Materiales avanzados<\/em><\/a>el equipo demuestra que el mismo concepto se puede ampliar a una nueva aplicaci\u00f3n: la detecci\u00f3n de rayos gamma emitidos por la desintegraci\u00f3n radiactiva de materiales nucleares.<\/p>\n\"Nuestro enfoque implica materiales y mecanismos muy diferentes a los de los detectores utilizados actualmente, con beneficios potencialmente enormes en t\u00e9rminos de costo reducido, capacidad de operar en condiciones dif\u00edciles y procesamiento simplificado\", dice Harry L. Tuller, profesor de Cer\u00e1mica de RP Simmons. y Materiales Electr\u00f3nicos en el Departamento de Ciencia e Ingenier\u00eda de Materiales (DMSE) del MIT.<\/p>\n
Tuller lidera el trabajo con colaboradores clave Jennifer LM Rupp, ex profesora asociada de ciencia e ingenier\u00eda de materiales en el MIT que ahora es profesora de materiales electroqu\u00edmicos en la Universidad T\u00e9cnica de Munich en Alemania, y Ju Li, profesora de Ingenier\u00eda Nuclear e Ingenier\u00eda Nuclear de Battelle Energy Alliance. Profesor de ciencia e ingenier\u00eda de materiales. Todos tambi\u00e9n est\u00e1n afiliados al Laboratorio de Investigaci\u00f3n de Materiales del MIT.<\/p>\n
\u201cDespu\u00e9s de aprender el Materiales de la naturaleza<\/em> trabajo, me di cuenta de que el mismo principio subyacente deber\u00eda funcionar para la detecci\u00f3n de rayos gamma; de hecho, puede funcionar incluso mejor que la luz (UV) porque los rayos gamma son m\u00e1s penetrantes, y propuse algunos experimentos a Harry y Jennifer\u201d, dice Li.<\/p>\nDice Rupp: \"El empleo de rayos gamma de menor alcance nos permite extender el efecto optoi\u00f3nico a radioi\u00f3nico modulando los portadores i\u00f3nicos y los defectos en las interfaces de los materiales mediante los electr\u00f3nicos fotogenerados\".<\/p>\n
Otros autores del Materiales avanzados<\/em> El art\u00edculo es el primer autor Thomas Defferriere, postdoctorado en DMSE, y Ahmed Sami Helal, postdoctorado en el Departamento de Ciencia e Ingenier\u00eda Nuclear del MIT.<\/p>\nModificando barreras<\/strong><\/p>\nLa carga se puede transportar a trav\u00e9s de un material de diferentes maneras. Estamos m\u00e1s familiarizados con la carga que transportan los electrones que ayudan a formar un \u00e1tomo. Las aplicaciones comunes incluyen c\u00e9lulas solares. Pero hay muchos dispositivos, como las pilas de combustible y las bater\u00edas de litio, que dependen del movimiento de los \u00e1tomos cargados, o iones, en lugar de s\u00f3lo de sus electrones.<\/p>\n
Los materiales detr\u00e1s de las aplicaciones basadas en el movimiento de iones, conocidos como electrolitos s\u00f3lidos, son las cer\u00e1micas. La cer\u00e1mica, a su vez, est\u00e1 compuesta de peque\u00f1os granos cristalitos que se compactan y se cuecen a altas temperaturas para formar una estructura densa. El problema es que los iones que viajan a trav\u00e9s del material a menudo se encuentran bloqueados en los l\u00edmites entre los granos.<\/p>\n
En su art\u00edculo de 2022, el equipo del MIT demostr\u00f3 que la luz ultravioleta (UV) que incide sobre un electrolito s\u00f3lido provoca esencialmente perturbaciones electr\u00f3nicas en los l\u00edmites de los granos que, en \u00faltima instancia, reducen la barrera que encuentran los iones en esos l\u00edmites. El resultado: \"Pudimos mejorar el flujo de iones en un factor de tres\", dice Tuller, lo que result\u00f3 en un sistema mucho m\u00e1s eficiente.<\/p>\n
Gran potencial<\/strong><\/p>\nEn ese momento, el equipo estaba entusiasmado con el potencial de aplicar lo que hab\u00edan descubierto a diferentes sistemas. En el trabajo de 2022, el equipo utiliz\u00f3 luz ultravioleta, que se absorbe r\u00e1pidamente muy cerca de la superficie de un material. Como resultado, esa t\u00e9cnica espec\u00edfica s\u00f3lo es efectiva en pel\u00edculas delgadas de materiales. (Afortunadamente, muchas aplicaciones de electrolitos s\u00f3lidos implican pel\u00edculas delgadas).<\/p>\n
Se puede pensar en la luz como part\u00edculas (fotones) con diferentes longitudes de onda y energ\u00edas. Estos van desde ondas de radio de muy baja energ\u00eda hasta rayos gamma de muy alta energ\u00eda emitidos por la desintegraci\u00f3n radiactiva de los materiales nucleares. La luz visible (y la luz ultravioleta) son de energ\u00edas intermedias y se sit\u00faan entre los dos extremos.<\/p>\n
La t\u00e9cnica del MIT informada en 2022 funcionaba con luz ultravioleta. \u00bfFuncionar\u00eda con otras longitudes de onda de luz, abriendo potencialmente nuevas aplicaciones? S\u00ed, el equipo lo encontr\u00f3. En el art\u00edculo actual muestran que los rayos gamma tambi\u00e9n modifican los l\u00edmites de los granos, lo que da como resultado un flujo de iones m\u00e1s r\u00e1pido que, a su vez, puede detectarse f\u00e1cilmente. Y como los rayos gamma de alta energ\u00eda penetran mucho m\u00e1s profundamente que la luz ultravioleta, \"esto ampl\u00eda el trabajo, adem\u00e1s de las pel\u00edculas delgadas, a cer\u00e1micas a granel econ\u00f3micas\", afirma Tuller. Tambi\u00e9n permite una nueva aplicaci\u00f3n: un enfoque alternativo para detectar materiales nucleares.<\/p>\n
