Επιστήμονες από το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας των ΗΠΑ (NIST) παρουσίασαν μια νέα, εξαιρετικά ταχύτερη και ακριβέστερη μέθοδο για την ανίχνευση και μέτρηση ελάχιστων ποσοτήτων ραδιενεργών υλικών.
Η καινοτόμος τεχνική, που ονομάζεται φασματομετρία ενέργειας διάσπασης σε κρυογονικές συνθήκες (cryogenic decay energy spectrometry – DES), υπόσχεται σημαντικές εφαρμογές, από τη βελτίωση αντικαρκινικών θεραπειών μέχρι την ασφαλή διαχείριση ραδιενεργών αποβλήτων.
Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Metrologia και αποτελεί μέρος του ευρύτερου έργου True Becquerel (TrueBq), το οποίο αποσκοπεί στον εκσυγχρονισμό της μέτρησης ραδιενέργειας με απαράμιλλη ακρίβεια.
Υπεραγώγιμοι αισθητήρες αποκαλύπτουν τις «υπογραφές» της διάσπασης
Στην καρδιά της τεχνολογίας βρίσκεται ο αισθητήρας μεταβατικής περιοχής (transition-edge sensor – TES). Σε αντίθεση με τους συμβατικούς ανιχνευτές όπως ο μετρητής Geiger, ο TES δεν περιορίζεται σε έναν απλό εντοπισμό της ραδιενέργειας. Αντίθετα, προσφέρει ένα «αποτύπωμα» υψηλής ανάλυσης για κάθε ατομική διάσπαση, επιτρέποντας τον προσδιορισμό του ακριβούς ραδιονουκλιδίου που την προκάλεσε.
Ο TES λειτουργεί σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν. Όταν μια ραδιενεργή διάσπαση συμβεί, η απελευθερωμένη ενέργεια απορροφάται από τον αισθητήρα, προκαλώντας μια ελάχιστη αλλά μετρήσιμη μεταβολή στην ηλεκτρική του αντίσταση. Η μεταβολή αυτή αποκαλύπτει την ενεργειακή «υπογραφή» της διάσπασης.
Γρηγορότερη και ακριβέστερη ανάλυση – χωρίς ιχνηθέτες
Η παραδοσιακή ραδιομετρία απαιτεί πολλαπλές τεχνικές και τη χρήση ιχνηθετών ή πρότυπων υλικών. Η νέα μέθοδος προσφέρει συνδυαστική μέτρηση της ποσότητας και του τύπου των ραδιενεργών ισοτόπων, χωρίς πρόσθετα υλικά. Με την τεχνολογία TES, απαιτούνται μόνο λίγες ημέρες για τον πλήρη χαρακτηρισμό ενός δείγματος, σε σύγκριση με τις εβδομάδες ή μήνες που απαιτούσαν τα παλαιότερα πρωτόκολλα.
«Αντί να περιμένουμε μήνες για αποτελέσματα, μπορούμε πλέον να αποκτήσουμε πλήρες προφίλ ραδιενέργειας μέσα σε λίγες ημέρες, ακόμη και από ένα μικροσκοπικό δείγμα», δήλωσε ο φυσικός του NIST, Ryan Fitzgerald.
Ανάλυση με μελάνη και νανοπόρους
Η τεχνική περιλαμβάνει καινοτόμο σύστημα έγχυσης: μικροσκοπικές ποσότητες ραδιενεργού διαλύματος τοποθετούνται μέσω ειδικού «μελανιού» σε χρυσά φύλλα με νανοπόρους (τρύπες μεγεθών της τάξης του νανομέτρου). Κατόπιν, μετρούνται με ακρίβεια τόσο η μάζα του δείγματος όσο και η ραδιενέργειά του, προσδιορίζοντας έτσι τη μαζική δραστικότητα (massic activity) με απαράμιλλη ακρίβεια.
Εφαρμογές στην ιατρική, την ενέργεια και τη διαχείριση αποβλήτων
Οι δυνατότητες της τεχνολογίας εκτείνονται σε ποικίλους τομείς:
- Ογκολογία: Έλεγχος καθαρότητας και ισχύος ραδιενεργών φαρμάκων.
- Πυρηνική ενέργεια: Γρήγορη αναγνώριση ισοτόπων σε ανακυκλωμένα πυρηνικά καύσιμα.
- Περιβάλλον: Ασφαλής διαχείριση πυρηνικών αποβλήτων και αποκατάσταση μολυσμένων περιοχών.
Το πρόγραμμα TrueBq και οι μελλοντικές του φιλοδοξίες
Το έργο TrueBq, από το όνομα του φυσικού Henri Becquerel, αποσκοπεί στη δημιουργία ενός ολοκληρωμένου συστήματος μέτρησης ραδιενέργειας, με δυνατότητα ταυτόχρονης ανίχνευσης και ποσοτικοποίησης σε πολύπλοκα δείγματα. Η ενοποίηση του TES με υψηλής ακρίβειας ζυγιστικό σύστημα υπόσχεται μια επανάσταση στον τομέα των μετρήσεων.
Η ομάδα του NIST στοχεύει μακροπρόθεσμα στην φορητή και φιλική προς τον χρήστη εφαρμογή της τεχνολογίας, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί επιτόπου σε κλινικά περιβάλλοντα, βιομηχανικές εγκαταστάσεις ή αποστολές εκκαθάρισης.
Η μέθοδος του DES δεν υπόσχεται μόνο επιτάχυνση των διαδικασιών, αλλά και δραστική μείωση της αβεβαιότητας στις κρίσιμες μετρήσεις που αφορούν τη δημόσια υγεία και την πυρηνική ασφάλεια.
Περισσότερες πληροφορίες: Ryan Fitzgerald et al, Μέτρηση κύριας δραστικότητας διαλύματος Am-241 χρησιμοποιώντας βαρυμετρία μικρογραμμαρίου inkjet και φασματομετρία ενέργειας αποσύνθεσης, Metrologia (2025). DOI: 10.1088/1681-7575/adecaa
Πληροφορίες περιοδικού: Metrologia
Παρέχεται από το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας
