В подземном хранилище, обнесенное двухметровой бетонной стены и подняться на прокатных, 25 тонн бетона и стальных дверей, Университет Калифорнии, Беркли, студенты вносят нейтроны танцевать под новую мелодию: одни лучше подходят для производства изотопов, необходимых для геологического датирования, полицейские эксперты, больница диагностика и лечение.
Знакомства и судмедэксперты полагаются на спрей нейтронов превратить атомы в радиоактивные изотопы, которые предадут химический состав вещества, позволяющие проследить пистолет или выявить возраст скалы, например. Больницы используют изотопов, полученных при облучении нейтронами, чтобы убить опухоли или выявить такие заболевания, как рак в теле.
Однако для таких приложений, можете только ядерные реакторы производят достаточно сильное спрей нейтронов, и есть только два таких реакторов к западу от Миссисипи.
В качестве альтернативы, команда, в том числе студентов Калифорнийского университета в Беркли создала столешницы источником нейтронов, который будет относительно недорогим, чтобы воспроизвести и в итоге портативной и также в состоянии произвести более узкий диапазон энергий нейтронов, сведение к минимуму нежелательных радиоактивных побочных продуктов.
«Любой больницы в стране может иметь эту вещь, они могли бы построить его за несколько сотен тысяч долларов для местных, очень недолговечны медицинские изотопы — вы могли бы просто запустить их на лифте на пациента», — говорит Карл Ван Bibber, университета Беркли, профессор ядерной инженерии, который курирует студентов, совершенствуя устройство. «Он имеет применение в геохронологии, нейтронно-активационный анализ для правоохранительных органов, когда ФБР хочет определить происхождение образца в качестве доказательства, например, нейтронной радиографии, искать трещины в детали самолета. Это очень компактный, размером чуть конвекционная печь; я думаю, это здорово, мы рады, об этом.»
Беркли исследователи уже показали, что высокая плотность потока нейтронов генератора (HFNG) может произвести «бутик» нейтроны — нейтроны в очень узком диапазоне энергий, которые могут быть использованы для точного даты мелкозернистые породы почти невозможно, на сегодняшний день других радиоизотопных методов. Исследование будет опубликовано на этой неделе в журнале Science авансы.
«Это позволит расширить возможности знакомства и мелкозернистых материалов, таких как глинистые минералы, связанные с рудными месторождениями, в том числе золото, или лавовые потоки», — сказал Пол Ренне, университета Беркли, профессор-в — резиденции в Департаменте Земли и планетарных наук, директор Центра геохронологии в Беркли. «Это устройство может также давайте посмотрим на самые примитивные объекты в нашей Солнечной системе — кальций/алюминий-включений содержится в некоторых типах метеоритов, которые очень мелкозернистые».
Как сообщают в новой работе исследователи использовали генератор нейтронов для определения возраста мелкозернистого лавы от 79 году нашей эры извержение Везувия, который погребен римский город Помпеи. Дату они подсчитали, была столь точна, как ответ дается исчерпывающее исследование в 1997 году, используя государство-оф-искусство аргон-аргонового датирования образцов, облученных в ядерном реакторе.
«Это делает возможным делать то, что не возможно было не иначе», — сказал Ренне.
Долгая дорога на рабочий стол фьюжн
Ренне был поиск более эффективных путей для облучения образцов горных пород в течение многих десятилетий и слышал про один из возможных методов с конца Беркли атомной энергетики профессор Стэнли Prussin, кто умер в 2015 году. Методика заключается в слиянии двух атомов дейтерия, которые являются изотопы водорода, чтобы добывать гелий-3 и один нейтрон. Эти нейтроны имеют энергию около 2,5 миллионов электрон-вольт, — что идеально подходит для облучения пород для проведения аргон-аргонового датирования, один из наиболее точных методов, которые применяются и сегодня.
Аргон-аргоновая датировка опирается на тот факт, что примерно одна на каждые 1000 атомов калия в горных породах, является радиоактивный изотоп калий-40, который распадается на аргон-40 с периодом полураспада более миллиарда лет. Используя нейтронов, ученые реализовать часть стабильного калия, Калий-39, в аргон-39, затем измерить соотношение Ар-40, Ар-39 в образец, чтобы рассчитать его возраст.
Образцы пород должны теперь быть облучены на ядерных реакторов, но и реакторов производства высокоэнергетических нейтронов, которые могут сбить атомов аргона из образца — особая проблема для пород с микроскопических зерен, а также привести к нежелательным радиоактивных элементов. Оба эффекта сделать расчет возраст сложнее.
В HFNG позволяет избежать обе эти проблемы, поскольку нейтроны являются одной десятой энергии от ядерного реактора и имеют более узкий спектр энергий, сохраняя при этом высокий поток нейтронов.
