核威胁检测科学的突破

桑迪亚国家实验室团队从一个不寻常的来源获得灵感，大大改善了闪烁体的科学 - 这些物体可以探测到核威胁。据该团队称，使用有机玻璃闪烁器很快就会使通过美国港口和边境走私核材料变得更加困难。

桑迪亚实验室团队开发了一种由有机玻璃制成的闪烁体，它比最着名的核威胁探测材料更有效，同时生产更容易，更便宜。

有机玻璃是一种碳基材料，可以熔化，冷却后不会变浑浊或结晶。本周在美国化学学会杂志上发表的一篇论文中描述了国防核不扩散项目组对有机玻璃闪烁体测试的成功结果。

桑迪亚实验室材料科学家兼首席研究员Patrick Feng于2010年开始开发替代类型的有机闪烁体。冯解释说，他和他的团队着手“通过提高所有前线辐射探测器的成本 - 性能比”来加强国家安全。物资进入该国。“ 为了提高这一比例，该团队需要弥合最好，最亮，最敏感的闪烁体材料与低敏感材料的低成本之间的差距。

发光二极管的灵感导致性能提升

该团队为该项目设计，合成和评估了新的闪烁体分子，目的是了解分子结构与产生的辐射检测特性之间的关系。他们在寻找闪烁体方面取得了进展，这些闪烁体能够表明可能存在潜在威胁的核材料与正常的，无威胁的辐射源之间的差异，如用于医疗或天然存在于我们大气中的辐射。

该团队首次报道了2016年6月使用有机玻璃作为闪烁体材料的好处。有机化学家Joey Carlson表示，当他意识到闪烁体的行为与发光二极管非常相似时，真正有可能实现进一步的突破。

利用LED，将已知的源和电能量施加到装置以产生所需量的光。相反，闪烁体响应于未知辐射源材料的存在而产生光。根据产生的光量和光线出现的速度，可以识别光源。

尽管它们的运行方式存在这些差异，但LED和闪烁体都利用电能产生光。芴是用于某些类型的LED的发光分子。该团队发现，通过将芴纳入其闪烁体化合物中，可以获得最理想的品质 - 稳定性，透明度和亮度。

推过晶体和塑料

过去40年来，金标准闪烁体材料一直是称为反式二苯乙烯的分子的晶体形式，尽管已经进行了大量研究以开发替代品。反式二苯乙烯在区分两种类型的辐射方面非常有效：在环境中普遍存在的伽马射线和几乎完全来自诸如钚或铀等受控威胁物质的中子。反式二苯乙烯对这些材料非常敏感，可以根据它们的存在产生明亮的光。

但是生产仅仅几英寸长的反式二苯乙烯晶体需要花费很多精力和数月时间。水晶非常昂贵，每立方英寸约1,000美元，而且它们很脆弱，因此它们不常用于野外。

相反，在边界和入境口岸最常用的闪烁体是塑料。它们相对便宜，每立方英寸不到1美元，它们可以模制成非常大的形状，这对于闪烁体的灵敏度至关重要。正如冯解释的那样，“你的探测器越大，它就越敏感，因为辐射会有更高的机会。”

尽管存在这些积极因素，但塑料无法有效地区分不同类型的辐射 - 需要单独的氦气管。这些管中使用的氦的类型是稀有的，不可再生的，并且显着增加了塑料闪烁体系统的成本和复杂性。塑料不是特别明亮，只有反式二苯乙烯强度的三分之二，这意味着它们不能很好地检测出微弱的辐射源。

出于这些原因，桑迪亚实验室的团队开始尝试使用有机玻璃，这种玻璃能够区分不同类型的辐射。实际上，Feng的团队发现玻璃闪烁体在辐射检测测试中甚至超过反式二苯乙烯 - 它们更明亮，更能区分不同类型的辐射。

另一个挑战：团队制造的初始玻璃化合物不稳定。如果眼镜太热太久，它们会结晶，影响它们的性能。Feng的研究小组发现，将含有芴的化合物与有机玻璃分子混合使它们无限稳定。然后，稳定的玻璃也可以熔化并浇铸成大块，这比制造塑料或反式二苯乙烯更容易且更便宜。

从实验室到港口

迄今为止的工作在实验室中显示出无限的稳定性，这意味着材料不会随着时间的推移而降低。现在，商业化的下一步是铸造一个非常大的原型有机玻璃闪烁体用于现场测试。冯和他的团队希望证明有机玻璃闪烁体能够承受港口的湿度和其他环境条件。

国家核安全管理局再为该项目提供了两年的资金。这让团队有时间了解他们是否可以使用有机玻璃闪烁体来满足其他国家安全需求。

展望未来，冯和他的团队还计划尝试使用有机玻璃，直到它可以区分无威胁的伽玛射线源和可用于制造脏弹的伽玛射线源。