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核辐射探测装置可以带来新的国土安全工具

2019-04-30 16:45:55来源:

西北大学和阿贡国家实验室的研究团队已开发出一种用于核辐射探测的卓越下一代材料,可为目前商业用途的探测器提供明显更便宜的替代品。

具体而言,高性能材料用于可以检测伽马射线的装置,核材料发出的微弱信号,并且可以容易地识别各个放射性同位素。自从开发出具有这种性能的材料已经超过30年,新材料具有廉价生产的优点。

新设备的潜在用途包括用于核武器和材料的更广泛的探测器 - 包括手持式 - 以及生物医学成像,天文学和光谱学中的应用。

“世界各国政府希望以快速,低成本的方式检测伽马射线和核辐射,以打击恐怖主义活动,如走私和肮脏的炸弹,以及核材料的扩散,”西北大学的Mercouri G. Kanatzidis说,相应的作者这篇论文。“对于科学家来说,这是一个非常难以解决的问题。现在我们有了一种令人兴奋的新型半导体器件,制造成本低,在室温下工作良好。”

Kanatzidis是温伯格艺术与科学学院的Charles E.和Emma H. Morrison化学教授。他与阿贡共同任命。

这项研究发表在本周的“ 自然通讯 ”杂志上。

2013年,Argonne发表了一项科学研究,指出了钙钛矿晶体形式的溴化铯用于高能辐射检测的前景。从那时起,由Kanatzidis,Argonne的Duck Young Chung和西北大学的Constantinos Stoumpos领导的研究人员致力于净化和改进材料。

当Kanatzidis集团的博士后研究员和论文的第一作者Yihui He采用改进材料并重新配置半导体器件时,取得了突破。他没有在晶体的两侧使用相同的电极,而是使用了两个不同的电极。采用这种不对称设计,该装置仅在存在伽马射线时才导电。

研究人员比较了新型铯溴化铅探测器与传统碲化镉锌(CZT)探测器的性能,发现它在检测钴-57高分辨率的伽马射线时表现同样出色。

“我们在两年的研究和开发中取得了与20年来其他人使用目前使用的昂贵材料镉锌碲化物相同的性能,”Kanatzidis说。

Kanatzidis强调,重要的是要知道伽马射线发射材料是什么,因为有些材料是合法的,有些是非法的。每种放射性同位素都拥有自己的“指纹”:不同的衰变行为和独特的伽玛射线发射光谱。新的铯溴化铅探测器可以检测到这些指纹。