En su Presupuesto resumido de 2017, el Departamento de Seguridad Nacional de EE. UU. Enumera entre sus prioridades la asignación de $ 103.9 millones para equipos de detección radiológica y nuclear "para mantener los puertos de entrada de EE. UU. Seguros y protegidos mediante la detección e interdicción de materiales ilícitos radiactivos o nucleares."
Un equipo dirigido por Swastik Kar de Northeastern y Yung Joon Jung ha desarrollado una tecnología que podría recorrer un largo camino hacia el logro de ese objetivo ". Nuestro detector podría cambiar drásticamente la manera y la precisión con la que podemos detectar amenazas nucleares en el hogar oen el extranjero ", dice Kar, profesor asociado en el Departamento de Física.
También podría ayudar a racionalizar la radiomedicina, incluidas las terapias de radiación y los diagnósticos de exploración, aumentar la efectividad de los vehículos de monitoreo de radiación no tripulados en el mapeo y monitoreo de áreas contaminadas después de desastres, y revolucionar las imágenes radiométricas en la exploración espacial.
Hecho de grafeno y nanotubos de carbono, el detector de los investigadores supera con creces cualquier existente en su ultrasensibilidad a partículas cargadas, tamaño minúsculo, requisitos de baja potencia y bajo costo.
Habilitación de seguridad y protección
Toda radiación, por supuesto, no es dañina, e incluso el tipo que puede depender de la dosis y la duración de la exposición. La palabra "radiación" se refiere simplemente a la emisión y propagación de energía en forma de ondas o partículas.tiene muchas fuentes, incluido el sol, dispositivos electrónicos como microondas y teléfonos celulares, luz visible, rayos X, ondas gamma, ondas cósmicas y fisión nuclear, que es lo que produce energía en los reactores nucleares.
La mayoría de las radiaciones dañinas son "radiaciones ionizantes": tienen suficiente energía para eliminar los electrones de las órbitas de los átomos circundantes, haciendo que se carguen o "ionicen".
Son esas partículas cargadas, o iones, que los detectores recogen y cuantifican, revelando la intensidad de la radiación. Sin embargo, la mayoría de los detectores actuales no solo son voluminosos, necesitan mucha energía y son caros, sino que tampoco pueden captar muy bajoniveles de iones. El detector de Kar y Yung Joon, por otro lado, es tan sensible que puede recoger una sola partícula cargada.
"Nuestros detectores son muchos órdenes de magnitud más sensibles en términos de cuán pequeña es la señal que pueden detectar", dice Yung Joon, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica e Industrial. "El nuestro puede detectar un ion, el límite fundamental.Si puede detectar un solo ion, puede detectar todo lo que sea más grande que eso ".
Considere un guardia fronterizo en la Aduana de los Estados Unidos, dice Kar. Él o ella está usando un contador Geiger para buscar material nuclear en la carga de un barco. Dicho material podría estar oculto dentro de un contenedor de plomo, haciendo que los niveles de radiación se filtren demasiado bajo parael contador Geiger para detectar, o el protector podría estar a 100 metros de la fuente, permitiendo que la intensidad de la radiación se disipe antes de llegar al detector ". Eso significa que el protector no solo no detecta la fuga sino que también está expuesto aradiación a niveles desconocidos ", dice Kar." Utilizando nuestra tecnología, el guardia podría detectar fuentes ocultas desde una distancia segura, o incluso con un avión no tripulado ".
avance interdisciplinario
El detector ultrasensible se desarrolló a partir de una asociación interdisciplinaria única entre Kar y Yung Joon, que han estado colaborando durante más de 10 años. "No habríamos hecho este descubrimiento sin las contribuciones de cada uno de nosotros", dice Yung Joon.
La experiencia de Yung Joon está en la nanofabricación de carbono. Trabaja con grafeno, una red infinitamente delgada de átomos de carbono más compacta que el acero, y nanotubos de carbono: láminas de grafeno enrolladas en tubos huecos con paredes que son solo unaátomo de espesor.
Kar se especializa en la física subyacente de los nanotubos de carbono y otros materiales, incluidas las propiedades mecánicas cuánticas que describen su conductancia eléctrica.
"Cuando una partícula cargada se sienta en la superficie de un material, el material sufre un pequeño cambio en su propiedad eléctrica", dice Kar. En un material voluminoso, la partícula afecta la superficie pero el resto del material permanece sin cambios.Los nanotubos de carbono, que son esencialmente solo materiales de superficie debido a sus paredes excepcionalmente delgadas, la partícula cambia significativamente la conductancia eléctrica total del material. "Por lo tanto, el efecto de la partícula se vuelve mucho más medible", dice Kar.
Ji Hao, PhD'17, un estudiante de ingeniería mecánica en el laboratorio de Yung Joon, descubrió la sensibilidad de los nanotubos de carbono a partículas cargadas por accidente mientras probaba los nanotubos dentro de un medidor de vacío. Estaba desconcertado por los cambios en la resistencia eléctrica de los nanotubos cuandoencendió y apagó el medidor ". Pensó que tenía un circuito disfuncional que estaba dando lugar a los cambios", dice Kar. "No sabía en ese momento que la pequeña cantidad de iones liberados del medidor podría afectar de manera considerablelas propiedades eléctricas de los nanotubos de carbono. Créalo o no, al principio intentó con todas sus fuerzas deshacerse de los cambios ".
Después de haber desarrollado la tecnología de detección, el par ahora se enfoca en construir detectores prototipo para los diversos tipos de radiación relevantes para disciplinas particulares, incluyendo rayos X y partículas beta. En el proceso, están explorando la comercialización de su invención con unpremio de la National Science Foundation. "Esto nos permitirá identificar clientes potenciales para cualquier producto que podamos construir", dice Kar.
Agrega Yung Joon: "Nuestro objetivo es aprender qué tipo de medidas necesita cada arena específica"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del noreste . Original escrito por Thea Singer. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :