Un equipo de investigación de la Universidad Northwestern y el Laboratorio Nacional Argonne ha desarrollado un material excepcional de próxima generación para la detección de radiación nuclear que podría proporcionar una alternativa significativamente menos costosa a los detectores que ahora se utilizan comercialmente.

Específicamente, el material de alto rendimiento se utiliza en un dispositivo que puede detectar rayos gamma, señales débiles emitidas por materiales nucleares, y puede identificar fácilmente isótopos radiactivos individuales. Han pasado más de 30 años desde que se desarrolló un material con este rendimiento, teniendo el nuevo material la ventaja de una producción económica.

Los usos potenciales del nuevo dispositivo incluyen detectores más extendidos, incluidos los de mano, para armas y materiales nucleares, así como aplicaciones en imágenes biomédicas, astronomía y espectroscopia.

"Los gobiernos del mundo quieren un rápido forma de bajo costo para detectar rayos gamma y radiación nuclear para combatir actividades terroristas, como el contrabando y las bombas sucias, y la proliferación de materiales nucleares, "dijo Mercouri G. Kanatzidis de Northwestern, el autor correspondiente del artículo. "Este ha sido un problema muy difícil de resolver para los científicos. Ahora tenemos un nuevo y emocionante dispositivo semiconductor que es económico de fabricar y funciona bien a temperatura ambiente".

Kanatzidis es profesora de Química Charles E. y Emma H. ​​Morrison en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg. Tiene una cita conjunta con Argonne.

La investigación fue publicada esta semana en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

En 2013, Argonne publicó un estudio científico que destaca la promesa del bromuro de plomo y cesio en forma de cristales de perovskita para la detección de radiación de alta energía. Desde entonces, investigadores dirigidos por Kanatzidis, Duck Young Chung de Argonne y Constantinos Stoumpos de Northwestern han trabajado para purificar y mejorar el material.

El gran avance se produjo cuando Yihui He, un becario postdoctoral en el grupo de Kanatzidis y el primer autor del artículo, tomó el material mejorado y reconfiguró el dispositivo semiconductor. En lugar de usar el mismo electrodo a cada lado del cristal, usó dos electrodos diferentes. Con este diseño asimétrico, el dispositivo solo conduce electricidad cuando hay rayos gamma presentes.

Los investigadores compararon el rendimiento de su nuevo detector de bromuro de plomo y cesio con el detector convencional de telururo de cadmio y zinc (CZT) y encontraron que funcionaba igual de bien en la detección de rayos gamma con alta resolución de cobalto-57.

"Logramos el mismo rendimiento en dos años de investigación y desarrollo que otros lograron en 20 años con telururo de cadmio y zinc, el material caro que se utiliza actualmente, "Kanatzidis dijo.

Es importante saber cuál es el material emisor de rayos gamma, Kanatzidis enfatizó, porque algunos materiales son legales y otros ilegales. Cada isótopo radiactivo posee su propia "huella digital":un comportamiento de desintegración diferente y un espectro de emisión de rayos gamma característico único. El nuevo detector de bromuro de plomo y cesio puede detectar estas huellas dactilares.

En el estudio, los investigadores encontraron que el detector identificó con éxito los isótopos radiactivos americio-241, cobalto-57, cesio-137 y sodio-22. Los investigadores también produjeron muestras de cristal más grandes para demostrar que el material se puede ampliar.

El artículo se titula "Alta resolución espectral de rayos gamma a temperatura ambiente mediante monocristales de perovskita CsPbBr".