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  • A descoberta pode ajudar na detecção de ameaças nucleares
    p Professores associados Swastik Kar, deixou, e Yung Joon Jung, direito, têm colaborado em pesquisas relacionadas a nanotubos de carbono por mais de 10 anos. Crédito:Mary Knox Merrill / Northeastern University

    p Segurança nacional:a frase ressoa como uma batida de tambor atualmente. p Apenas um exemplo:em seu orçamento resumido de 2017, o Departamento de Segurança Interna dos EUA enumera entre suas prioridades a alocação de US $ 103,9 milhões para equipamentos de detecção radiológica e nuclear "para manter os portos de entrada dos EUA seguros e protegidos, detectando e interditando materiais radioativos ou nucleares ilícitos."

    p Uma equipe liderada por Swastik Kar e Yung Joon Jung da Northeastern desenvolveu uma tecnologia que pode percorrer um longo caminho para atingir esse objetivo. "Nosso detector pode mudar drasticamente a maneira e a precisão com que somos capazes de detectar ameaças nucleares em casa ou no exterior, "diz Kar, professor associado do Departamento de Física.

    p Também pode ajudar a otimizar a radiomedicina, incluindo terapias de radiação e diagnósticos de varredura, aumentar a eficácia dos veículos de monitoramento de radiação não tripulada no mapeamento e monitoramento de áreas contaminadas após desastres, e revolucionar a imagem radiométrica na exploração espacial.

    p Feito de grafeno e nanotubos de carbono, o detector dos pesquisadores supera qualquer um existente em sua ultrassensibilidade a partículas carregadas, tamanho minúsculo, requisitos de baixa energia, e baixo custo.

    p Permitindo segurança e proteção

    p Toda radiação, claro, não é prejudicial, e até mesmo o tipo que pode ser depende da dosagem e do tempo de exposição. A palavra "radiação" refere-se simplesmente à emissão e propagação de energia na forma de ondas ou partículas. Tem muitas fontes, incluindo o sol, dispositivos eletrônicos, como microondas e telefones celulares, luz visível, Raios X, ondas gama, ondas cósmicas, e fissão nuclear, que é o que produz energia em reatores nucleares.

    p A maioria das radiações prejudiciais são "radiações ionizantes" - elas têm energia suficiente para remover elétrons das órbitas dos átomos circundantes, fazendo com que eles fiquem carregados, ou "ionizado".

    p São essas partículas carregadas, ou íons, que os detectores captam e quantificam, revelando a intensidade da radiação. A maioria dos detectores atuais, Contudo, não são apenas volumosos, fome de poder, e caro, eles também não podem captar níveis muito baixos de íons. Detector de Kar e Yung Joon, por outro lado, é tão sensível que pode pegar apenas uma única partícula carregada.

    p "Nossos detectores são muitas ordens de magnitude mais sensíveis em termos de quão pequeno é o sinal que eles podem detectar, "diz Yung Joon, professor associado do Departamento de Engenharia Mecânica e Industrial. "Os nossos podem detectar um íon, o limite fundamental. Se você pode detectar um único íon, então você pode detectar tudo maior do que isso. "

    p Considere um guarda de fronteira na alfândega dos EUA, disse Kar. Ele ou ela está usando um contador Geiger para verificar se há material nuclear na carga de um navio. Esse material pode estar escondido dentro de um contêiner de chumbo, fazendo com que os níveis de radiação vazando muito baixos para o contador Geiger detectar, ou o guarda pode estar a 100 metros da fonte, permitindo que a intensidade da radiação se dissipe antes de chegar ao detector. "Isso significa que o guarda não só falha em detectar o vazamento, mas também está sendo exposto à radiação em níveis desconhecidos, "diz Kar." Usando nossa tecnologia, o guarda pode detectar fontes ocultas de uma distância segura, ou mesmo com um drone. "

    p Avanço interdisciplinar

    p O detector ultrassensível desenvolvido a partir de uma parceria interdisciplinar única entre Kar e Yung Joon, que colaboram há mais de 10 anos. “Não teríamos feito esta descoberta sem as contribuições de cada um de nós, "diz Yung Joon.

    p A experiência de Yung Joon é em nanofabricação de carbono. Ele trabalha com grafeno, uma rede infinitesimalmente fina mais forte que o aço de átomos de carbono compactados, e nanotubos de carbono - folhas de grafeno enroladas em tubos ocos com paredes de apenas um átomo de espessura.

    p Kar é especialista na física subjacente de nanotubos de carbono e outros materiais, incluindo as propriedades mecânicas quânticas que descrevem sua condutância elétrica.

    p "Quando uma partícula carregada fica na superfície de um material, o material sofre uma pequena mudança em sua propriedade elétrica, "diz Kar. Em um material volumoso, a partícula afeta a superfície, mas o resto do material permanece inalterado. Em nanotubos de carbono, que são essencialmente apenas materiais de superfície por causa de suas paredes excepcionalmente finas, a partícula altera significativamente a condutância elétrica total do material. "Assim, o efeito da partícula se torna muito mais mensurável, "diz Kar.

    p Ji Hao, PhD'17, um estudante de engenharia mecânica no laboratório de Yung Joon, descobriu a sensibilidade dos nanotubos de carbono a partículas carregadas por acidente, enquanto testava os nanotubos dentro de um medidor de vácuo. Ele ficou intrigado com as mudanças na resistência elétrica dos nanotubos quando ligou e desligou o medidor. "Ele achava que tinha um circuito disfuncional que estava causando as mudanças, "diz Kar." Ele não sabia na época que a pequena quantidade de íons liberada do medidor poderia afetar de forma mensurável as propriedades elétricas dos nanotubos de carbono. Acredite ou não, inicialmente, ele tentou muito se livrar das mudanças. "

    p Tendo desenvolvido a tecnologia do detector, a dupla está agora focada na construção de detectores de protótipo para os vários tipos de radiação relevantes para disciplinas específicas, incluindo raios-X e partículas beta. No processo, eles estão explorando a comercialização de sua invenção com um prêmio da National Science Foundation. "Isso nos permitirá identificar clientes em potencial para quaisquer produtos que possamos construir, "diz Kar.

    p Yung Joon acrescenta:"Nosso objetivo é aprender que tipo de medidas cada arena específica precisa."


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