科學家賦予了鈣鈦礦晶體檢測核輻射的新功能

據媒體報導,由於將光子轉化為電能的令人印象深刻的能力,鈣鈦礦晶體在太陽能領域迅速獲得了名聲。但科學家們現在調整了這一過程轉而捕捉中子,進而使之成為一種有效的檢測放射性物質泄漏的探測器。

鈣鈦礦是一種具有晶體結構的礦物,這使得它們在跟光子相互作用時非常有效。最引人注目的應用是鈣鈦礦太陽能電池,它的效率在10年多一點的時間里爆炸式增長,單獨達到25.5%,跟矽搭配則達到29.15%。

但它們的用途可能遠不止於光發電。同樣的機制也可以用作光傳感器–如果設備發出一束電,那麼光就會從某個地方進來。現在,一組研究人員已經將這個過程超越光子應用到一種新型的亞原子粒子–中子上。自由中子是通過核反應釋放出來的,因此可以利用鈣鈦礦為基礎的裝置來檢測核電站的泄漏或不恰當地儲存或運輸放射性物質。

本想研究中使用的鈣鈦礦是一種叫做methylammonium lead tri-bromide的化合物。這種材料的晶體暴露在中子源下會產生足夠微小的電流。中子穿透晶體原子的原子核,從而使它們進入更高的能量狀態。而這很快衰變為伽馬射線,從而給鈣鈦礦充電並產生可測量的電流。

問題是,這種電流太小了,以至於沒有多大的實際用途。因此,研究小組通過添加一層薄金屬釓來增強它,這種金屬釓達到了比鈣鈦礦本身更高的能量狀態從而產生更多的伽馬光子以及更強大的電流。然後可以通過碳電極傳送到電壓表或電流表中。

科學家賦予了鈣鈦礦晶體檢測核輻射的新功能

在最終版本的探測器中,研究人員在釓箔周圍生長鈣鈦礦晶體進而使後者完全被前者所吞沒。這進一步增強了信號,甚至可以測量中子流的方向和大小,並且所用的材料還有其他優點。

該研究的論文作者László Forró表示:這很簡單,很便宜,也很劃算。這是一個原理的證明,它是有效的。現在我們可以考慮一個非常高效的探測器的配置。」

來源:cnBeta