روش جدید NIST دقیقاً رادیواکتیویته را در نمونه های ریز اندازه گیری می کند

محققان انستیتوی ملی استاندارد و فناوری (NIST) روش جدید و سریع تری را برای تشخیص و اندازه گیری رادیواکتیویته مقادیر کوچک مواد رادیواکتیو نشان داده اند. تکنیک نوآورانه ، که به عنوان طیف سنجی انرژی پوسیدگی کرایوژنیک (DES) شناخته می شود ، می تواند تأثیرات گسترده ای داشته باشد ، از بهبود درمان سرطان تا اطمینان از ایمنی پاکسازی زباله های هسته ای.

تیم NIST نتایج خود را منتشر کرده است ورق شناسیبشر

نکته اصلی این تکنیک جدید ، یک سنسور لبه انتقال (TES) است ، یک دستگاه با تکنولوژی بالا که به طور گسترده برای اندازه گیری امضاهای تابش استفاده می شود. TES توانایی انقلابی برای ثبت وقایع پوسیدگی رادیواکتیو را فراهم می کند ، که در آن یک اتم ناپایدار یک یا چند ذره را آزاد می کند. محققان با ایجاد داده های بسیاری از پوسیدگی های فردی ، می توانند شناسایی کنند که کدام اتم های ناپایدار ، معروف به رادیونوکلئیدها ، این رویدادها را تولید می کنند.

رایان فیتزجرالد ، فیزیکدان NIST گفت: “TES بسیار پیشرفته تر از یک پیشخوان آشنا Geiger یا سایر ردیاب های مورد استفاده امروزه است.” “به جای فقط کلیک کردن برای نشان دادن تابش ، یا نشان دادن مبهم از انرژی پوسیدگی ، اثر انگشت مفصلی از آنچه در آنجا وجود دارد به ما می دهد.”

دستگاه TES در دمای بسیار پایین ، نزدیک به صفر مطلق کار می کند. هنگامی که یک پوسیدگی رادیواکتیو در یک نمونه رخ می دهد ، انرژی آزاد شده توسط TES جذب می شود. این انرژی جذب شده باعث تغییر کوچک در مقاومت الکتریکی TES می شود. محققان دقیقاً این تغییر در مقاومت را اندازه گیری می کنند ، که “امضای انرژی” با وضوح بالا از رویداد پوسیدگی را فراهم می کند. محققان با تجزیه و تحلیل طیف دقیق انرژی از چندین رویداد ، می توانند اتم رادیواکتیو خاص را که در حال فروپاشی است ، شناسایی کنند. این امکان پذیر است زیرا اتم های مختلف رادیواکتیو هنگام پوسیدگی امضاهای انرژی منحصر به فرد را منتشر می کنند.

روشهای اولیه در اندازه گیری میزان رادیواکتیویته یا شناسایی اینکه اتم های رادیواکتیو وجود دارند – نه هر دو خوب هستند. مشخص کردن یک نمونه به طور کامل پس از استفاده از تکنیک های متعدد. در مقابل ، DES هر دو عناصر رادیواکتیو را مشخص می کند و سطح رادیواکتیویته آنها را تعیین می کند.

تشخیص سریع و اندازه گیری

هنگامی که محققان با بشکه ای پر از مایع رادیواکتیو روبرو می شوند ، باید ماده رمز و راز را شناسایی کرده و میزان رادیونوکلئیدهای موجود را برای دفع ایمن آن اندازه گیری کنند. به طور معمول ، این روند می تواند ماه ها طول بکشد ، اما سنسور انتقال دهنده می تواند آن زمان را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

فیتزجرالد گفت: “به جای اینکه ماه ها برای نتیجه انتظار داشته باشیم ، اکنون می توانیم فقط در چند روز از یک نمونه کوچک ، یک پروفایل رادیواکتیویته کامل را بدست آوریم.”

به طور سنتی ، اندازه گیری رادیواکتیویته به روشهای مختلفی و روشهای پیچیده با استفاده از مواد اضافی به نام ردیاب یا کالیبران نیاز داشت. با این حال ، روش جدید یک رویکرد ساده را ارائه می دهد ، و امکان اندازه گیری دقیق نمونه های کوچک حتی بدون نیاز به این مواد اضافی را فراهم می کند. این امر به دانشمندان این امکان را می دهد تا از مواد رادیواکتیو که بر سلامت عمومی و ایمنی تأثیر می گذارد ، بهتر نظارت ، استفاده و محافظت کنند.

