Seguridad Nacional pronto podría tener una nueva herramienta para agregar a su arsenal.

Investigadores de la Universidad Northwestern y el Laboratorio Nacional Argonne han desarrollado un nuevo material que abre las puertas a una nueva clase de detectores de neutrones.

Con la capacidad de detectar materiales nucleares de contrabando, Los detectores de neutrones de alta eficiencia son fundamentales para la seguridad nacional. En la actualidad, Hay dos clases de detectores que utilizan gas helio o destellos de luz. Estos detectores son muy grandes, a veces del tamaño de una pared.

El material de Northwestern y Argonne introduce una tercera clase:un semiconductor que puede absorber neutrones y generar señales eléctricas que pueden medirse fácilmente. El detector basado en semiconductores también es muy eficiente y estable. Se puede utilizar tanto en pequeño, dispositivos portátiles para inspecciones de campo y detectores muy grandes que utilizan matrices de cristales.

El estudio aparecerá en la edición del 16 de enero de la revista. Naturaleza .

"La gente ha imaginado detectores de neutrones semiconductores durante mucho tiempo, "dijo Mercouri Kanatzidis de Northwestern, quien dirigió la investigación. "La idea estaba ahí, pero nadie tenía el material adecuado para hacerlo ".

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

Cuando los elementos pesados, como el uranio y el plutonio, decaer, sus átomos expulsan neutrones de sus núcleos. La mayoría de los detectores de neutrones son los denominados centelleadores que funcionan detectando los neutrones expulsados ​​y luego emitiendo luz para alertar al usuario. Este nuevo material es un semiconductor y no emite luz, sino que detecta directamente las señales eléctricas inducidas por los neutrones. Además de las aplicaciones de seguridad, Los detectores de neutrones se utilizan en seguridad radiológica. astronomía, física del plasma, ciencia de materiales y cristalografía.

Mientras que los tipos clásicos de detectores de neutrones térmicos se han utilizado desde la década de 1950, un material semiconductor práctico sigue siendo esquivo. Excelente para absorber neutrones, El litio emergió rápidamente como el material más prometedor para los dispositivos de detección de neutrones. Pero integrar el litio en un semiconductor y hacerlo estable (el litio se desmorona cuando se encuentra con el agua) fue otra historia.

"Puedes encontrar buenos semiconductores, pero no tienen litio, "Kanatzidis dijo." O puede encontrar compuestos de litio estables que no son buenos semiconductores. Encontramos lo mejor de ambos mundos. El isótopo de litio-6 específico, que es razonablemente abundante y de bajo costo, es un fuerte absorbedor de neutrones ".

En su estudio, Kanatzidis y su equipo descubrieron la combinación correcta de materiales para hacer un dispositivo de trabajo que también mantiene estable el litio. Su nuevo material, litio-indio-fósforo-selenio, tiene una estructura estratificada y está enriquecido con el isótopo litio-6.

"La estructura cristalina es especial, "Kanatzidis dijo." El litio está dentro de las capas, para que el agua no pueda alcanzarlo. Eso es un gran característica importante de este material ".

El detector de neutrones semiconductores resultante puede detectar neutrones térmicos incluso de una fuente muy débil, y puede hacerlo en nanosegundos. También puede discriminar entre neutrones y otros tipos de señales nucleares, como los rayos gamma. Esto evita falsas alarmas.

Una ventaja adicional final:el material contiene una cantidad muy alta de litio. Entonces, una fracción más pequeña del material puede absorber la misma cantidad de neutrones que un dispositivo gigante. Esto conduce a dispositivos lo suficientemente pequeños como para caber en su mano.

"Es importante tener todos los tamaños de detectores de neutrones y tantos tipos como sea posible, como nuestro nuevo semiconductor, "Kanatzidis dijo." Quieres unos que sean tan grandes como una pared, donde puede pasar un camión justo al lado. Pero también desea pequeños que puedan ser portátiles para inspecciones en el campo ".