p Em um novo estudo, investigadores relatam uma abordagem otimizada para usar espectroscopia de quebra induzida por laser (LIBS) para analisar isótopos de hidrogênio. Suas novas descobertas podem permitir uma identificação e medição rápida e aprimorada de hidrogênio e outros isótopos leves que são importantes em materiais de reatores nucleares e outras aplicações. p O LIBS é promissor para medir isótopos de hidrogênio porque não requer preparação de amostra e os dados podem ser adquiridos rapidamente com uma configuração experimental relativamente simples. Contudo, quantificar a concentração de hidrogênio tem sido um desafio com esta técnica analítica.

p No jornal The Optical Society (OSA) Optics Express , pesquisadores do Pacific Northwest National Laboratory mostram que a combinação de um laser ultrarrápido - que tem pulsos ultracurtos - com certas condições ambientais ajuda a melhorar as medições LIBS de isótopos de hidrogênio em ligas industrialmente importantes. Esta técnica otimizada pode permitir uma análise mais rápida de materiais que foram irradiados em núcleos de reatores nucleares.

p "Melhor imagem química de isótopos de hidrogênio, como o que realizamos neste trabalho, pode ser usado para monitorar o comportamento de materiais em reatores nucleares que nos fornecem eletricidade, "disse o líder da equipe de pesquisa Sivanandan S. Harilal." Também pode ser muito valioso para o desenvolvimento de materiais de próxima geração para armazenamento de hidrogênio que podem permitir novas tecnologias de energia e para analisar a corrosão do material quando exposto à água. "

p Isótopos de medição

p No novo trabalho, os pesquisadores trabalharam para encontrar as melhores condições para medir isótopos de hidrogênio em Zircaloy-4. Ligas de zircônio são amplamente utilizadas em tecnologia nuclear, inclusive como revestimento para barras de combustível nuclear em reatores de água pressurizada. Medir quanto hidrogênio o material capta durante a operação do reator é importante para compreender o desempenho do material.

p Para realizar LIBS, um laser pulsado é usado para gerar um plasma na amostra. O plasma produzido a laser emite luz característica das diferentes espécies da pluma de plasma, como íons, átomos, elétrons e nanopartículas.

p Usar LIBS para detectar isótopos específicos requer a medição de espectros de emissão extremamente estreitos de átomos. Isso é difícil para os isótopos de elementos mais leves, como o hidrogênio, porque as temperaturas extremas - 10, 000 Kelvin ou mais - de plasmas produzidos a laser amplia as linhas espectrais.

p Para o estudo, os pesquisadores realizaram LIBS com diferentes condições de geração de plasma usando vários lasers para gerar plasmas e testando diferentes ambientes de análise. Eles coletaram a luz emitida em momentos diferentes depois que o plasma foi gerado e em diferentes distâncias da amostra usando imagens espectrais espacialmente e temporalmente resolvidas, ou imagem espectral 2-D.

p "Imagens espectrais 2-D nos permitem rastrear onde e quando a emissão dos isótopos de hidrogênio foi mais forte, "disse Harilal." Por causa das múltiplas espécies presentes em uma pluma de plasma e sua natureza transitória, é fundamental analisar os plasmas de uma maneira espacial e temporalmente resolvida. "

p Ultra rápido é melhor

p Os resultados mostraram que os plasmas produzidos por lasers ultra-rápidos foram melhores para a análise isotópica de hidrogênio do que os plasmas tradicionais produzidos por laser de nanossegundos e que a geração dos plasmas em um ambiente de gás hélio com pressão moderada forneceu as melhores condições de análise.

p “O hidrogênio está presente em todos os ambientes, tornando difícil distinguir o hidrogênio que precisa ser medido daquele no ambiente usando qualquer técnica analítica, "disse Harilal." Nossos resultados mostram que o LIBS ultrarrápido é capaz de diferenciar as impurezas de hidrogênio do hidrogênio de soluto. "

p Os pesquisadores planejam realizar estudos adicionais para otimizar ainda mais o uso de lasers ultra-rápidos para análise isotópica de hidrogênio com LIBS.