Forskere designer et instrument til at identificere uran, atomer ad gangen

At skabe et nyt instrument, der er i stand til at detektere spormængder af uran og andre materialer, vil være i fokus for et nyt forskningspartnerskab, ledet af forskere ved Colorado State University.

Partnerskabet, ledet ved CSU af den anerkendte universitetsprofessor Carmen Menoni fra Institut for Elektro- og Computerteknik, er støttet af det amerikanske Department of Homeland Security's Domestic Nuclear Detection Office gennem dets Nuclear Forensics Research Award (NFRA) program.

Sammen med forskere ved Pacific Northwest National Laboratory, Menoni vil overvåge designet og implementeringen af ​​et meget følsomt massespektrometer, der er i stand til at detektere nogle få uranatomer ad gangen. Instrumentet vil også tillade nanoskala billeddannelse af isotopindholdet i faste prøver, i tre dimensioner. Et sådant værktøj kunne sætte scenen for nye kapaciteter inden for nuklear efterforskning, for at støtte den amerikanske regerings indsats mod nuklear terrorisme.

Den nukleare retsmedicinske pris vil bringe Pacific Northwest National Laboratory videnskabsmand Lydia Rush til CSU som ph.d. studerende i Menonis laboratorium. Samarbejdet vil involvere træning af Rush og andre studerende i banebrydende, laserbaseret massespektral billeddannelse og retsmedicin.

Eksisterende teknologi, hidtil uset følsomhed

"Det nye instrument, vi skal bygge, vil være langt mere følsomt end vores tidligere generation, ekstrem ultraviolet time-of-flight massespektrometri instrument, Menoni sagde. "Det vil anvende en magnetisk sektor til at identificere uran, thorium og deres isotoper i en koncentration på nogle få ppm."

Billedteknologien giver en hidtil uset følsomhed og rumlig opløsning, fordi den bruger en ekstrem ultraviolet laser til ablation og ionisering. Denne kompakte laser er en innovation fra laboratoriet af University Distinguished Professor Jorge Rocca.

Laserablationsprocessen skaber en sky af ioniserede atomer og molekyler, som detektoren aflæser inde i et vakuumkammer. Et sæt specielle plader gør det muligt for forskerne at udtrække og detektere ioner fra prøven, identifikation af uran (eller andre grundstoffer) ved at bestemme dets unikke ionsignatur, som et fingeraftryk.

Identifikation af små mængder af forskellige forbindelser har sin anvendelse i national sikkerhed, men kan også anvendes til enhver proces, der kræver identifikation af meget små mængder molekyler.