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Das helle Denken führt zu Durchbruch in der Kerndrohungs-Entdeckungs-Wissenschaft

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Inspiration von einer ungewöhnlichen Quelle nehmend, hat ein Team Sandia-nationaler Laboratorien drastisch die Wissenschaft von scintillators verbessert — Gegenstände, die atomare Bedrohungen ermitteln. Nach Ansicht des Teams unter Verwendung der organischen Glas-scintillators konnte es sogar härter bald machen, Kernmaterialien durch Amerikas Häfen und Grenzen zu schmuggeln.

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Das Sandia-Laborteam entwickelte ein scintillator, das von einem organischen Glas gemacht wurde, das effektiver als das bekannteste Kerndrohungsentdeckungsmaterial beim Sein viel einfacher und billiger zu produzieren ist. Organisches Glas ist ein Kohlenstoff-ansässiges Material, das geschmolzen werden kann und nicht bewölkt wird oder nach dem Abkühlen kristallisiert. Erfolgreiche Ergebnisse der Tests des Verteidigungs-Kern- Nichtverbreitungsprojektteams auf organischen Glas-scintillators werden in einem Papier beschrieben, das diese Woche in der Zeitschrift des American Chemical Society veröffentlicht wird.

Sandia-Labors materieller Wissenschaftler und Projektleiter Patrick Feng fingen an, alternative Klassen von organischen scintillators im Jahre 2010 zu entwickeln. Feng erklärte ihn und sein Team legte dar, „Staatssicherheit zu verstärken, indem es das Kosten-zuleistungsverhältnis von Strahlungsdetektoren an den Frontlinien alles Materials verbesserte, das sich bewegt in das Land.“ Um dieses Verhältnis zu verbessern, musste das Team den Abstand zwischen das beste, das am hellsten, dem meisten empfindlichen scintillator Material und den geringeren Kosten von weniger empfindlichen Materialien füllen.

Inspiration von Leuchtdiodeführung zu Leistungsauftrieb

Das entworfene Team, synthetisierte und setzte neue scintillator Moleküle für dieses Projekt mit dem Ziel des Verständnisses des Verhältnisses zwischen den Molekülstrukturen und den resultierenden Strahlungsentdeckungseigenschaften fest. Sie machten Fortschritt scintillators fähig finden, den Unterschied zwischen Kernmaterialien, die potenzielle Bedrohungen und normales sein konnten, nicht-drohenden Strahlenquellen, wie denen anzuzeigen, die für ärztliche Behandlungen oder die Strahlung natürlich vorhanden ist in unserer Atmosphäre verwendet wurden.

Das Team berichtete zuerst über den Nutzen der Anwendung des organischen Glases als scintillator Material im Juni 2016. Organischer Chemiker Joey Carlson sagte, weitere Durchbrüche wirklich möglich wurden, als er verwirklichte, dass scintillators sich viel wie Leuchtdioden benehmen.

Mit LED wird eine bekannte Quelle und eine Menge elektrische Energie auf ein Gerät zugetroffen, um eine gewünschte Menge Licht zu produzieren. Demgegenüber produzieren scintillators Licht in Erwiderung auf das Vorhandensein eines unbekannten Strahlenquellematerials. Abhängig von der Menge des Lichtes produzierte und die Geschwindigkeit, mit der das Licht erscheint, die Quelle kann identifiziert werden.

Trotz dieser Unterschiede auf die Arten, die sie, laufen lassen, spannen LED und scintillators elektrische Energie vor, um Licht zu produzieren. Fluorene ist ein lichtemittierendes Molekül, das in einen Arten LED benutzt wird. Das Team fand, dass es möglich war, die wünschenswertesten Qualitäten zu erzielen — Stabilität, Transparenz und Helligkeit — durch das Enthalten von fluorene in ihre scintillator Mittel.

