حسگر برودتی می‌تواند ایمنی و مراقبت هسته‌ای را متحول کند

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) از یک روش پیشگامانه برای تشخیص سریع و اندازه‌گیری رادیواکتیویته در نمونه‌های بسیار کوچک رونمایی کرده‌اند.

این تکنیک که طیف‌سنجی انرژی واپاشی برودتی (DES) نام دارد، به دانشمندان این امکان را می‌دهد که مواد رادیواکتیو را سریع‌تر و دقیق‌تر از همیشه شناسایی و تعیین کمیت کنند.

این پیشرفت می‌تواند پیشرفت در زمینه‌هایی مانند درمان سرطان، پاکسازی زباله‌های هسته‌ای و توسعه سوخت راکتور را تسریع کند.

این کار نشان می‌دهد که چگونه DES مشخصات کامل رادیواکتیویته را از یک نمونه کوچک تنها در عرض چند روز ارائه می‌دهد و فرآیند‌هایی را که زمانی ماه‌ها طول می‌کشید، کاهش می‌دهد.

امضا‌های انرژی دقیق

در قلب این تکنیک، دستگاهی به نام حسگر لبه گذار (TES) وجود دارد. این آشکارساز تابش پیشرفته در دما‌های نزدیک به صفر مطلق کار می‌کند و می‌تواند امضای انرژی واپاشی‌های رادیواکتیو منفرد را ثبت کند.

رایان فیتزجرالد، فیزیکدان NIST، گفت: «TES بسیار پیشرفته‌تر از یک شمارنده گایگر آشنا یا سایر آشکارساز‌های مورد استفاده امروزی است. به جای اینکه فقط کلیک کند تا تابش را نشان دهد یا یک نشانه تار از انرژی واپاشی ارائه دهد، اثر انگشت دقیقی از آنچه وجود دارد به ما می‌دهد.»

وقتی یک اتم رادیواکتیو واپاشی می‌کند، انرژی آزاد می‌کند. TES آن انرژی را جذب می‌کند و تغییر کوچکی در مقاومت الکتریکی آن ایجاد می‌شود. با تجزیه و تحلیل این تغییرات، محققان می‌توانند دقیقاً مشخص کنند که کدام رادیونوکلئید‌ها وجود دارند و چه مقدار رادیواکتیویته از خود ساطع می‌کنند.

برخلاف رویکرد‌های سنتی که یا ایزوتوپ رادیواکتیو را شناسایی می‌کنند یا شدت آن را اندازه‌گیری می‌کنند، اما نه هر دو را، DES هر دو کار را با یک دستگاه واحد انجام می‌دهد. این امر نیاز به پردازش شیمیایی پیچیده، ردیاب‌ها و مواد کالیبراسیون را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

دقت جوهر افشان برای نمونه‌های کوچک

برای انجام اندازه‌گیری‌ها، تیم از یک دستگاه جوهرافشان سفارشی استفاده کرد که قطراتی کوچکتر از یک میلیونیم گرم را پخش می‌کند. این قطرات روی فویل‌های نازک طلا که با نانوحفره‌ها پوشیده شده‌اند، فرود می‌آیند و نمونه مایع را جذب می‌کنند.

محققان ابتدا جرم قطره رادیواکتیو را با استفاده از سیستم جوهرافشان اندازه‌گیری می‌کنند. سپس آن را خشک کرده و از دستگاه TES برای اندازه‌گیری رادیواکتیویته آن استفاده می‌کنند.

این به آنها اجازه می‌دهد تا «فعالیت جرمی» یا رادیواکتیویته در واحد جرم را با دقت بالا، حتی از نمونه‌های فوق‌العاده کوچک، محاسبه کنند.

این روش به ویژه برای سناریو‌های پرخطر، مانند شناسایی محتویات ناشناخته در بشکه‌های رادیواکتیو، ارزشمند است. فیتزجرالد گفت: به جای ماه‌ها انتظار برای نتایج، اکنون می‌توانیم تنها در عرض چند روز از یک نمونه کوچک، مشخصات کامل رادیواکتیویته را بدست آوریم.

پروژه TrueBq با هدف بازنگری اساسی

این توسعه بخشی از یک تلاش گسترده‌تر به نام پروژه True Becquerel (TrueBq) است. این پروژه که به نام فیزیکدان هنری بکرل نامگذاری شده است، به دنبال تغییر نحوه اندازه‌گیری و استانداردسازی رادیواکتیویته است.

TrueBq سیستم TES را با یک ترازوی جرمی بسیار دقیق ترکیب می‌کند تا گردش کار اندازه‌گیری دقیق‌تر و سریع‌تری را ارائه دهد. هدف آن بهبود طیف وسیعی از خدمات NIST، از جمله کالیبراسیون‌ها، مواد مرجع و برنامه‌های آزمایش است.

در نهایت، محققان امیدوارند نسخه‌های قابل حمل سیستم DES را برای استفاده در بیمارستان‌ها، نیروگاه‌های هسته‌ای و سایت‌های زیست‌محیطی بسازند.

اگرچه این کار هنوز در مراحل اولیه است، اما جهشی قابل توجه به سوی نظارت ایمن‌تر، سریع‌تر و دقیق‌تر بر رادیواکتیویته محسوب می‌شود.

این مطالعه در مجله Metrologia منتشر شده است.