Los detectores de radiaci\u00f3n de \u00faltima generaci\u00f3n actuales dependen de un mecanismo completamente diferente al identificado en el trabajo del MIT. Se basan en se\u00f1ales derivadas de electrones y sus contrapartes, los huecos, en lugar de iones. Pero estos portadores de carga electr\u00f3nica deben moverse distancias comparativamente grandes hasta los electrodos que los \"capturan\" para crear una se\u00f1al. Y en el camino, pueden perderse f\u00e1cilmente al chocar, por ejemplo, con imperfecciones en un material. Es por eso que los detectores actuales est\u00e1n fabricados con monocristales de material extremadamente puro que permiten un camino sin obst\u00e1culos. Pueden fabricarse \u00fanicamente con ciertos materiales y son dif\u00edciles de procesar, lo que los hace costosos y dif\u00edciles de escalar para convertirlos en dispositivos grandes.<\/p>\n
Usando imperfecciones<\/strong><\/p>\nPor el contrario, la nueva t\u00e9cnica funciona debido a las imperfecciones (granos) del material. \"La diferencia es que dependemos de que las corrientes i\u00f3nicas se modulen en los l\u00edmites de los granos, frente a la tecnolog\u00eda m\u00e1s avanzada que se basa en recolectar portadores electr\u00f3nicos desde largas distancias\", dice Defferriere.<\/p>\n
Dice Rupp: \"Es notable que los 'granos' a granel de los materiales cer\u00e1micos probados revelaran altas estabilidades de la qu\u00edmica y la estructura frente a los rayos gamma, y \u200b\u200b\u00fanicamente las regiones l\u00edmite de los granos reaccionaron en la redistribuci\u00f3n de carga de los portadores y defectos mayoritarios y minoritarios\".<\/p>\n
Comenta Li: \u201cEste efecto de radiaci\u00f3n i\u00f3nica es distinto de los mecanismos convencionales para la detecci\u00f3n de radiaci\u00f3n donde se recolectan electrones o fotones. Aqu\u00ed se recoge la corriente i\u00f3nica\u201d.<\/p>\n
Igor Lubomirsky, profesor del Departamento de Materiales e Interfaces del Instituto Weizmann de Ciencias de Israel, que no particip\u00f3 en el trabajo actual, dice: \"El enfoque seguido por el grupo del MIT al utilizar conductores de iones de ox\u00edgeno policristalinos me pareci\u00f3 muy fruct\u00edfero\". dada la promesa (de los materiales) de proporcionar un funcionamiento fiable bajo irradiaci\u00f3n en las duras condiciones que se esperan en los reactores nucleares, donde dichos detectores a menudo sufren fatiga y envejecimiento. (Ellos tambi\u00e9n) se benefician de costos de fabricaci\u00f3n muy reducidos\u201d.<\/p>\n
Como resultado, los ingenieros del MIT tienen la esperanza de que su trabajo pueda dar como resultado detectores nuevos y menos costosos. Por ejemplo, imaginan camiones cargados con carga de buques portacontenedores atravesando una estructura que tiene detectores en ambos lados cuando salen de un puerto. \"Lo ideal ser\u00eda tener una serie de detectores o un detector muy grande, y ah\u00ed es donde (los detectores actuales) realmente no escalan muy bien\", dice Tuller.<\/p>\n
Otra posible aplicaci\u00f3n implica el acceso a la energ\u00eda geot\u00e9rmica, o el calor extremo bajo nuestros pies, que se est\u00e1 explorando como una alternativa libre de carbono a los combustibles f\u00f3siles. Los sensores cer\u00e1micos en los extremos de las brocas podr\u00edan detectar bolsas de calor (radiaci\u00f3n) hacia las cuales perforar. La cer\u00e1mica puede soportar f\u00e1cilmente temperaturas extremas de m\u00e1s de 800 grados Fahrenheit y las presiones extremas que se encuentran en las profundidades de la superficie de la Tierra.<\/p>\n
El equipo est\u00e1 entusiasmado con aplicaciones adicionales para su trabajo. \"Esta fue una demostraci\u00f3n de principios con un solo material\", dice Tuller, \"pero hay miles de otros materiales buenos para conducir iones\".<\/p>\n
Concluye Defferriere: \"Es el comienzo de un viaje hacia el desarrollo de la tecnolog\u00eda, por lo que hay mucho por hacer y mucho por descubrir\".<\/p>\n
Este trabajo cuenta actualmente con el apoyo de la Oficina de Lucha contra las Armas de Destrucci\u00f3n Masiva del Departamento de Seguridad Nacional de EE. UU. Este apoyo no constituye un respaldo expreso o impl\u00edcito por parte del gobierno. Tambi\u00e9n fue financiado por la Agencia de Reducci\u00f3n de Amenazas de Defensa de Estados Unidos.<\/p>\n<\/p><\/div>\n
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