«Устраняя проблему отдачи, плюс сокращения интерферирующих реакций, является огромным», — сказал Ренне. «Но радиологические аспекты также улучшена».
«Красота это дело, мы поняли, что вы не есть эта вещь извергает нейтронов везде и создания радиологических вопрос», — добавил Ван Bibber, кто Шанкар Sastry стул лидерства и инноваций. «Ты на самом деле имея скромное число нейтронов, но, получая целевой вблизи точечного источника — самое главное — поток нейтронов на образце очень высока».
Первое устройство для создания нейтронов через дейтерий-дейтерий (Д-Д) Fusion был разработан 10 лет назад команда Ренне, в который вошли физик плазмы Ка-НПО Люн, ранее работавший в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (лаборатории Беркли). Но их прототип томился, пока Ван Bibber поинтересовался в 2012 году, вскоре после его назначения в качестве председателя отделения Калифорнийского университета в Беркли в области ядерной инженерии. В дом термоядерный генератор, Ван Bibber взял на себя железобетонный свод, который ранее использовался для экспериментов с кампуса ядерный реактор, который сидел под то, что сейчас Сода Холл, хотя она сидит в большой подземный зал, который является частью подвале Etcheverry зал-до тех пор, пока реактор закрыт в 1987 году и был удален.
Генератор работает около 100 000 вольт для ускорения ионизованных атомов дейтерия в сторону металлический катод из титана. Дейтерий накапливается на катоде в тонком слое, который затем служит мишенью для других входящих ионов. При столкновении дейтронов предохранитель, нейтрон производится в широкий луч, который облучает образец, расположенный около трети дюйма прочь.
На протяжении многих лет, Ван Bibber привлек многих студентов, аспирантов и научных сотрудников, которые помогут сделать генератор нейтронов реальностью. Один из них, новичок Макс Уоллес, восходящей старший заинтересован в ядерной криминалистике, был поражен доступ к он должен был такую машину.
«Это редкий, чтобы иметь возможность работать с радиоизотопами в качестве студентов», — сказал бывший инженер-программист. «Я научился делать так поздно ночью, надев перчатки и защитные очки, чтобы измерить излучения, брать пробы, делать проверку безопасности и запуском программного обеспечения. На самом деле, я бы что-то узнать в моем ядерного класса физики, а затем пришел сюда, чтобы работать на прямое применение».
Для Маурисио Айлона Unzueta, четвертый-летний аспирант в атомной энергетике, опыт он получил, помогая совершенствовать нейтронного генератора непосредственно привели к новому проекту в лаборатории Беркли: проектирование вариант HFNG, которые могут быть приняты в области, чтобы сделать нейтронной активации грунта для измерения содержания углерода — ключевой кусок информации, если общество надеется секвестр углерода в почвах по смягчению последствий изменения климата.
«Через три поколения аспирантов, мы превратили ее от чего-то, который работал только в высокий исполнительский генератора нейтронов,» Ван Bibber сказал.
Даниэль Рютте, университета Беркли, научный сотрудник в области геологии работе с Ренне и КУП руководитель лаборатории Тим Бекер, играют важную роль в проектировании и проведении первого эксперимента знакомств, по данным Ренне.
«Даниил был буквально ключевую роль в демонстрации того, что это будет работать для Ар-Ар геохронология», — сказал он.
Цель Рютте является разработка новых методов и инструментов, чтобы лучше понять происходящие на Земле процессы, в частности на деформации земной коры, который происходит путем медленной ползучести или быстрого разрушения в результате землетрясения.
«Чтобы понять долгосрочные деформации земной коры, я встречаюсь старые разрывы сохранились в рок-альбом», — сказал Рютте. «Генератор нейтронов будет способствовать прогрессу в этой области путем расширения ассортимента материалов, мы можем встречаться».
Постоянную помощь учащимся, Ван Bibber и Ренне надеюсь, что смогу сделать генератор нейтронов более компактны и производят более интенсивный спрей нейтронов, что делает его более широко полезный для геохронологии, а также других специализированных применений. Исследователи Лаборатории космических наук Калифорнийского университета в Беркли уже показали заинтересованность в использовании этих нейтронов для тестирования электронного оборудования, чтобы определить, как она выживет в радиоактивной среде пространства. Более высокие энергетические нейтроны могут быть использованы для нейтронной радиографии, которые могут дополнять рентгенографии в визуализации интерьера плотные объекты, как металлы.
«Цель все вместе были, чтобы проверить сон Павла, можем ли мы использовать очень компактные, низковольтные устройства нейтронного облучения,» Ван Bibber сказал. «Мы сейчас показали, что любой вуз может иметь источник нейтронов для аргон-аргонового метода датирования.»
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!