Um dispositivo simples e barato para detectar nêutrons foi desenvolvido por uma equipe de pesquisadores da EPFL e seus colaboradores. O dispositivo, com base em uma classe especial de compostos cristalinos chamados perovskitas, poderia ser usado para detectar rapidamente nêutrons provenientes de materiais radioativos, por exemplo. um reator nuclear que foi danificado ou que está sendo transportado de forma nefasta, dizem os pesquisadores. O trabalho é publicado em Relatórios Científicos .

As perovskitas baseadas em elementos orgânicos e inorgânicos são altamente consideradas materiais de vanguarda para aplicações em células solares. Mas seus talentos não terminam com a conversão da luz do sol em energia:as perovskitas também podem ser usadas para detectar tipos específicos de radiação, da luz visível aos raios gama. As perovskitas também são baratas e fáceis de fazer - sua estrutura e composição cristalina específica permite que elas interajam de forma muito eficiente com os fótons de maneiras que ainda não são totalmente compreendidas, mas os elétrons gerados já estão prontos para serem explorados em aplicações práticas.

O detector de nêutrons de perovskita é baseado no trabalho do autor principal Pavao Andričević (agora um pesquisador de pós-doutorado em física na Universidade Técnica da Dinamarca) realizado durante seu doutorado. estuda na EPFL com László Forró (agora na Universidade de Notre Dame, NÓS.). Eles desenvolveram materiais perovskita que podiam detectar uma ampla gama de radiação, desde a luz visível até os raios gama. Mas nêutrons - que são partículas neutras, e não fótons - permaneceram fora do alcance dos detectores de perovskita. Até agora.

As perovskitas desenvolvidas por Andricevic e a equipe de Forró são monocristais contendo chumbo e bromo de um composto denominado tri-brometo de metilamônio de chumbo. Para tentar detectar nêutrons diretamente, a equipe primeiro colocou esses cristais no caminho de uma fonte de nêutrons. Isso foi feito com a ajuda de Gabor Nafradi (Rutherford Appleton Laboratory, Reino Unido) e a equipe de Andreas Pautz (Laboratório de Física de Reatores, EPFL). Os nêutrons, acertando os cristais, penetrar no núcleo dos átomos dentro do cristal, que os excita em um estado de energia superior. Quando eles relaxam e se deterioram, raios gama são produzidos. Esses fótons gama carregam a perovskita, produzindo uma pequena corrente que pode ser medida.

Mas esta corrente era tão pequena que a equipe percebeu que algo extra seria necessário se eles quisessem fazer um detector de nêutrons prático. E esse algo extra foi encontrado em uma fina folha de metal gadolínio, que é muito melhor na absorção de nêutrons em comparação com o cristal de perovskita nu. Quando os nêutrons interagem com os átomos do gadolínio, eles são excitados em um estado energético superior, e então decai emitindo radiação gama.

O gadolínio é muito mais eficiente na criação de fótons gama do que as perovskitas, que já havia sido desenvolvido como um grande detector de gama. Juntar os dois foi simples e muito eficaz; os pesquisadores adicionaram um eletrodo de carbono, e os elétrons resultantes produzidos na perovskita eram fáceis de medir. "Você acabou de colocar um voltímetro ou medidor de corrente, "diz Forró.

Para melhorar ainda mais o detector, a equipe então cultivou o cristal de perovskita ao redor da folha. Essas perovskitas em particular são notáveis ​​porque sua estrutura cristalina não é afetada se houver um corpo estranho dentro delas. "A propriedade deste material é tal que pode engolfar qualquer coisa, de uma mosca a um crocodilo, ao gadolínio, "diz Márton Kollár, o químico da equipe. "Então, ele cresce ao redor do objeto, e mesmo quando cresce, ele permanece cristalino. Portanto, esta é uma característica realmente fabulosa deste material. "

Um benefício adicional do dispositivo é que ele pode medir a direção do fluxo de nêutrons, e o tamanho do fluxo - portanto, poderia ser um dispositivo de digitalização realmente útil se usado por uma empresa comercial.

"É simples, é barato, e é econômico, "diz Forró. Agora que a equipe mostrou que o aparelho funciona, a próxima etapa é o refinamento e a comercialização potencial. "Esta é uma prova de princípio, que funciona, "diz Forró." E agora podemos pensar na configuração de um detector muito eficiente. "