Национальной безопасности в ближайшее время, возможно, новый инструмент, чтобы добавить к своему арсеналу.
Исследователи Северо-Западного университета и Аргоннской национальной лаборатории разработали новый материал, который открывает двери для нового класса детекторов нейтронов.
С способность ощущать контрабандой ядерных материалов, высокоэффективных детекторов нейтронов, имеющих стратегическое значение для национальной безопасности. В настоящее время существует два класса детекторов, которые либо используют газообразный гелий или вспышки света. Эти датчики очень большие-иногда размером со стену.
Материалом Северо-Западного и Аргонна вводит третий класс: полупроводник, который может поглощать нейтроны и генерировать электрические сигналы, которые могут быть легко измерены. На основе полупроводников детектор также является весьма эффективной и стабильной. Он может использоваться как в небольших, портативных устройств для выездных проверок и очень большие детекторы, использующие массивы кристаллов.
Исследование будет опубликовано в январе. 16 выпуске журнала Nature.
«Люди возомнили полупроводниковых детекторов нейтронов в течение длительного времени», — сказал Меркури Kanatzidis Северо-Западе, который возглавлял исследование. «Идея была там, но никто не имел право материал, чтобы сделать это.»
Kanatzidis является Чарльз э. и Х. Моррисон Эмма профессор химии в колледже Северозападного Вайнберга искусств и наук. Он имеет совместное назначение с Аргоннской.
При тяжелых элементов, таких как Уран и плутоний, распад их атомов извлечь нейтронов от их ядер. Большинство детекторов нейтронов, так называемый сцинтилляторы, что работы по зондированию выбрасываются нейтроны, а затем испускать свет, чтобы предупредить пользователей. Этот новый материал является полупроводником и не излучают света, а непосредственно обнаруживает электрические сигналы, индуцированные нейтронами. В дополнение к приложениям безопасности, детекторы нейтронов используются в радиационной безопасности, астрономии, физики плазмы, материаловедения и кристаллографии.
В то время как классические типы детекторов тепловых нейтронов используются с 1950-х годов, практического материала полупроводника остается недостигнутой. Отлично поглощает нейтронов, литий быстро стал самым перспективным материалом для детекторов нейтронов. Но интеграция лития в индустрии распределения полупроводника и делает его стабильным (литий рушится, когда он встречает вода) — это другая история.
«Вы можете найти хорошие полупроводники, но они не имеют лития», — сказал Kanatzidis. «Или вы можете найти стабильных соединений лития, которые не являются хорошими полупроводниками. Мы нашли лучшее из обоих миров. Конкретные лития-6 изотопов, которые достаточно обильные и низкой стоимости, является сильным поглотителем нейтронов».
В своем исследовании, Kanatzidis и его команда обнаружили правильную комбинацию материалов, чтобы сделать рабочее устройство, также удерживает литий-стабильный. Их новый материал — литий-Индий-фосфор-селен-это многослойные по структуре и обогащенный литий-6 изотопов.
«Кристаллическая структура специального», — сказал Kanatzidis. «Литий является внутри слоев, так что вода не может добраться до него. Это большая, важная особенность этого материала».
В результате полупроводниковый детектор нейтронов может обнаружить тепловых нейтронов, даже очень слабый источник, и может сделать это в течение наносекунд. Он также может различать нейтроны и другие ядерные сигналы, такие как гамма-лучи. Это предотвращает ложные срабатывания.
Один завершающий бонус: материал содержит очень высокое количество лития. Поэтому меньшая часть материала может поглотить такое же количество нейтронов, как гигантское устройство. Это приводит к устройств достаточно мал, чтобы поместиться в руке.
«Важно, чтобы все размеры детекторов нейтронов и как можно больше видов, таких как наш новый полупроводник», — сказал Kanatzidis. «Вы хотите, чтобы те, которые являются как большие, как стена, где можно сдать грузовик прямо на него. Но вы также хотите маленьких, что может быть портативный для проверок в поле».
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!