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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(yù)算簡報”中列出了其放射和核探測設(shè)備撥款1.039億美元的優(yōu)先事項(xiàng)，以通過檢測和阻止非法放射性或核材料來保護(hù)美國入境口岸。

    由KarungJung領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一項(xiàng)可以為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)邁進(jìn)的技術(shù)。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(nèi)外核威脅的方式和準(zhǔn)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(zāi)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(dāng)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(jī)的電子設(shè)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(yīng)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(dǎo)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(qiáng)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(jī)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(guān)邊防部隊(duì)。他或她正在使用蓋革格計(jì)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(nèi)部，使得Geiger計(jì)數(shù)器的輻射水平泄漏得太低，以防止Geiger計(jì)數(shù)器檢測到，或者防護(hù)罩可能距離源距離為100米，從而允許輻射強(qiáng)度在到達(dá)檢測器之前消散?？栒f：“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(shù)，警衛(wèi)可以從安全的距離，甚至無人機(jī)探測隱藏的來源。“

    跨學(xué)科突破

    超敏感探測器是由Kar和Yung Joon獨(dú)特的跨學(xué)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(xiàn)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(qiáng)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(chǔ)物理學(xué)，包括描述其電導(dǎo)的量子力學(xué)性質(zhì)。

    ”當(dāng)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(dǎo)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(shí)驗(yàn)室的機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生，在真空計(jì)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(dāng)他打開和關(guān)閉儀表時，他對納米管電阻的變化感到困惑。”他認(rèn)為他有一個功能障礙的電路正在引起變化，“卡爾說。”他當(dāng)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?cái)[脫變化。“

    開發(fā)了檢測器技術(shù)后，該對現(xiàn)在專注于為與特定學(xué)科相關(guān)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(xué)基金會的頒獎，探索發(fā)明商業(yè)化?？栒f，”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(bǔ)充道：”我們的目的是要了解每個具體競技場需要哪種測量。“