Uma equipe de pesquisa da Northwestern University e do Argonne National Laboratory desenvolveu um material excepcional de última geração para detecção de radiação nuclear que pode fornecer uma alternativa significativamente mais barata para os detectores agora em uso comercial.

Especificamente, o material de alto desempenho é usado em um dispositivo que pode detectar raios gama, sinais fracos emitidos por materiais nucleares, e pode identificar facilmente isótopos radioativos individuais. Já se passaram mais de 30 anos desde que um material com essa performance foi desenvolvido, com o novo material tendo a vantagem de produção barata.

Os usos potenciais para o novo dispositivo incluem detectores mais difundidos - incluindo portáteis - para armas nucleares e materiais, bem como aplicações em imagens biomédicas, astronomia e espectroscopia.

"Os governos do mundo querem um rápido, forma de baixo custo para detectar raios gama e radiação nuclear para combater atividades terroristas, como contrabando e bombas sujas, e a proliferação de materiais nucleares, "disse Mercouri G. Kanatzidis da Northwestern, o autor correspondente do artigo. "Este tem sido um problema muito difícil para os cientistas resolverem. Agora temos um novo e empolgante dispositivo semicondutor que é barato de fazer e funciona bem em temperatura ambiente."

Kanatzidis é professor de química Charles E. e Emma H. ​​Morrison no Weinberg College of Arts and Sciences. Ele tem um encontro conjunto com Argonne.

A pesquisa foi publicada esta semana na revista. Nature Communications .

Em 2013, Argonne publicou um estudo científico observando a promessa do brometo de césio e chumbo na forma de cristais de perovskita para detecção de radiação de alta energia. Desde então, pesquisadores liderados por Kanatzidis, Duck Young Chung de Argonne e Constantinos Stoumpos de Northwestern trabalharam para purificar e melhorar o material.

A descoberta veio quando Yihui He, um pós-doutorado no grupo de Kanatzidis e o primeiro autor do artigo, pegou o material aprimorado e reconfigurou o dispositivo semicondutor. Em vez de usar o mesmo eletrodo em ambos os lados do cristal, ele usou dois eletrodos diferentes. Com este design assimétrico, o dispositivo só conduz eletricidade quando os raios gama estão presentes.

Os pesquisadores compararam o desempenho de seu novo detector de brometo de césio e chumbo com o detector convencional de telureto de cádmio e zinco (CZT) e descobriram que ele teve um desempenho tão bom na detecção de raios gama com alta resolução do cobalto-57.

"Alcançamos o mesmo desempenho em dois anos de pesquisa e desenvolvimento que outros alcançaram em 20 anos com telureto de cádmio e zinco, o material caro que é usado atualmente, "Kanatzidis disse.

É importante saber o que é o material emissor de raios gama, Kanatzidis estressado, porque alguns materiais são legais e outros ilegais. Cada isótopo radioativo possui sua própria "impressão digital":um comportamento de decaimento diferente e um espectro de emissão de raios gama característico único. O novo detector de brometo de césio e chumbo pode detectar essas impressões digitais.

No estudo, os pesquisadores descobriram que o detector identificou com sucesso os isótopos radioativos amerício-241, cobalto-57, césio-137 e sódio-22. Os pesquisadores também produziram amostras maiores de cristal para demonstrar que o material pode ser ampliado.

O artigo é intitulado "Alta resolução espectral de raios gama em temperatura ambiente por cristais únicos perovskita CsPbBr."