Seguridad nacional:la frase resuena como un tambor en estos días.

Solo un ejemplo:en su resumen de presupuesto de 2017, el Departamento de Seguridad Nacional de EE. UU. enumera entre sus prioridades la asignación de $ 103,9 millones para equipos de detección radiológica y nuclear "para mantener los puertos de entrada de EE. UU. seguros mediante la detección e interceptación de materiales nucleares o radiactivos ilícitos".

Un equipo dirigido por Swastik Kar de Northeastern y Yung Joon Jung ha desarrollado una tecnología que podría contribuir en gran medida a lograr ese objetivo. "Nuestro detector podría cambiar drásticamente la manera y la precisión con la que podemos detectar amenazas nucleares en el país o en el extranjero". "dice Kar, profesor asociado del Departamento de Física.

También podría ayudar a optimizar la radiomedicina, incluidas las radioterapias y los diagnósticos por exploración, Aumentar la eficacia de los vehículos no tripulados de vigilancia de la radiación en la cartografía y el seguimiento de áreas contaminadas después de desastres. y revolucionará las imágenes radiométricas en la exploración espacial.

Hecho de grafeno y nanotubos de carbono, El detector de los investigadores supera con creces a cualquier otro existente en su ultrasensibilidad a las partículas cargadas, tamaño minúsculo, requisitos de baja potencia, y bajo costo.

Habilitación de la seguridad y la protección

Toda la radiación por supuesto, no es dañino, e incluso el tipo que puede ser depende de la dosis y la duración de la exposición. La palabra "radiación" se refiere simplemente a la emisión y propagación de energía en forma de ondas o partículas. Tiene muchas fuentes, incluido el sol, dispositivos electrónicos como microondas y teléfonos móviles, luz visible, Rayos X, ondas gamma, ondas cósmicas, y fisión nuclear, que es lo que produce energía en los reactores nucleares.

La mayoría de las radiaciones dañinas son "radiaciones ionizantes":tienen energía suficiente para eliminar electrones de las órbitas de los átomos circundantes. haciendo que se carguen, o "ionizado".

Son esas partículas cargadas, o iones, que los detectores captan y cuantifican, revelando la intensidad de la radiación. La mayoría de los detectores actuales, sin embargo, no solo son voluminosos, hambrientos de poder, y caro, tampoco pueden captar niveles muy bajos de iones. Detector de Kar y Yung Joon, por otra parte, es tan sensible que puede recoger una sola partícula cargada.

"Nuestros detectores son muchos órdenes de magnitud más sensibles en términos de qué tan pequeña es la señal que pueden detectar, "dice Yung Joon, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Mecánica e Industrial. "El nuestro puede detectar un ion, el límite fundamental. Si puede detectar un solo ion, entonces puedes detectar todo lo que sea más grande que eso ".

Considere un guardia fronterizo en la Aduana de EE. UU., dice Kar. Él o ella está usando un contador Geiger para buscar material nuclear en la carga de un barco. Dicho material podría estar oculto dentro de un contenedor de plomo, haciendo que los niveles de radiación se filtren demasiado bajos para que el contador Geiger los detecte, o el guardia puede estar a 100 metros de la fuente, permitiendo que la intensidad de la radiación se disipe antes de que llegue al detector. "Eso significa que el guardia no solo no detecta la fuga, sino que también está expuesto a radiación a niveles desconocidos, "dice Kar." Con nuestra tecnología, el guardia podría detectar fuentes ocultas desde una distancia segura, o incluso con un dron ".

Avance interdisciplinario

El detector ultrasensible se desarrolló a partir de una asociación interdisciplinaria única entre Kar y Yung Joon, que colaboran desde hace más de 10 años. "No hubiéramos hecho este descubrimiento sin las contribuciones de cada uno de nosotros, "dice Yung Joon.

La experiencia de Yung Joon está en la nano-fabricación de carbono. Trabaja con grafeno, una red infinitesimalmente delgada más fuerte que el acero de átomos de carbono apretados, y nanotubos de carbono:láminas de grafeno enrolladas en tubos huecos con paredes de solo un átomo de espesor.

Kar se especializa en la física subyacente de los nanotubos de carbono y otros materiales, incluidas las propiedades de la mecánica cuántica que describen su conductancia eléctrica.

"Cuando una partícula cargada se asienta sobre la superficie de un material, el material sufre un pequeño cambio en su propiedad eléctrica, "dice Kar. En un material voluminoso, la partícula afecta la superficie pero el resto del material permanece sin cambios. En nanotubos de carbono, que son esencialmente solo materiales de superficie debido a sus paredes excepcionalmente delgadas, la partícula cambia significativamente la conductancia eléctrica total del material. "Entonces, el efecto de la partícula se vuelve mucho más mensurable, "dice Kar.

Ji Hao, PhD'17, un estudiante de ingeniería mecánica en el laboratorio de Yung Joon, descubrió la sensibilidad de los nanotubos de carbono a las partículas cargadas por accidente mientras probaba los nanotubos dentro de un medidor de vacío. Estaba desconcertado por los cambios en la resistencia eléctrica de los nanotubos cuando encendía y apagaba el medidor. "Pensó que tenía un circuito disfuncional que estaba dando lugar a los cambios, "dice Kar." No sabía en ese momento que la pequeña cantidad de iones liberados por el medidor podría afectar de manera apreciable las propiedades eléctricas de los nanotubos de carbono. Por extraño que parezca, inicialmente se esforzó mucho por deshacerse de los cambios ".

Habiendo desarrollado la tecnología de detectores, la pareja ahora se centra en la construcción de prototipos de detectores para los diversos tipos de radiación relevantes para disciplinas particulares, incluyendo rayos X y partículas beta. En el proceso, están explorando la comercialización de su invención con un premio de la National Science Foundation. "Esto nos permitirá identificar clientes potenciales para cualquier producto que podamos construir, "dice Kar.

Yung Joon agrega:"Nuestro objetivo es aprender qué tipo de medidas necesita cada campo específico".