نجح علماء من جامعة نورث وسترن في تطوير مواد جديدة قادرة على اكتشاف الإشعاع الإشعاعي
نجح علماء من جامعة نورث وسترن في تطوير مواد جديدة قادرة على اكتشاف الإشعاع الإشعاعي. ومن الممكن أن تؤدي الطريقة المبتكرة إلى تطوير جهاز يدوي لكشف الأسلحة والمواد النووية، خاصة في ظل سيناريو "القنبلة النووية في الحقيبة".
وقال الباحث ميركوري ج. كاناتزيديس، الذي قاد الدراسة، إن "هجمات 11 سبتمبر الإرهابية زادت الاهتمام بهذا المجال الأمني، لكن المشكلة تظل تحديا حقيقيا". لقد قمنا بإعداد مواد شبه موصلة واعدة يمكن أن تؤدي إلى تطوير طريقة سريعة وفعالة ورخيصة للكشف عن المواد الخطرة مثل البلوتونيوم واليورانيوم.
ومن أجل تطوير كاشف فعال، توجه فريق الباحثين إلى الجزء من الجدول الدوري الذي توجد فيه العناصر الثقيلة. وطور الباحثون مفهوما تصميميا يتيح تحضير مواد شبه موصلة من عناصر ثقيلة تكون فيها معظم إلكترونات المركب مرتبطة وغير متحركة. عندما تخترق أشعة جاما مركبًا ما، فإنها تثير الإلكترونات وتجعلها متحركة، ومن ثم قابلة للقياس. وبما أن كل عنصر له طيفه الفريد، فإن الإشارة تحدد المادة المكتشفة. تم نشر الطريقة المعروفة باسم "تقليل الأبعاد" (تقليل الأبعاد) في المجلة العلمية Advanced Materials.
بالنسبة لمعظم المواد، فإن أشعة جاما المنبعثة من المواد النووية سوف تمر عبرها ببساطة وتجعلها غير قابلة للقياس. ومع ذلك، فإن المواد الثقيلة، مثل الزئبق والثاليوم والسيلينيوم والسيزيوم تمتص أشعة جاما إلى حد كبير. وكانت المشكلة التي واجهها الباحثون هي أن العناصر الثقيلة تحتوي على العديد من الإلكترونات المتحركة. وهذا يعني أن أشعة جاما التي تضرب المادة وتثير الإلكترونات لا تسمح برصد هذا التغير.
يوضح الباحث: "إن الأمر يشبه إضافة قطرة واحدة من الماء إلى دلو مملوء بالماء، فالتغيير لا يكاد يذكر". "كنا بحاجة إلى مادة من عنصر ثقيل لا تحتوي على الكثير من الإلكترونات المتحركة. مثل هذه العناصر غير موجودة في الطبيعة، لذلك كان علينا تصميم مادة جديدة تمامًا." وصمم فريق الباحثين موادهم شبه الموصلة على شكل هياكل بلورية، بحيث تُحرم الإلكترونات من قدرتها على الحركة.
المواد التي تمكن نفس الباحثين من تطويرها وإظهارها ككاشفات فعالة لأشعة جاما هي كبريتيد السيزيوم الزئبق وسيلينيد السيزيوم الزئبق. تعمل كلتا المادتين شبه الموصلتين الجديدتين في درجة حرارة الغرفة، والعملية برمتها قابلة للتطوير إلى نطاق صناعي.
ويشير الباحث إلى أن المواد الجديدة لدينا واعدة وتنافسية للغاية. "بعد تطويرها الإضافي، يجب أن تتفوق على مواد الكشف عن الإشعاع الإشعاعي الموجودة. وقد تكون مفيدة أيضًا في مجال الطب الحيوي كعوامل تصوير تشخيصية."
أخبار الدراسة
