p A menos que o gás radônio seja descoberto em uma inspeção residencial, a maioria das pessoas permanece felizmente inconsciente de que rochas como o granito, minérios de metal, e alguns solos contêm fontes naturais de radiação. Na maioria dos casos, baixos níveis de radiação não são um problema de saúde. Mas alguns cientistas e engenheiros estão preocupados com até mesmo níveis de traços de radiação, que pode causar estragos em equipamentos sensíveis. A indústria de semicondutores, por exemplo, gasta bilhões a cada ano para obter e "limpar" os níveis de ultra-traços de materiais radioativos de microchips, transistores e sensores sensíveis. p Agora, os químicos do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico do Departamento de Energia dos Estados Unidos desenvolveram um método simples e confiável que promete transformar a forma como os elementos ultra-traço são separados e detectados. Níveis baixos de elementos radioativos problemáticos que ocorrem naturalmente, como átomos de urânio e tório, costumam estar entre metais valiosos como ouro e cobre. Tem sido extraordinariamente difícil, impraticável, ou mesmo impossível, em alguns casos, para descobrir o quanto é encontrado em amostras de minério extraídas em todo o mundo.

p No entanto, obter materiais com níveis muito baixos de radiação natural é essencial para certos tipos de instrumentos e detectores sensíveis, como aqueles em busca de evidências de partículas atualmente não detectadas que muitos físicos acreditam que realmente compreendem a maior parte do universo.

p "Estamos realmente empurrando o envelope na detecção, "disse o químico Khadouja Harouaka." Queremos medir níveis muito baixos de tório e urânio em componentes que entram em alguns dos detectores mais sensíveis do mundo. É particularmente difícil medir níveis baixos de tório e urânio em metais preciosos como o ouro que entra nos componentes elétricos desses detectores. Com esta nova técnica, podemos superar esse desafio e atingir limites de detecção tão baixos quanto 10 partes por trilhão em ouro. "

p É como tentar encontrar um trevo de quatro folhas em cerca de 100 mil acres de trevo - uma área maior do que Nova Orleans.

p Mundos colidindo de partículas

p Os cientistas localizam seus átomos extraordinariamente raros de "trevo de quatro folhas" no enorme campo de átomos comuns, enviando suas amostras por uma série de câmaras de isolamento. Essas câmaras primeiro filtram e, em seguida, colidem os átomos raros com o oxigênio simples, criando uma molécula "marcada" com um peso molecular único que pode então ser separada por seu tamanho e carga.

p O efeito é como encontrar uma maneira de amarrar um balão de hélio a cada átomo de tório ou urânio alvo para que flutue sobre o mar de amostra de ouro e possa ser contado. Nesse caso, o contador sofisticado é um espectrômetro de massa. A pesquisa é detalhada em uma edição recente do Journal of Analytical Atomic Spectroscopy.

p A inovação central é a câmara de células de colisão, onde átomos carregados de tório e urânio reagem com oxigênio, aumentando seu peso molecular e permitindo que se separem de outros sinais sobrepostos que podem disfarçar sua presença.

p "Eu tive um momento aha, "disse Greg Eiden, o inventor PNNL original da célula de colisão patenteada, que é usado para realizar essas reações, reduzindo assim a interferência indesejada na leitura do instrumento por um fator de um milhão. "Foi essa química milagrosa que se livra das coisas ruins que você não quer em sua amostra para que você possa ver o que deseja."

p No estudo atual, Harouaka e seu mentor Isaac Arnquist alavancaram o trabalho de Eiden para descobrir o número cada vez menor de átomos radioativos que podem danificar equipamentos de detecção eletrônica sensíveis.

p Entre outros usos, a inovação pode permitir aos químicos, liderado pelo químico sênior Eric Hoppe e sua equipe na PNNL, para aprimorar ainda mais a química que produz o cobre eletroformado mais puro do mundo. O cobre é um componente-chave dos detectores de física sensíveis, incluindo aqueles usados ​​para verificação de tratados nucleares internacionais.

p Tour de escuta de Neutrino

p O físico de Stanford Giorgio Gratta ajuda a liderar uma busca global para capturar evidências para os blocos de construção fundamentais do universo. O experimento nEXO, agora em fase de planejamento, está empurrando os limites de detecção para evidências dessas partículas indescritíveis, chamado Férmions Majorana. Os sinais que procuram vêm de eventos extremamente raros. Para detectar tal evento, os experimentos requerem detectores extremamente sensíveis que estão livres de pings de radiação dispersos introduzidos através dos materiais que compõem o detector. Isso inclui os metais nos componentes eletrônicos necessários para registrar os eventos extremamente raros que acionam a detecção.

p "PNNL é líder global em detecção de radiação ultra-traço, "disse Gratta." Sua combinação única de inovação e aplicação fornece uma contribuição importante que permite experimentos sensíveis como nEXO. "

p O físico Steve Elliott, do Laboratório Nacional de Los Alamos, enfatizou até que ponto os pesquisadores devem ir para garantir um ambiente escrupulosamente limpo para a detecção de partículas raras.

p "Em programas experimentais onde até mesmo as impressões digitais humanas são muito radioativas e devem ser evitadas, técnicas para medir níveis ultrabaixos de impurezas radioativas são críticas, " ele disse, acrescentando que este método pode fornecer uma maneira importante de obter materiais para outro da próxima geração de detectores de eventos raros de neutrino, chamado LEGEND, sendo planejado para implantação em um local subterrâneo na Europa.

p Limpeza de semicondutores e computadores quânticos

p Semicondutores, os blocos de construção básicos da eletrônica moderna, incluindo circuitos integrados, microchips, transistores, sensores e computadores quânticos também são sensíveis à presença de radiação dispersa. E o ciclo de inovação exige que cada geração empacote cada vez mais em microchips cada vez mais minúsculos.

p "À medida que a arquitetura fica cada vez menor, a contaminação por radiação é um problema cada vez maior que os fabricantes têm trabalhado ao mudar a arquitetura dentro dos chips, "disse Hoppe." Mas você só pode ir até esse ponto, e você realmente começa a ficar limitado pela pureza de alguns desses materiais. A indústria definiu metas para si que agora não pode alcançar, portanto, ter uma técnica de medição como essa pode tornar algumas dessas metas alcançáveis. "

p Mais amplamente, Eiden acrescentou, "no grande mundo da tabela periódica, provavelmente há aplicativos para qualquer elemento de seu interesse. E o que Eric, Khadouja e Isaac estão indo atrás de analisar qualquer traço de impureza em qualquer material ultra-puro. "