Los investigadores de Sandia National Laboratories han identificado un cambio sencillo en la fórmula del plástico detector de radiación. El cambio evita "empañamiento, "lo que reduce la vida útil de los plásticos utilizados para detectar material nuclear en tránsito a través de los detectores de radiación del Departamento de Seguridad Nacional de EE. UU.

El cambio también encaja bien en los procesos de fabricación existentes para el plástico, por lo que los fabricantes han podido aumentar la producción rápidamente para hacer láminas grandes capaces de reemplazar los detectores empañados.

Estos detectores de radiación son láminas de plástico de poliviniltolueno (PVT), 2 pulgadas de grosor y de 6 a 8 pies de alto, desplegado en carriles de tráfico en los puertos de entrada. El componente de detección en el plástico es una molécula fluorescente que brilla cuando la radiación golpea el material. Los colectores de luz montados en la parte superior de la hoja recogen la luz de las moléculas brillantes; la cantidad de luz que registran refleja la cantidad y energía de radiación que golpea el material, el número de partículas de luz provenientes de la molécula fluorescente y la eficiencia del transporte de luz a través del plástico.

"Para obtener mediciones de radiación fiables, Es de suma importancia que el material sea ópticamente transparente y permanezca así durante décadas, "Dijo Nick Myllenbeck, científico de materiales de Sandia.

Sin embargo, Los analistas que usan PVT notaron que el rendimiento de detección de radiación del plástico comenzaba a degradarse después de que el plástico había pasado algunos años en el campo. A ojo vieron lo que parecían ser gotas de niebla formándose dentro del material. Estas gotas dispersaron la luz de las moléculas brillantes e impidieron que parte de la luz llegara a los detectores. reduciendo la sensibilidad del detector con el tiempo.

La microscopía revela la fuente de niebla

Para descubrir cómo evitar este empañamiento, Investigadores de Sandia, trabajando con colegas de Lawrence Livermore, Laboratorios nacionales Pacific Northwest y Oak Ridge, Primero necesitaba saber cómo se formó la niebla. Sospechaban que aparecía en el material de forma muy similar a como lo hace en el aire:el agua se condensa a medida que la temperatura del aire desciende durante la noche.

Los investigadores colocaron pequeñas muestras del plástico PVT detector de radiación en una cámara húmeda y cambiaron la temperatura de cálida a fría para imitar las temperaturas diurnas y nocturnas. Las muestras absorbieron solo alrededor de 0.03% de agua en masa, pero durante los ciclos de enfriamiento, los investigadores vieron aparecer gotitas en forma de niebla en el material.

Cuando examinaron el material bajo un microscopio óptico, sin embargo, se dieron cuenta de que las gotitas eran defectos a microescala en el plástico causados ​​por el agua condensada absorbida del aire.

Finalmente se dieron cuenta de que los defectos se formaban en dos fases. Durante los primeros ciclos de frío y calor, los defectos parecidos a la niebla parecen ser completamente reversibles al calentar o secar el plástico. Sin embargo, si el agua permanece en el plástico y el material experimenta suficientes ciclos de temperatura, los defectos crecen y se vuelven permanentes. Ambos tipos de defectos pueden afectar negativamente al rendimiento de los centelleadores de plástico en el campo, Myllenbeck señaló.

Fórmula que no se empaña, fácil de producir a escala para los fabricantes

Una vez que los investigadores supieron cómo se formó la niebla, plantearon la hipótesis de que podrían agregar un componente químico al plástico para evitar que el agua forme defectos en el interior. Científicos de materiales de Sandia y Lawrence Livermore, compartir fondos de la Oficina de Lucha contra las Armas de Destrucción Masiva del Departamento de Seguridad Nacional, experimentó con varios aditivos para estabilizar el agua mediante enlaces de hidrógeno al aditivo.

En Sandia, Myllenbeck y sus colegas comenzaron con la fórmula PVT actual y agregaron un ingrediente:un aditivo disponible comercialmente que puede interactuar favorablemente tanto con el agua como con la matriz plástica. Cuando probaron el nuevo material en condiciones aceleradas de temperatura y humedad, los investigadores no vieron ningún signo de empañamiento después de decenas de ciclos. A diferencia de, el plástico estándar se empañaría mucho después de un solo ciclo. Myllenbeck sospecha que el agua dentro del plástico se adhiere al aditivo en lugar de a otras moléculas de agua. que previene la formación de gotitas, y por tanto defectos de dispersión de la luz.

"Este cambio de un ingrediente es una gran ventaja para los fabricantes, ", dijo." Solo tienen que agregar una pequeña cantidad de este compuesto a su fórmula existente, con modificaciones menores del proceso, para producir un material que no se empañe y que funcione de manera idéntica al plástico existente ".

Como demostración de escalabilidad, una propiedad que anteriormente había eludido al equipo de varios laboratorios, un fabricante de PVT que trabaja con el equipo de laboratorios múltiples ha producido numerosas piezas a escala 2/3 con la nueva fórmula. Planean en los próximos meses hacer paneles a gran escala adecuados para su implementación en el campo, Añadió Myllenbeck.