Farveskiftende materialer kunne beskytte nukleart materiale og andre værdifulde stoffer
Hver håndkøbsmedicinflaske har en beskyttende forsegling, sædvanligvis en plastfolie eller skumlag, eller begge dele. Disse forseglinger giver tegn på manipulationsforsøg. I en parallel bekymring er Det Internationale Atomenergiagentur afhængig af manipulationsindikerende anordninger for at sikre, at det ved, om beholdere med nukleart materiale er blevet åbnet eller manipuleret med.
Men ligesom en medicinflaske kan blive åbnet og forseglingerne omhyggeligt sat på igen af en dårlig skuespiller, er IAEA bekymret for, at dens enheder kan blive omgået og repareret eller forfalsket. En mulig løsning? Ingeniører hos Sandia National Laboratories har udviklet en banebrydende prototype ved hjælp af "blå mærker" materialer. Deres innovation registrerer ikke kun manipulation; den nye enhed viser modigt beviserne, som kampar.
"Vores første idé var at skabe et 'blødende' materiale, hvor det var ekstremt tydeligt, at der var blevet pillet ved det," sagde Heidi Smartt, en Sandia elektroingeniør og projektleder. "Så lavede vi en ny enhed ved hjælp af disse materialer, hvor skaden er tydelig for folk at se. Ingen har nogensinde lavet denne slags koncept for international nuklear sikkerhedskontrol før."
Farveskiftende kemikalie
Ved at bruge kommercielt tilgængelige farvede vandperler, en farveskiftende kemisk reaktion og 3D-printede etuier, lavede teamet puckformede enheder, der bliver mørkebrune, når de beskadiges, eller trådsløjfen, der er gevind igennem dem, trækkes ud.
Den vigtige del af den farveskiftende opløsning er et kemikalie kaldet L-DOPA, som kroppen bruger til at lave flere vitale neurotransmittere. Dette kemikalie kan reagere med ilt og danne melanin, det brune kemikalie, der giver menneskers hud, hår og øjne deres farve.
Forskerholdet undersøgte flere andre farveskiftende løsninger, før de fastslog, at den melanin-producerende reaktion, lidt ligesom reaktionen forårsaget af garvning, var den mest praktiske, sagde Cody Corbin, en Sandia-materialekemiker. "Dette har fungeret smukt lige siden."
Hvis nogen borer et lille hul i enheden eller forsøger at trække de indlejrede ledninger ud, lækker ilt ind. Når først ilten er indenfor, reagerer ilten med den farveskiftende opløsning nær skaden og gør den brun. Med tiden kommer der mere ilt ind, og "blå mærket" vokser.
Producerer plettede pucke
Sandia-prototype-enhederne er omtrent på størrelse med en stak af syv amerikanske halve dollar-mønter, samme størrelse som de metalkopforseglinger, agenturet har brugt siden 1960'erne. IAEA er afhængig af manipulationsindikerende enheder, der er sløjfet rundt om åbningerne i skabe, der indeholder vigtigt overvågningsudstyr. Enhederne går også på åbningerne af beholdere med brugt nukleart brændsel for at gøre mulig omledning åbenlys.
IAEA-inspektører skal dog undersøge disse enheder og deres ledningsløkker omhyggeligt, se og mærke efter mærkelige mærker, farveforskelle og andre beviser på manipulation. Denne inspektion er tidskrævende og med forbehold for menneskelige fejl. Formålet med Sandia-prototypen er at reducere tiden og subjektiviteten af sådanne inspektioner.
For at lave fyldet til prototype-enhederne tilføjer Corbins team en lille smule vand til en blanding af klare og farvede vandperler, indtil de er squishy, sagde han. Derefter blender de perlerne, indtil de er små stykker, men ikke et fint pulver. Når de er tørre, overfører de bitsene til et stykke laboratorieudstyr kaldet et handskerum.
Handskerummet har flere par tykke gummihandsker, der giver forskere mulighed for at udføre eksperimenter i et iltfrit miljø. Når de er inde i handskerummet, gennemblødes perlestykkerne i den farveskiftende opløsning, og derefter hælder en forsker blandingen i 3D-printede etuier og forsegler dem. Når de er forseglet, kan sagerne fjernes.
"Den anden side af sabotage-indikation er at sikre, at du har en unik identifikation for at sikre, at enhederne ikke er nemme at forfalske og erstatte," sagde Corbin. "Perlebitsfarverne giver det anti-forfalskningsaspekt. Hvis nogen ville kopiere en puck, skulle de få hver eneste røde, blå og grønne plet på samme sted."
Set enhederne på prøve
Holdet tester nu dusinvis af pucke under adskillige forskellige forhold, der efterligner forskellige miljøer, de kunne bruges i, sagde Smartt. Dette omfatter test af dem ved temperaturer fra -22°F til 150°F og under intenst UV-lys for at ælde materialerne hurtigere, op til hvad der svarer til tre år.
Sidste år indgav holdet patent på det farveskiftende materiale og indgav for nylig en fortsættelse af patentet på selve den manipulationsindikerende enhed. Holdet kan også søge yderligere føderal finansiering til at teste enhederne i marken og kan opsøge virksomhedspartnere til at licensere og kommercialisere teknologien. Teamet har også lavet hele manipulationsindikerende kabinetter ud af det farveskiftende materiale som en del af et andet igangværende projekt.
"Fra begyndelsen af vores arbejde med disse materialer har vi set dette som virkelig værdifuldt for enhver industri, der er bekymret for manipulation af deres emballage," sagde Smartt. "Jeg tror, vi virkelig kan tilføje værdi i det visuelt indlysende aspekt af vores enheder; det er en helt ny ting. Der er også mange andre mulige anvendelsesmuligheder for disse løkkeforseglinger."
Leveret af Sandia National Laboratories
Varme artikler
-
Kemikere udvikler en ny teknologi til at forhindre lithium-ion-batterier i at antændeGasserne byggede sig op og fik det ikke-beskyttede batteri (til venstre) til at svulme op. Det kan føre til en eksplosion. Det beskyttede batteri (til højre) forbliver fladt, da det beskyttende lag bl -
Den hellige gral af peptidkemi:Gør peptidaktive midler tilgængelige oraltCyklisk hexapeptid i sin bioaktive form med den integrinbindende tripeptidsekvens arginin-glycin-asparaginsyre:Grønne kugler repræsenterer carbonatomer, røde iltatomer, blå nitrogenatomer og hvide bri -
Rumtemperaturkonvertering af CO2 til CO:En ny måde at syntetisere kulbrinter påIllustration af en ny stuetemperaturproces til fjernelse af kuldioxid (CO 2 ) ved at omdanne molekylet til kulilte (CO). I stedet for at bruge varme, nanoskalametoden er afhængig af energien fra ove -
Teamarbejde i et molekyleDr. Helmar Görls studerer enkeltkrystaller af nye forbindelser ved hjælp af et røntgendiffraktometer ved Institut for Uorganisk og Analytisk Kemi ved Friedrich Schiller University i Jena, Tyskland. Kr
- Cold snap truer franske vinstokke
- Tværfaglige undersøgelser afslører forholdet mellem solaktivitet og klimaforandringer
- Kilauea -vulkanen hævder mere end to dusin hjem på Hawaii
- NASA tilføjer kraftige regnskyl fra tyfonen Jebi
- Din solcreme forurener måske havet – men alger kan være et naturligt alternativ
- Hvordan man bliver kvitt mus om vinteren