Για την παρακολούθηση της ποσότητας και του τύπου του πυρηνικού υλικού σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και εγκαταστάσεις όπλων, οι επιστήμονες βασίζονται στο μοναδικό πρότυπο ακτίνων γ που εκπέμπεται από συγκεκριμένα ραδιενεργά στοιχεία.
Ωστόσο, ορισμένα από αυτά τα στοιχεία εκπέμπουν επίσης ακτίνες Χ στην ίδια περιοχή ενέργειας, καλύπτοντας το σήμα. Ερευνητές από το National Institute of Standards and Technology (NIST) μέτρησαν τις εκπομπές ακτίνων Χ από πλουτώνιο, ουράνιο και ποσειδώνιο με πρωτοφανή ακρίβεια, επιτρέποντας το φιλτράρισμα του θορύβου. Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters.
Απομόνωση ακτίνων Χ με αισθητήρες TES
Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε μια συστοιχία κβαντικών αισθητήρων που λειτουργούν ως εξαιρετικά ευαίσθητα θερμόμετρα. Αυτές οι συσκευές, γνωστέες ως αισθητήρες ακμής μετάβασης (TES), αποτελούνται από υπεραγώγιμο φιλμ που διατηρείται σε θερμοκρασία λίγο πάνω από το απόλυτο μηδέν.
Όταν ένα φωτόνιο ακτίνων Χ χτυπά τον αισθητήρα, προκαλεί μια μικρή αύξηση της θερμοκρασίας και της αντίστασης, η οποία είναι ανάλογη με την ενέργεια του φωτονίου. Η ευαισθησία των αισθητήρων μείωσε την αβεβαιότητα των μετρήσεων στο ένα τρίτο έως ένα όγδοο σε σύγκριση με προηγούμενες μεθόδους.
Ακριβέστερες αναλύσεις ισοτόπων για πυρηνική ασφάλεια
Αφαιρώντας με ακρίβεια την παρεμβαλλόμενη ακτινοβολία ακτίνων Χ, οι ανιχνευτές μπορούν να προσδιορίσουν καλύτερα τις αναλογίες ισοτόπων. Η μέτρηση αυτή είναι κρίσιμη, καθώς υποδεικνύει αν ένα υλικό προορίζεται για παραγωγή ενέργειας ή για κατασκευή όπλων, όπως στην περίπτωση του εμπλουτισμού του ουρανίου-235. Επιπλέον, οι ταχύτερες αξιολογήσεις της σύνθεσης του καυσίμου μπορούν να μειώσουν τους χρόνους αναμονής μεταξύ των σταδίων επεξεργασίας στους πυρηνικούς σταθμούς, αυξάνοντας την αποδοτικότητα.
Εφαρμογές και σμίκρυνση εξοπλισμού
Οι αισθητήρες TES έχουν ήδη εγκατασταθεί σε εργαστήρια του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ, καθώς και σε ερευνητικά κέντρα όπως το SLAC, το CERN και το Argonne National Laboratory. Παράλληλα, το NIST συνεργάζεται με ιδιωτικές εταιρείες για τη σμίκρυνση, την απλοποίηση και τη μείωση του κόστους των συστημάτων ψύξης, διευκολύνοντας την ευρύτερη χρήση τους.