Opdagelse kan hjælpe med at opdage atomtrusler

National sikkerhed:Udtrykket giver genlyd som en trommeslag i disse dage.

Blot et eksempel:I sit budget i kort for 2017, det amerikanske Department of Homeland Security opregner blandt sine prioriteter, hvor der afsættes 103,9 millioner dollars til radiologisk og nuklear detekteringsudstyr "for at holde amerikanske indgangshavne sikre ved at opdage og afbøde ulovligt radioaktivt eller nukleart materiale."

Et team ledet af Northeastern's Swastik Kar og Yung Joon Jung har udviklet en teknologi, der kunne gå langt i retning af at nå dette mål. "Vores detektor kan dramatisk ændre måden og nøjagtigheden, hvormed vi er i stand til at opdage atomtrusler i ind- eller udland, "siger Kar, lektor i Institut for Fysik.

Det kan også hjælpe med at strømline radiomedicin, herunder strålebehandlinger og scanningsdiagnostik, øge effektiviteten af ​​ubemandede strålingsovervågningskøretøjer i kortlægning og overvågning af forurenede områder efter katastrofer, og revolutionere radiometrisk billeddannelse i rumforskning.

Lavet af grafen og carbon nanorør, forskernes detektor overgår langt enhver eksisterende i sin ultralydsomhed over for ladede partikler, lille størrelse, krav til lav effekt og lave omkostninger.

Muliggør sikkerhed og sikkerhed

Al stråling, selvfølgelig, er ikke skadeligt, og selv den type, der kan være, afhænger af dosering og eksponeringstid. Ordet "stråling" refererer simpelthen til emission og udbredelse af energi i form af bølger eller partikler. Det har mange kilder, herunder solen, elektroniske enheder såsom mikrobølger og mobiltelefoner, synligt lys, Røntgenstråler, gammabølger, kosmiske bølger, og nuklear fission, hvilket er det, der producerer strøm i atomreaktorer.

De fleste af de skadelige stråler er "ioniserende stråler" - de har tilstrækkelig energi til at fjerne elektroner fra kredsløbene omkring omgivende atomer, får dem til at blive anklaget, eller "ioniseret".

Det er de ladede partikler, eller ioner, at detektorerne opfanger og kvantificerer, afslører intensiteten af ​​strålingen. De fleste aktuelle detektorer, imidlertid, er ikke kun omfangsrige, magt sulten, og dyrt, de kan heller ikke opfange meget lave ioner. Kar og Yung Joons detektor, på den anden side, er så følsom, at den kun kan opfange en enkelt ladet partikel.

"Vores detektorer er mange størrelsesordener mere følsomme med hensyn til, hvor lille et signal de kan registrere, "siger Yung Joon, lektor i Institut for Mekanik og Industri. "Vores kan detektere en ion, den grundlæggende grænse. Hvis du kan registrere en enkelt ion, så kan du opdage alt større end det. "

Overvej en grænsevagt ved amerikansk toldvæsen, siger Kar. Han eller hun bruger en Geiger -tæller til at scanne efter nukleart materiale i et skibs last. Sådant materiale kan være skjult inde i en blybeholder, hvilket gør, at strålingsniveauerne lækker ud for lavt til, at Geiger -tælleren kan registrere, eller vagten kan være 100 meter væk fra kilden, tillader strålingsintensiteten at forsvinde, før den når detektoren. "Det betyder, at vagten ikke kun ikke registrerer lækagen, men også udsættes for stråling på ukendte niveauer, "siger Kar." Ved hjælp af vores teknologi, vagten kunne registrere skjulte kilder fra en sikker afstand, eller endda med en drone. "

Tværfagligt gennembrud

Den ultrafølsomme detektor udviklet ud fra et unikt tværfagligt partnerskab mellem Kar og Yung Joon, som har samarbejdet i mere end 10 år. "Vi ville ikke have gjort denne opdagelse uden bidrag fra hver enkelt af os, "siger Yung Joon.

Yung Joons ekspertise er inden for carbon nano-fremstilling. Han arbejder med grafen, et uendeligt tyndere gitter af stærkere end stål stål af tætpakket carbonatomer, og carbon nanorør - ark af grafen rullet ind i hule rør med vægge, der kun er et atom tykke.

Kar har specialiseret sig i den underliggende fysik af carbon nanorør og andre materialer, herunder de kvantemekaniske egenskaber, der beskriver deres elektriske ledningsevne.

"Når en ladet partikel sidder på overfladen af ​​et materiale, materialet undergår en lille ændring i dets elektriske egenskab, "siger Kar. På et omfangsrigt materiale, partiklen påvirker overfladen, men resten af ​​materialet forbliver uændret. På carbon nanorør, som i det væsentlige kun er overfladematerialer på grund af deres usædvanligt tynde vægge, partiklen ændrer væsentligt materialets samlede elektriske ledningsevne. "Så effekten af ​​partiklen bliver meget mere målbar, «siger Kar.

Ji Hao, PhD'17, en maskiningeniørstuderende i Yung Joons laboratorium, opdagede carbon nanorøres følsomhed over for ladede partikler ved et uheld, mens de testede nanorørene inde i en vakuummåler. Han undrede sig over ændringerne i nanorørens elektriske modstand, da han tændte og slukkede måleren. "Han troede, at han havde et dysfunktionelt kredsløb, der gav anledning til ændringerne, "siger Kar." Han vidste på det tidspunkt ikke, at den lille mængde ioner, der blev frigivet fra måleren, målbart kunne påvirke de elektriske egenskaber ved kulnanorør. Tro det eller ej, i starten forsøgte han meget hårdt at slippe af med ændringerne. "

Efter at have udviklet detektorteknologien, parret er nu fokuseret på at bygge prototypedetektorer til de forskellige strålingstyper, der er relevante for bestemte discipliner, herunder røntgenstråler og betapartikler. I processen, de udforsker kommercialiseringen af ​​deres opfindelse med en pris fra National Science Foundation. "Dette gør det muligt for os at identificere potentielle kunder for alle produkter, vi måtte bygge, «siger Kar.

Yung Joon tilføjer:"Vores mål er at lære, hvilken slags målinger hver specifik arena har brug for."