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石墨烯和碳管制作的探測器可能有助于發(fā)現(xiàn)核威脅

2017-05-04 11:11:03 作者：本網(wǎng)整理來源：石墨盟分享至：

    美國國土安全部在2017年的“預算簡報”中列出了其放射和核探測設備撥款1.039億美元的優(yōu)先事項，以通過檢測和阻止非法放射性或核材料來保護美國入境口岸。

    由KarungJung領導的團隊開發(fā)了一項可以為實現(xiàn)這一目標邁進的技術。物理系副教授Kar說：“我們的探測器可以大大改變我們能夠檢測國內外核威脅的方式和準確性它還可以幫助簡化放射性藥物，包括輻射治療和掃描診斷，提高無人駕駛輻射監(jiān)測車輛在災害后繪制和監(jiān)測污染地區(qū)的有效性，并徹底改變太空探測中的輻射成像。

    由石墨烯和碳納米管制成，研究人員的檢測器遠遠超過了其對帶電粒子的超敏感性，微小尺寸，低功耗要求和低成本的任何現(xiàn)有檢測器。

    有利于安全和保障

    當然，所有的輻射都不是有害的，甚至可能取決于暴露的劑量和長度。”輻射“一詞簡單地指波浪或顆粒形式的能量的發(fā)射和傳播。太陽，諸如微波和手機的電子設備，可見光，X射線，伽馬波，宇宙波和核裂變都有許多來源，這是核反應堆產(chǎn)生的電力。大多數(shù)有害輻射是”電離輻射“ - 它們具有足夠的能量從周圍原子的軌道移除電子，導致它們被帶電或”電離“。

    這些帶電粒子或離子，檢測器拾取和量化，揭示輻射的強度。然而，大多數(shù)電流檢測器不僅體積大，功耗大且昂貴，而且也不能吸收非常低的離子水平。另一方面，Kar和Yung Joon的檢測器非常敏感，只能拾取一個帶電粒子。

    機械與工業(yè)工程系副教授尹俊恩表示：”我們的探測器對于檢測到的信號有多小，對其敏感程度是很多的數(shù)量級。“我們可以檢測出一個離子，這是基本的限制，如果你能檢測到一個離子，那么你可以檢測到大于此的離子。”

    考慮到美國海關邊防部隊。他或她正在使用蓋革格計數(shù)器掃描船舶貨物中的核材料。這種材料可以隱藏在鉛容器內部，使得Geiger計數(shù)器的輻射水平泄漏得太低，以防止Geiger計數(shù)器檢測到，或者防護罩可能距離源距離為100米，從而允許輻射強度在到達檢測器之前消散。卡爾說：“這意味著警衛(wèi)不僅不能發(fā)現(xiàn)泄漏，而且還暴露在未知水平的輻射下。”使用我們的技術，警衛(wèi)可以從安全的距離，甚至無人機探測隱藏的來源。“

    跨學科突破

    超敏感探測器是由Kar和Yung Joon獨特的跨學科合作伙伴開發(fā)的，他們已經(jīng)合作了10多年。”我們不會在沒有我們每個人的貢獻的情況下做出這樣的發(fā)現(xiàn)，“楊俊恩說。

    永駿的專長是碳納米制造。他與石墨烯一起工作，石墨烯是緊密堆積的碳原子的比鋼更強的無限薄晶格，碳納米管 - 石墨烯片卷成中空管，其壁僅僅是一個原子厚。Kar專注于碳納米管和其他材料的基礎物理學，包括描述其電導的量子力學性質。

    ”當帶電粒子位于材料表面時，材料的電氣性能發(fā)生了小的變化，“Kar說。在體積大的材料上，顆粒影響表面，但其余材料保持不變。在碳納米管，由于其特別薄的壁，它們基本上僅僅是表面材料，所以顆粒顯著地改變了材料的總導電性。”所以粒子的影響變得更加可測量，“卡爾說。

    Yung Joon博士17歲的永仁實驗室的機械工程專業(yè)學生，在真空計中測試納米管時，發(fā)現(xiàn)碳納米管對帶電粒子的敏感性。當他打開和關閉儀表時，他對納米管電阻的變化感到困惑。”他認為他有一個功能障礙的電路正在引起變化，“卡爾說。”他當時不知道從量規(guī)中釋放的少量離子可以顯著影響碳納米管的電性能，相信與否，最初他非常努力地擺脫變化。“

    開發(fā)了檢測器技術后，該對現(xiàn)在專注于為與特定學科相關的各種類型的輻射（包括X射線和β粒子）建立原型檢測器。在這個過程中，他們正在通過國家科學基金會的頒獎，探索發(fā)明商業(yè)化。卡爾說，”這將使我們能夠識別我們可能建立的任何產(chǎn)品的潛在客戶，“。Yung Joon補充道：”我們的目的是要了解每個具體競技場需要哪種測量。“