Los investigadores de la Universidad de Colorado, Boulder y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST han desarrollado un nuevo instrumento basado en una matriz de sensores que ofrece detección de ruido ultra bajo de pequeñas cantidades de energía para una serie de aplicaciones.el dispositivo permite la recopilación de datos de muchos más detectores de lo que era posible anteriormente. El avance, informado en la edición de esta semana de letras de física aplicada , de AIP Publishing, se espera que permita aplicaciones en campos tan diversos como contabilidad de materiales nucleares, astrofísica y espectrometría de rayos X.
El instrumento consta de 128 sensores superconductores y combina su salida en un solo canal proporcionado por un par de cables coaxiales. En el pasado, el tamaño de la matriz estaba limitado por el ancho de banda disponible para combinar señales en un número razonable de canales de salida. Este nuevoLa investigación demuestra una mejora del ancho de banda de cien veces, y los investigadores planean hacerlo aún mejor pronto. Superaron la barrera del ancho de banda utilizando circuitos de microondas superconductores muy fríos y amplificadores de dispositivos de interferencia cuántica superconductores, conocidos como SQUID, capaces de aumentar la intensidad de las señales pequeñas..
El nuevo dispositivo utiliza SQUID de radiofrecuencia para regular los resonadores de microondas de alta calidad. Cuando estos resonadores se acoplan a una línea de alimentación de microondas común, con cada resonador sintonizado a una frecuencia diferente, todos los sensores se pueden monitorear simultáneamente.
"Es como si uno estuviera tratando de escuchar cientos de estaciones de radio a la vez, a través de un receptor de radio", dijo Ben Mates, de la Universidad de Colorado y autor principal del trabajo. Los resonadores SQUID aumentan la señal en cada canal, explicó, permitiendo la lectura simultánea de todas las estaciones de radio a la vez.
Las versiones del nuevo instrumento pueden detectar señales en una amplia gama de frecuencias, desde rayos gamma o rayos X de longitud de onda corta hasta microondas de longitud de onda larga. La detección de rayos gamma es crucial para la contabilidad de materiales nucleares, particularmente para rastrear isótopos de plutonio en la energía nuclear gastadacombustibles. Dado que el plutonio se puede utilizar para crear armas nucleares, es importante contar con métodos rápidos y precisos para medir la cantidad de plutonio en el combustible nuclear enviado para su reprocesamiento.
La tecnología actual para el seguimiento del plutonio utiliza espectrometría de masas, pero este método es costoso y requiere mucho tiempo. Las tecnologías más rápidas y menos costosas basadas en la espectroscopía de rayos gamma no tienen la precisión para descartar pequeñas discrepancias en las cantidades de plutonio de una instalación grandeSolo se necesitan 8-10 kilogramos de material faltante para construir una bomba nuclear. Los nuevos detectores de matriz son candidatos para mejorar la precisión de la espectroscopía de rayos gamma para que el material nuclear pueda ser rastreado más fácilmente.
En el otro extremo del espectro, se espera que el nuevo instrumento mejore los estudios astronómicos de la radiación de fondo cósmico de microondas, que es principalmente uniforme, aunque existen pequeñas e importantes fluctuaciones en su intensidad y polarización. Los investigadores predicen que versiones similares de suEl instrumento se utilizará para buscar fluctuaciones en la polarización que son una firma de una época inflacionaria en los primeros momentos del universo.
Los investigadores esperan que una matriz más grande les permita desarrollar, en colaboración con las instalaciones SLAC del Departamento de Energía en Stanford, un espectrómetro único capaz de recolectar y medir simultáneamente muchas radiografías de alta energía de los materiales en estudio en Californialáser de electrones sin rayos X de la instalación. Los rayos X penetrantes de esta poderosa herramienta se utilizan cada vez más para comprender las propiedades de la materia en escalas de tiempo ultracortas, pero son deseables conjuntos de detectores más grandes incluso para esta fuente brillante de rayos X. Hacia este fin, trabajo futurose centrará en aumentar el tamaño de la matriz a mil sensores o más.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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