Команда, возглавляемая Свастиком Каром из Northeastern и Юнг Джун Чон, разработала технологию, которая может иметь большое значение для достижения этой цели. «Наш детектор может кардинально изменить способ и точность, с которой мы можем обнаруживать ядерные угрозы дома или за рубежом», — говорит Кар, доцент кафедры физики.Это также может помочь рационализировать радиомедицину, включая лучевую терапию и диагностику сканирования, повысить эффективность беспилотных средств радиационного контроля при картировании и мониторинге загрязненных территорий после бедствий и революционизировать радиометрическую визуализацию в исследовании космоса.
Созданный из графена и углеродных нанотрубок, детектор исследователей намного превосходит любой существующий по своей сверхчувствительности к заряженным частицам, миниатюрным размерам, низкому энергопотреблению и низкой стоимости.Обеспечение безопасности и защитыКонечно, любое излучение не вредно, и даже его тип зависит от дозировки и продолжительности воздействия.
Слово «излучение» относится просто к излучению и распространению энергии в форме волн или частиц. Он имеет множество источников, включая солнце, электронные устройства, такие как микроволны и мобильные телефоны, видимый свет, рентгеновские лучи, гамма-волны, космические волны и ядерное деление, которое производит энергию в ядерных реакторах.Большинство вредных излучений — это «ионизирующие излучения» — они обладают достаточной энергией, чтобы удалять электроны с орбит окружающих атомов, заставляя их заряжаться или «ионизироваться».
Это те заряженные частицы или ионы, которые детекторы улавливают и определяют количественно, обнаруживая интенсивность излучения. Однако большинство современных детекторов не только громоздкие, энергоемкие и дорогие, они также не могут улавливать очень низкие уровни ионов. С другой стороны, детектор Кара и Юнг Джуна настолько чувствителен, что может уловить только одну заряженную частицу.
«Наши детекторы на много порядков более чувствительны с точки зрения того, насколько слабый сигнал они могут обнаружить», — говорит Юнг Джун, доцент кафедры машиностроения и промышленной инженерии. «Наш может обнаружить один ион, фундаментальный предел. Если вы можете обнаружить один ион, то вы можете обнаружить все, что больше этого».
— Рассмотрим пограничника на таможне США, — говорит Кар. Он или она использует счетчик Гейгера для сканирования ядерного материала в грузе корабля. Такой материал может быть спрятан внутри свинцового контейнера, из-за чего уровень излучения просачивается слишком низко, чтобы счетчик Гейгера мог его обнаружить, или ограждение может находиться в 100 метрах от источника, позволяя излучению рассеиваться до того, как оно достигнет детектора. . «Это означает, что охрана не только не может обнаружить утечку, но и подвергается воздействию радиации неизвестного уровня», — говорит Кар. «Используя нашу технологию, охранник может обнаруживать скрытые источники с безопасного расстояния или даже с помощью дрона».
Междисциплинарный прорывСверхчувствительный детектор разработан в результате уникального междисциплинарного партнерства между Каром и Юнг Джуном, которые сотрудничают более 10 лет. «Мы не сделали бы этого открытия без вклада каждого из нас», — говорит Юнг Джун.
Юн Джун специализируется на производстве углеродных наночастиц. Он работает с графеном, бесконечно тонкой решеткой прочнее стали, состоящей из плотно упакованных атомов углерода, и углеродными нанотрубками — листами графена, свернутыми в полые трубки со стенками толщиной всего в один атом.Кар специализируется на физике, лежащей в основе углеродных нанотрубок и других материалов, включая квантово-механические свойства, которые описывают их электрическую проводимость.
«Когда заряженная частица оказывается на поверхности материала, материал претерпевает небольшое изменение своих электрических свойств», — говорит Кар. На объемном материале частица воздействует на поверхность, но остальная часть материала остается неизменной.
На углеродных нанотрубках, которые по существу являются только поверхностным материалом из-за их исключительно тонких стенок, частица значительно изменяет общую электрическую проводимость материала. «Таким образом, эффект частицы становится более измеримым», — говорит Кар.Джи Хао, доктор философии’17, студент-механик в лаборатории Юн Джуна, случайно обнаружил чувствительность углеродных нанотрубок к заряженным частицам, тестируя нанотрубки внутри вакуумметра. Он был озадачен изменением электрического сопротивления нанотрубок при включении и выключении датчика. «Он думал, что у него неисправная цепь, которая привела к изменениям», — говорит Кар. «В то время он не знал, что небольшое количество ионов, высвобождаемых датчиком, может заметно повлиять на электрические свойства углеродных нанотрубок.
Хотите верьте, хотите нет, но сначала он очень старался избавиться от изменений».Разработав технологию детекторов, пара сейчас сосредоточена на создании прототипов детекторов для различных типов излучения, относящихся к конкретным дисциплинам, включая рентгеновские лучи и бета-частицы.
В процессе они изучают возможность коммерциализации своего изобретения с наградой Национального научного фонда. «Это позволит нам определить потенциальных клиентов для любых продуктов, которые мы можем создать», — говорит Кар.Юнг Джун добавляет: «Наша цель — узнать, какие измерения нужны на каждой конкретной арене».