. Fordi deres patenterede teknologi er mere følsom end nuværende teknologier, det er i stand til at detektere lave eller spore koncentrationer af uran i vandforsyninger.

Uran er et naturligt forekommende radioaktivt grundstof, der kommer ind i vandkilder gennem en række forskellige kanaler, herunder uranudvinding, våbenproduktion, brugte nukleare brændstofbeholdere - eller endda landbrug. "Nylige undersøgelser viser, at gødningsafstrømning forårsager kemiske reaktioner, der frigiver uran fra sten og kan øge vandkoncentrationerne, " forklarede Tepper.

I henhold til loven om sikkert drikkevand, U.S. Environmental Protection Agency sætter standarder for sikre uranniveauer i drikkevand. Overholdelse, imidlertid, er blevet hæmmet af mindre end ideelle testprocedurer. "Lige nu, du tester for uran ved at tage vand en enkelt prøve [vand] og sende den ud til et laboratorium, " sagde Tepper. "Dette er upraktisk. Du har brug for en enhed, der måler i realtid. Det bør også nemt bruges på tværs af forskellige regioner af vandkilden, fordi koncentrationerne varierer fra sted til sted."

Systemet, som Tepper og Dodd har udviklet, bruger nanoporøst materiale til at opsamle og koncentrere en vandprøves uran og ultraviolette lys for at gøre det synligt. Fordi uranforbindelser opløst i vand er fluorescerende, ultraviolet lys kan bruges til at producere et synligt signal. "Men vand slukker den reaktion og gør det vanskeligt at detektere og kvantificere uran i meget lave koncentrationer, " sagde Tepper.

De løste det problem ved at inkorporere silicagel - de perler, der almindeligvis ses i små pakker, der bruges til at holde forbrugsvarer tørre under forsendelse - i deres system. "Uranforbindelserne binder sig til silicagel og akkumuleres inde i de små porer. Dette forstærker signalet og minimerer den slukkende effekt af vand, så nu hvis uran er til stede, den lyser op og kan ses i det synlige spektrum, " sagde Tepper.

Kombinationen af ​​nanoporøst materiale, lys og silicagel producerede et bærbart alt-i-et-system, der gav aflæsninger af spor af urankoncentrationer. En tidlig iteration af deres enhed var designet til at blive dyppet i en prøve og gav en pålidelig aflæsning på omkring en time. Tepper og Dodd troede på, at de kunne gøre det bedre. De tilføjede endnu en komponent, noget, som enhver maskiningeniør kender.

"Vi sagde, 'Lad os få en lille pumpe og skubbe vandet gennem silicagelen, '" huskede Tepper. "Nu tager en reaktion, der tog en time et par sekunder."

Tepper og Dodd har foreløbige amerikanske og internationale patenter på deres teknologi. De arbejder med VCU Innovation Gateway, mens deres enhed fortsætter sin vej fra prototype til kommercielt produkt og tror, ​​at det vil være af særlig interesse for militæret, tilsynsmyndigheder og landbrugsindustriens forbrugere.