A Segurança Interna pode em breve ter uma nova ferramenta para adicionar ao seu arsenal.

Pesquisadores da Northwestern University e do Argonne National Laboratory desenvolveram um novo material que abre portas para uma nova classe de detectores de nêutrons.

Com a capacidade de detectar materiais nucleares contrabandeados, detectores de nêutrons altamente eficientes são essenciais para a segurança nacional. Atualmente, Existem duas classes de detectores que usam gás hélio ou flashes de luz. Esses detectores são muito grandes - às vezes, do tamanho de uma parede.

O material de Northwestern e Argonne apresenta uma terceira classe:um semicondutor que pode absorver nêutrons e gerar sinais elétricos que podem ser facilmente medidos. O detector baseado em semicondutor também é altamente eficiente e estável. Pode ser usado em pequenas, dispositivos portáteis para inspeções de campo e detectores muito grandes que usam matrizes de cristais.

O estudo será publicado na edição de 16 de janeiro da revista. Natureza .

"As pessoas imaginam detectores de nêutrons semicondutores há muito tempo, "disse Mercouri Kanatzidis da Northwestern, quem liderou a pesquisa. "A ideia estava aí, mas ninguém tinha o material certo para fazê-lo. "

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

Quando elementos pesados, como urânio e plutônio, decair, seus átomos ejetam nêutrons de seus núcleos. A maioria dos detectores de nêutrons são os chamados cintiladores, que funcionam detectando nêutrons ejetados e emitindo luz para alertar o usuário. Este novo material é um semicondutor e não emite luz, mas, em vez disso, detecta diretamente os sinais elétricos induzidos pelos nêutrons. Além de aplicativos de segurança, detectores de nêutrons são usados ​​em segurança de radiação, astronomia, física do plasma, ciência dos materiais e cristalografia.

Considerando que os tipos clássicos de detectores de nêutrons térmicos estão em uso desde 1950, um material semicondutor prático permaneceu indefinido. Excelente na absorção de nêutrons, o lítio rapidamente emergiu como o material mais promissor para dispositivos de detecção de nêutrons. Mas integrar o lítio em um semicondutor e torná-lo estável (o lítio se desintegra ao encontrar a água) era outra história.

"Você pode encontrar bons semicondutores, mas eles não têm lítio, "Kanatzidis disse." Ou você pode encontrar compostos de lítio estáveis ​​que não são bons semicondutores. Encontramos o melhor dos dois mundos. O isótopo específico de lítio-6, que é razoavelmente abundante e de baixo custo, é um forte absorvedor de nêutrons. "

Em seu estudo, Kanatzidis e sua equipe descobriram a combinação certa de materiais para fazer um dispositivo de trabalho que também mantém o lítio estável. Seu novo material - lítio-índio-fósforo-selênio - é estruturado em camadas e enriquecido com o isótopo lítio-6.

"A estrutura do cristal é especial, "Kanatzidis disse." O lítio está dentro das camadas, então a água não pode alcançá-lo. Que grande, característica importante deste material. "

O detector de nêutrons semicondutores resultante pode detectar nêutrons térmicos mesmo de uma fonte muito fraca - e pode fazer isso em nanossegundos. Ele também pode discriminar entre nêutrons e outros tipos de sinais nucleares, como os raios gama. Isso evita falsos alarmes.

Um bônus adicional final:o material contém uma quantidade muito alta de lítio. Portanto, uma fração menor do material pode absorver a mesma quantidade de nêutrons que um dispositivo gigante. Isso resulta em dispositivos pequenos o suficiente para caber em sua mão.

"É importante ter detectores de nêutrons de todos os tamanhos e tantos tipos quanto possível, como nosso novo semicondutor, "Kanatzidis disse." Você quer aqueles que são tão grandes quanto uma parede, onde você pode passar um caminhão bem por ele. Mas você também quer pequenos que possam ser transportados para inspeções em campo. "