Druck von letzten Kristallen und von Plastik

Das Goldstandard scintillator Material für die letzten 40 Jahre ist die kristallene Form eines Moleküls gewesen, das Transstilben, trotz der intensiven Forschung genannt wird, zum eines Ersatzes zu entwickeln. Trans-Stilben ist an der Unterscheidung zwischen zwei Arten Strahlung in hohem Grade effektiv: Gammastrahlen, die in der Umwelt überall vorhanden sind, und Neutronen, die fast ausschließlich von kontrollierten Drohungsmaterialien wie Plutonium oder Uran ausströmen. Trans-Stilben ist für diese Materialien sehr empfindlich und produziert ein helles Licht in Erwiderung auf ihre Anwesenheit. Aber es dauert viel Energie und einige Monate, um einen Transstilbenkristall nur einige Zoll zu produzieren lang. Die Kristalle sind, herum $1.000 pro Kubikzoll unglaublich teuer, und sie sind zerbrechlich, also sind sie nicht auf dem Gebiet allgemein verwendet.

Stattdessen sind die allgemein verwendetsten scintillators an den Grenzen und an den Häfen des Eintritts Plastik. Sie sind an kleiner als ein Dollar pro Kubikzoll verhältnismässig billig, und sie können in sehr große Formen geformt werden, der für scintillator Empfindlichkeit wesentlich ist. Da Feng erklärte, „das größere Ihr Detektor, empfindlicher es sein wird, weil es eine höhere Möglichkeit gibt, dass Strahlung schlägt sie.“

Trotz dieser Positive ist Plastik nicht in der Lage, zwischen Arten der Strahlung leistungsfähig zu unterscheiden — ein unterschiedliches Heliumrohr wird für das angefordert. Die Art des Heliums benutzt in diesen Rohren ist selten nicht erneuerbar, und fügt erheblich den Kosten und der Komplexität eines Plastik-scintillator Systems hinzu. Und Plastik ist nicht, an nur zwei drittel die Intensität des Transstilbens besonders hell, das bedeutet, dass sie nicht schwache Strahlenquellen gut ermitteln tun.

Aus diesen Gründen fing das Team Sandia-Labors an, mit organischen Gläsern zu experimentieren, die sind, zwischen Arten der Strahlung abzusondern. Tatsächlich Fengs fand Team, dass die Glas-scintillators sogar das Transstilben in den Strahlungsentdeckungstests übertreffen — sie sind heller und am Absondern zwischen Arten der Strahlung besser.

Eine andere Herausforderung: Die Anfangsglasmittel, die das Team machte, waren nicht stabil. Wenn die Gläser zu lange zu heiß erhielten, würden sie kristallisieren, die ihre Leistung beeinflußten. Fengs Team fand, dass die Mischungsmittel, die fluorene zu den organischen Glasmolekülen enthalten, sie unbestimmt stabil machten. Die stabilen Gläser konnten in große Blöcke dann auch geschmolzen werden und geworfen werden, das ein einfacherer und weniger teurer Prozess als ist, Plastik oder Transstilben machend.

Vom Labor zu den Häfen

Die Arbeit zeigt bis jetzt unbestimmte Stabilität in einem Labor und bedeutet, dass das Material nicht im Laufe der Zeit vermindert. Jetzt wirft der nächste Schritt hin zu Kommerzialisierung ein sehr großer Prototyp organisches Glas-scintillator für das Probelaufen. Feng und sein Team möchten zeigen, dass organische Glas-scintillators der Feuchtigkeit und anderen Umweltbedingungen widerstehen können, die an den Häfen gefunden werden.

Die nationale Kernsicherheits-Verwaltung hat das Projekt für zusätzlichen zwei Jahre finanziert. Dieses gibt dem Team Zeit, zu sehen, wenn sie organische Glas-scintillators verwenden können, um zusätzliche nationale Sicherheitsbedürfnisse zu erfüllen.

Vorwärts auch gehen, Feng und sein Plan des Teams, mit dem organischen Glas zu experimentieren, bis es zwischen Quellen von Gammastrahlen unterscheiden kann, die nicht-drohen und die, die verwendet werden können, um schmutzige Bomben zu machen.