Seguridad Nacional podría tener pronto una nueva herramienta para agregar a su arsenal.
Los investigadores de la Universidad Northwestern y el Laboratorio Nacional de Argonne han desarrollado un nuevo material que abre las puertas para una nueva clase de detectores de neutrones.
Con la capacidad de detectar materiales nucleares de contrabando, los detectores de neutrones altamente eficientes son críticos para la seguridad nacional. Actualmente, hay dos clases de detectores que usan gas helio o destellos de luz. Estos detectores son muy grandes, a veces del tamaño deuna pared.
El material de Northwestern y Argonne introduce una tercera clase: un semiconductor que puede absorber neutrones y generar señales eléctricas que se pueden medir fácilmente. El detector basado en semiconductores también es altamente eficiente y estable. Se puede utilizar tanto en dispositivos pequeños y portátiles parainspecciones de campo y detectores muy grandes que usan matrices de cristales.
El estudio se publicará en la edición del 16 de enero de la revista Naturaleza .
"La gente ha imaginado detectores de neutrones semiconductores durante mucho tiempo", dijo Mercouri Kanatzidis de Northwestern, quien dirigió la investigación. "La idea estaba ahí, pero nadie tenía el material adecuado para hacerlo".
Kanatzidis es Profesor de Química Charles E. y Emma H. Morrison en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern. Tiene una cita conjunta con Argonne.
Cuando los elementos pesados, como el uranio y el plutonio, se descomponen, sus átomos expulsan neutrones de sus núcleos. La mayoría de los detectores de neutrones son los llamados centelleadores que funcionan al detectar neutrones expulsados y luego emiten luz para alertar al usuario. Este nuevo material es unsemiconductor y no emite luz, sino que detecta directamente las señales eléctricas inducidas por los neutrones. Además de las aplicaciones de seguridad, los detectores de neutrones se utilizan en seguridad radiológica, astronomía, física del plasma, ciencia de los materiales y cristalografía.
Mientras que los tipos clásicos de detectores de neutrones térmicos han estado en uso desde la década de 1950, un material semiconductor práctico se ha mantenido esquivo. Excelente para absorber neutrones, el litio emergió rápidamente como el material más prometedor para dispositivos de detección de neutrones. Pero al integrar el litio en un semiconductor yhacerlo estable el litio se desmorona cuando se encuentra con el agua fue otra historia.
"Puedes encontrar buenos semiconductores, pero no tienen litio", dijo Kanatzidis. "O puedes encontrar compuestos de litio estables que no sean buenos semiconductores. Encontramos lo mejor de ambos mundos. El isótopo específico de litio-6,que es razonablemente abundante y de bajo costo, es un fuerte absorbente de neutrones "
En su estudio, Kanatzidis y su equipo descubrieron la combinación correcta de materiales para hacer un dispositivo de trabajo que también mantenga el litio estable. Su nuevo material - litio-indio-fósforo-selenio - está estructurado en capas y enriquecido con el litio-6 isótopo.
"La estructura cristalina es especial", dijo Kanatzidis. "El litio está dentro de las capas, por lo que el agua no puede alcanzarlo. Esa es una característica importante e importante de este material".
El detector de neutrones semiconductores resultante puede detectar neutrones térmicos incluso de una fuente muy débil, y puede hacerlo dentro de nanosegundos. También puede discriminar entre neutrones y otros tipos de señales nucleares, como los rayos gamma. Esto evita falsas alarmas.
Una ventaja adicional: el material contiene una cantidad muy alta de litio. Por lo tanto, una fracción más pequeña del material puede absorber la misma cantidad de neutrones que un dispositivo gigante. Esto lleva a dispositivos lo suficientemente pequeños como para caber en su mano.
"Es importante tener detectores de neutrones de todos los tamaños y tantos tipos como sea posible, como nuestro nuevo semiconductor", dijo Kanatzidis. "Desea unos que sean tan grandes como una pared, donde pueda pasar un camión justo al lado. Pero también desea pequeños que puedan ser portátiles para inspecciones en el campo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Original escrito por Amanda Morris. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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