Penemuan dapat membantu mendeteksi ancaman nuklir

Nuclear Power and Bomb Testing Documentary Film (Juni 2019).

Anonim

Keamanan nasional: Frasa ini bergema seperti drumbeat hari ini.

Hanya satu contoh: Dalam Anggaran 2017-in-Brief, daftar Departemen Keamanan Dalam Negeri AS di antara prioritasnya mengalokasikan $ 103, 9 juta untuk peralatan deteksi radiologi dan nuklir "untuk menjaga pelabuhan masuk AS aman dan aman dengan mendeteksi dan melarang radioaktif gelap atau nuklir bahan. "

Sebuah tim yang dipimpin oleh Swastik Kar dari Northeastern dan Yung Joon Jung telah mengembangkan teknologi yang dapat berjalan jauh untuk mencapai tujuan tersebut. "Detektor kami dapat secara dramatis mengubah cara dan akurasi yang kami dapat mendeteksi ancaman nuklir di rumah atau di luar negeri, " kata Kar, profesor di Departemen Fisika.

Ini juga dapat membantu merampingkan obat-obatan radio, termasuk terapi radiasi dan diagnostik pemindaian, meningkatkan efektivitas kendaraan pemantauan radiasi tak berawak dalam pemetaan dan pemantauan area yang terkontaminasi setelah bencana, dan merevolusi pencitraan radiometrik dalam eksplorasi ruang angkasa.

Terbuat dari graphene dan karbon nanotube, detektor peneliti jauh melampaui salah satu yang ada dalam ultrasensitivitas untuk partikel bermuatan, ukuran sangat kecil, kebutuhan daya rendah, dan biaya rendah.

Mengaktifkan keamanan dan keselamatan

Semua radiasi, tentu saja, tidak berbahaya, dan bahkan jenis yang mungkin tergantung pada dosis dan panjang paparan. Kata "radiasi" hanya mengacu pada emisi dan perbanyakan energi dalam bentuk gelombang atau partikel. Ini memiliki banyak sumber, termasuk matahari, perangkat elektronik seperti gelombang mikro dan ponsel, cahaya tampak, sinar-X, gelombang gamma, gelombang kosmik, dan fisi nuklir, yang menghasilkan tenaga di reaktor nuklir.

Sebagian besar radiasi berbahaya adalah "radiasi pengion" - mereka memiliki energi yang cukup untuk mengeluarkan elektron dari orbit atom di sekitarnya, menyebabkan mereka menjadi terisi, atau "terionisasi."

Ini adalah partikel bermuatan, atau ion, yang detektor mengambil dan mengukur, mengungkapkan intensitas radiasi. Kebanyakan detektor saat ini, bagaimanapun, tidak hanya besar, haus kekuasaan, dan mahal, mereka juga tidak dapat mengambil tingkat ion yang sangat rendah. Detektor Kar dan Yung Joon, di sisi lain, sangat sensitif sehingga hanya dapat mengambil satu partikel bermuatan tunggal.

"Detektor kami banyak pesanan yang lebih sensitif dalam hal seberapa kecil sinyal yang dapat mereka deteksi, " kata Yung Joon, profesor di Departemen Teknik Mesin dan Industri. "Kita dapat mendeteksi satu ion, batas fundamental. Jika Anda dapat mendeteksi satu ion, maka Anda dapat mendeteksi semua yang lebih besar dari itu."

Pertimbangkan penjaga perbatasan di Bea Cukai AS, kata Kar. Dia menggunakan penghitung Geiger untuk memindai bahan nuklir dalam kargo kapal. Bahan semacam itu dapat disembunyikan di dalam wadah timbal, membuat tingkat radiasi bocor terlalu rendah untuk mendeteksi Geiger, atau penjaga mungkin berjarak 100 meter dari sumbernya, memungkinkan intensitas radiasi menghilang sebelum mencapai detektor.. "Itu berarti penjaga tidak hanya gagal mendeteksi kebocoran tetapi juga terkena radiasi pada tingkat yang tidak diketahui, " kata Kar. "Menggunakan teknologi kami, penjaga bisa mendeteksi sumber tersembunyi dari jarak aman, atau bahkan dengan pesawat tak berawak."

Interdisipliner terobosan

Detektor ultrasensitif dikembangkan dari kemitraan antar-disiplin yang unik antara Kar dan Yung Joon, yang telah berkolaborasi selama lebih dari 10 tahun. "Kami tidak akan membuat penemuan ini tanpa kontribusi dari masing-masing dari kami, " kata Yung Joon.

Keahlian Yung Joon adalah manufaktur karbon nano. Dia bekerja dengan graphene, sebuah kisi tipis yang sangat kuat dari baja yang sangat tipis dari atom karbon yang padat, dan nanotube karbon — lembaran graphene yang digulung menjadi tabung berongga dengan dinding yang hanya setebal satu atom.

Kar mengkhususkan diri dalam fisika yang mendasari nanotube karbon dan bahan lainnya, termasuk sifat mekanika kuantum yang menggambarkan konduktansi listrik mereka.

"Ketika partikel bermuatan duduk di permukaan material, material mengalami perubahan kecil dalam properti listriknya, " kata Kar. Pada material yang besar, partikel mempengaruhi permukaan tetapi sisa material tetap tidak berubah. Pada karbon nanotube, yang pada dasarnya hanya bahan permukaan karena dinding mereka sangat tipis, partikel secara signifikan mengubah total konduktansi listrik material. "Jadi efek dari partikel menjadi jauh lebih terukur, " kata Kar.

Ji Hao, PhD'17, seorang mahasiswa teknik mesin di laboratorium Yung Joon, menemukan sensitivitas karbon nanotube ke partikel bermuatan secara tidak sengaja saat menguji nanotube di dalam pengukur vakum. Dia bingung dengan perubahan dalam tahanan listrik nanotube ketika dia menyalakan dan mematikan alat itu. "Dia pikir dia memiliki sirkuit disfungsional yang menimbulkan perubahan, " kata Kar. "Dia tidak tahu pada saat itu bahwa sejumlah kecil ion yang dilepaskan dari alat pengukur dapat secara terukur mempengaruhi sifat listrik dari karbon nanotube. Percaya atau tidak, awalnya dia berusaha sangat keras untuk menyingkirkan perubahan."

Setelah mengembangkan teknologi detektor, pasangan ini sekarang fokus pada pembangunan detektor prototipe untuk berbagai jenis radiasi yang relevan dengan disiplin ilmu tertentu, termasuk sinar-X dan partikel beta. Dalam prosesnya, mereka mengeksplorasi komersialisasi penemuan mereka dengan penghargaan dari National Science Foundation. "Ini akan memungkinkan kami mengidentifikasi pelanggan potensial untuk produk apa pun yang mungkin kami bangun, " kata Kar.

Menambahkan Yung Joon: "Tujuan kami adalah untuk mempelajari apa jenis pengukuran setiap kebutuhan arena tertentu."

menu
menu