Los funcionarios de seguridad tienen la tarea de evitar que los delincuentes ingresen de contrabando materiales peligrosos a un país. y la detección de sustancias nucleares ha sido difícil y costosa. Ahora, los investigadores de la Universidad Northwestern han desarrollado nuevos dispositivos basados ​​en un material de bajo costo para ayudar en la detección e identificación de isótopos radiactivos.

Usando bromuro de plomo y cesio en forma de cristales de perovskita, el equipo de investigación descubrió que eran capaces de crear detectores de alta eficiencia tanto en dispositivos portátiles para investigadores de campo y detectores de gran tamaño. Los resultados se han elaborado durante más de una década.

El profesor del noroeste Mercouri Kanatzidis, quien dirigió la investigación, dijo que además de ser menos costoso que los dispositivos típicos, el nuevo método para detectar rayos gamma también es muy capaz de diferenciar entre rayos de diferentes energías. Este método permite a los usuarios identificar los rayos gamma legales frente a los ilegales. Detectores como estos son fundamentales para la seguridad nacional, donde se utilizan para detectar materiales nucleares ilegales contrabandeados a través de las fronteras y ayudar en la investigación forense nuclear, así como en diagnóstico por imágenes médicas.

"Usando el material de perovskita, Hemos logrado una alta resolución en la detección de energía para rayos gamma utilizando un diseño de detector pixelado, ", Dijo Kanatzidis." Esto nos acerca un paso más a la creación de sistemas electrónicos para diagnósticos médicos e imágenes, seguridad aeroportuaria y más ".

El estudio se publicará el 7 de diciembre en la revista Fotónica de la naturaleza .

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 el Laboratorio Nacional Argonne.

En investigaciones anteriores, El equipo comparó el rendimiento del nuevo detector de bromuro de plomo y cesio con el detector convencional de telururo de cadmio y zinc (CZT) y descubrió que funcionaba también en la detección de rayos gamma.

Pero una nueva investigación que mejoró los tamaños de los cristales y aprovechó los píxeles en lugar de los electrodos planos ha avanzado la resolución espectral mucho más allá de la de los diseños convencionales. de alrededor del 3,8% al 1,4%, detectando energía incluso de fuentes muy débiles.

Los isótopos radiactivos emiten rayos gamma que difieren ligeramente en energía, a menudo difieren en unos pocos puntos porcentuales. Usando el nuevo material, los usuarios pueden identificar mejor la fuente de rayos gamma al señalar las diferencias hasta unos pocos puntos porcentuales.

Además, el uso incluso de materiales ligeramente impuros hace que los detectores sean menos eficientes o no funcionales, y los productores de dispositivos deben buscar CZT ultrapura para producir lecturas efectivas. Para sorpresa de los investigadores, su propio material podría tener de 5 a 10 veces más impurezas que CZT y aún así funcionar, haciéndolo más fácil y barato de producir. La resolución también es fundamental para las imágenes médicas como las exploraciones SPECT.

Kanatzidis dijo que hay mucho interés en el campo, especialmente dados los costos y las implicaciones de seguridad de los equipos que funcionan mal. Pero el progreso en este reino, él dijo, ha sido lento principalmente porque los grupos de investigación se centran en la síntesis de materiales o en los detectores de rayos X y rayos gamma; su grupo hace ambas cosas. El laboratorio de Kanatzidis analizó más de 60 compuestos prometedores antes de aterrizar en el bromuro de plomo y cesio.

Incluso con los avances habilitados por el nuevo material, Kanatzidis dijo que su trabajo con colaboradores en Northwestern y Argonne no termina.

"Nuestro estante está lleno de nuevas posibilidades que aún tenemos que investigar más a fondo, ", Dijo Kanatzidis." Mi grupo de investigación es una rara combinación del lado de la ingeniería y el lado del crecimiento de cristales de las cosas ".

Yihui es un profesor asistente de investigación en el laboratorio de Kanatzidis y el primer autor del artículo.

"Los nuevos protocolos de fabricación de dispositivos que informamos a nuestros colaboradores de la Universidad de Michigan podrían conducir a la producción en masa de detectores de bromuro de plomo y cesio en un futuro próximo". " Él dijo.

El grupo del profesor Zhong He de la Universidad de Michigan participó en la caracterización y el análisis de detectores. El científico de Argonne, Duck Young Chung, fue uno de los principales colaboradores del esfuerzo.

Kanatzidis y sus colegas han fundado una nueva empresa, Actinia, comercializar detectores de bromuro de plomo y cesio para la detección e identificación de rayos gamma y X. Estos nuevos detectores tendrán implicaciones de gran alcance en el diagnóstico médico, seguridad nacional y seguridad nuclear.