Hackmanite ændrer også farve ved udsættelse for nuklear stråling:Hukommelsessporing muliggør nye applikationer

Forskere ved universitetet i Turku, Finland, har længe undersøgt det naturlige mineral hackmanits farveskiftende egenskaber ved eksponering for UV-stråling eller røntgenstråler. Nu studerer forskergruppen syntetisk hackmanits reaktioner på nuklear stråling. Forskerne opdagede en enestående og ny intelligent kvalitet, gamma-eksponeringshukommelse, som tillader brugen af ​​hackmanit som for eksempel en strålingsdetektor.

Forskergruppen har undersøgt det unikke naturlige mineral hackmanit og dets egenskaber i årevis. De har udviklet en metode til at syntetisere hackmanit og skabt adskillige applikationer, der udnytter materialets farveskiftende og luminescerende egenskaber. I øjeblikket er gruppen for eksempel ved at udvikle et hackmanit-baseret ikke-elektronisk UV-strålingsdosimeter, som skal testes på den internationale rumstation. Strålingseksponering i rummet kan måles ved at observere hackmanits skiftende farve fra hvid til pink forårsaget af UV-stråling.

Forskerne har nu også undersøgt, hvordan den syntetiske hackmanit reagerer, når den udsættes for alfapartikler, beta-partikler (positroner) eller gammastråling. De opdagede, at hackmanit også ændrer farve fra eksponering for disse strålingstyper, hvilket betyder, at det også er et radiokromt materiale. Dette var tidligere ukendt.

Indvirkningen af ​​strålingen blev undersøgt i laboratoriet af svenske partnere i Umeå, laboratoriet for den finske strålings- og nuklearsikkerhedsmyndighed og det radiokemiske laboratorium ved universitetet i Turku ved at placere hackmanitplader i forskellige afstande fra strålingskilder i forskellige perioder med tid, hvilket udsatte dem for forskellige doser af stråling.

"Derefter blev prøverne fotograferet, og deres reflektansspektre blev målt for at give information om deres farvedybde, og om farvningen svarede til prøver udsat for f.eks. UV-lys og røntgenstråler. Farveændringen ved udsættelse for nuklear stråling var meget lig UV-stråling og røntgenstråling, men langsommere, på grund af det meste af denne stråling, der passerer gennem materialet uden at påvirke det," siger doktorgradsforsker Sami Vuori.

Farveændringen i hackmanit er ens i alle strålingseksponeringer, men der var en lille forskel i spektrene af prøverne udsat for nuklear stråling. Ifølge forskerne var dette nøglen til at opdage en ny funktion.

Gamma-eksponeringshukommelse muliggør hackmanit-baserede ikke-toksiske strålingsdetektorer

Forskerne bemærkede, at hackmanit, der var blevet farvet ved hjælp af nuklear stråling, kan vende tilbage til sin oprindelige farve på samme måde som den, der udsættes for UV-stråling og røntgenstråler, det vil sige ved at opvarme materialet eller udsætte det for hvidt lys.

"Vi har bemærket, at hackmanit dog vil bevare et hukommelsesspor af eksponeringen for højenergistråling såsom alfapartikler eller gammastråling. Hukommelsessporet forbliver, selv når farven ændres tilbage til originalen. Det bliver synligt, når prøven er farvet igen ved hjælp af en UV-lampe. For det blotte øje ligner farven det materiale, der udsættes for UV-stråling eller røntgenstråler, men spektrometri afslører en lille, men tydelig ændring i signalets form," siger lederen af ​​forskningen. gruppe, professor Mika Lastusaari.

Med beregningsmæssige resultater kunne forskerne bekræfte, at nuklear stråling skaber en ny type strukturel defekt i hackmanit. Denne defekt fungerer som en bestemt type hukommelsesenhed i materialet. Strålingen ødelægger ikke hackmanitten, men tilbyder en ny type intelligent funktion, gammaeksponeringshukommelse, som ifølge forskerne ikke er blevet påvist i noget andet materiale. På trods af gammaeksponeringshukommelsen og den strukturelle defekt forbliver en af ​​de grundlæggende intelligente egenskaber ved hackmanit, evnen til at skifte farve gentagne gange, den samme.

"Farveændringen ved nuklear stråling betyder, at hackmanit kan bruges til at skabe radiokrome film, der regelmæssigt bruges i forskellige anvendelser af medicinsk fysik til at måle strålingsdoser og kortlægge dosisfordeling. De nuværende radiokrome film er normalt fremstillet af polydiacetylener eller leucomalachitgrønne og er enten ikke-genanvendelige eller giftige. Hackmanites tilbyder en ikke-toksisk mulighed, som kan bruges gentagne gange. Desuden har hackmanite en hukommelsesegenskab, som andre materialer mangler. Hackmanite er også et økologisk og billigt materiale, der er let at syntetisere," siger Lastusaari.

Undersøgelsen blev udført af Intelligent Materials Research Group, radiokemiforskningsgruppen og Institut for Fysik ved Universitetet i Turku, og beregningerne blev udført ved Universitetet Claude Bernard Lyon 1, Frankrig. Det internationale forskningskonsortium omfattede også Mineralogical Society i Antwerpen, Belgien, universiteterne i Tampere og Jyväskylä, Finland, og det svenske forsvarsforskningsagentur.

Undersøgelsen blev offentliggjort i september i tidsskriftet Materials Horizons . + Udforsk yderligere

Naturligt mineral hackmanit muliggør ny metode til røntgenbilleddannelse