دقت جوهر افشان در تجزیه و تحلیل رادیواکتیویته

در روش خود ، محققان از یک دستگاه جوهر افشان تخصصی استفاده می کنند تا مقادیر ریز و درشت ، کمتر از 1 میلیون گرم از یک راه حل رادیواکتیو را بر روی فویل های طلای نازک به دقت توزیع کنند. این فویل های طلا دارای سطحی هستند که دارای منافذ ریز و درشت فقط میلیاردم متر اندازه است. این نانوذرات به جذب قطرات ریز محلول رادیواکتیو کمک می کنند.

محققان با اندازه گیری دقیق جرم محلول که با استفاده از جوهر افشان توزیع شده و سپس اندازه گیری رادیواکتیویته نمونه خشک شده بر روی فویل های طلا می توانند رادیواکتیویته در هر واحد جرم یا “فعالیت انبوه” نمونه را محاسبه کنند. این روش جوهر افشان به آنها اجازه می دهد تا با مقادیر بسیار کمی از مواد رادیواکتیو کار کنند و هنوز هم اندازه گیری دقیقی از رادیواکتیویته خود دریافت کنند.

برنامه های بالقوه گسترده است. در پزشکی ، این فناوری می تواند به اطمینان از خلوص و قدرت داروهای رادیواکتیو مورد استفاده در معالجه سرطان کمک کند. برای انرژی هسته ای ، می تواند به سرعت ترکیب رادیواکتیو سوخت پردازش شده را شناسایی کند و سرعت توسعه راکتورهای پیشرفته جدید را ایجاد کند.

TrueBQ: تعریف مجدد اندازه گیری رادیواکتیویته

تحقیقات تازه گزارش شده اولین قدم در تلاش بزرگتر ، معروف به پروژه واقعی Becquerel (TrueBQ) است تا نحوه نظارت و توصیف رادیواکتیویته را تغییر دهیم. نام این پروژه از واحد برای اندازه گیری پوسیدگی رادیواکتیو گرفته شده است ، به افتخار فیزیکدان فرانسوی هنری بکرل ، که رادیواکتیویته را کشف کرد.

پروژه گسترده تر TrueBQ با هدف توسعه یک سیستم اندازه گیری جامع تر که می تواند طیف گسترده ای از مواد رادیواکتیو ، از جمله مخلوط های پیچیده را اداره کند. این یک سیستم تعادل جرم دقیق با دستگاه TES برای اندازه گیری فعالیت انبوه مواد رادیواکتیو با دقت بی سابقه ای ادغام می شود.

این رویکرد جدید نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی نسبت به گردش کار سنتی است ، که اغلب شامل چندین روش ، پردازش شیمیایی و استفاده از ردیاب ها و استانداردهای شیمیایی است. با ساده تر کردن فرایند اندازه گیری ، انتظار می رود TrueBQ زمان مورد نیاز برای تجزیه و تحلیل را کاهش دهد در حالی که همزمان دقت افزایش می یابد.

نوآوری های توسعه یافته از طریق پروژه TrueBQ می تواند توانایی NIST را در خدمت به مشتریان خود به طور مؤثر تقویت کند. NIST انواع خدمات اندازه گیری مشتری را از جمله کالیبراسیون ، مواد مرجع استاندارد (SRM) و آزمایش مهارت ارائه می دهد. همه این سرویس ها برای بهره مندی از گردش کار ساده ، اطلاعات اضافی و عدم قطعیت های کاهش یافته که فناوری TrueBQ به طور بالقوه می تواند ارائه دهد ، می باشد.

در حالی که تمرکز فعلی TrueBQ بر بهبود اندازه گیری در خود NIST است ، محققان آرزوهای طولانی مدت برای این فناوری دارند. در آینده ، آنها امیدوارند که نسخه های قابل حمل و کاربر پسند تری از سیستم را تهیه کنند که می تواند در خارج از NIST برای کاربردهای مهم در زمینه هایی مانند دارو ، پاکسازی محیط زیست و مدیریت پسماندهای هسته ای مستقر شود.

---

مقاله: Ryan P. Fitzgerald ، Bradley Alpert ، Denis E. Bergeron ، Max Carlson ، Richard Essex ، Sean Jollota ، Kelsey Morgan ، Shin Muramoto ، Svetlana Nour ، Galen O'Neil ، Daniel R. Schmidt ، Gordon Shaw ، Daniel Swetz and R. Michael Vertich. اندازه گیری فعالیت اولیه یک محلول AM-241 با استفاده از گرانش جوهر افشان میکروگرم و طیف سنجی انرژی پوسیدگی. اندازه گیری منتشر شده به صورت آنلاین 8 ژوئیه 2025. doi: 10.1088 / 1681-7575 / adea