Un equipo de investigadores de EPFL y sus colaboradores desarrolló un detector de neutrones simple y barato. Los investigadores dicen que el dispositivo, que se basa en una clase especial de compuestos cristalinos llamados perovskitas, podría usarse para detectar rápidamente neutrones provenientes de materiales radiactivos, como un reactor nuclear dañado o transportado de manera infame. El trabajo fue publicado en Informes científicos.

Las perovskitas basadas en elementos tanto orgánicos como inorgánicos tienden a ser materiales de éxito mundial para aplicaciones de células solares. Pero sus talentos no terminan en convertir la luz solar en energía: la perovskita también se puede utilizar para detectar ciertos tipos de radiación, desde la luz visible hasta gama rayos. La perovskita también es económica y fácil de hacer: su estructura cristalina especial y su estructura le permiten interactuar de manera muy eficiente con los fotones de formas que aún no se comprenden completamente, pero los electrones generados ya están listos para ser explotados para aplicaciones prácticas.

neutrón de perovskita detector Se basa en el trabajo del autor principal Pavao Andričević (ahora investigador postdoctoral en física en la Universidad Técnica de Dinamarca) que hizo durante su doctorado. Estudios en EPFL con László Forró (ahora en la Universidad de Notre Dame, Estados Unidos). Desarrollaron materiales de perovskita que pueden detectar una amplia gama de radiación, desde luz visible hasta rayos gamma. Pero los neutrones, partículas neutras, no fotones, permanecieron fuera del alcance de los detectores de perovskita. hasta ahora.

Las perovskitas desarrolladas por Andricevic y el equipo de Forró son monocristales que contienen plomo y bromo de un compuesto llamado tribromuro de metilamonio y plomo. Para tratar de detectar neutrones directamente, el equipo primero colocó estos cristales en el camino de una fuente de neutrones. Esto se hizo con la ayuda de Gabor Navradi (Laboratorio Rutherford Appleton, Reino Unido) y el equipo de Andreas Bautz (Laboratorio de Física de Reactores, EPFL). Los neutrones, al golpear los cristales, penetran en los núcleos de los átomos dentro del cristal, excitándolos en un estado de mayor energía. Cuando descansan y se descomponen, rayos gamma son producidos. Los fotones gamma cargan estas perovskitas, produciendo una corriente pequeña y medible.

Pero esta corriente era tan pequeña que el equipo se dio cuenta de que se necesitaba algo adicional si querían hacer un detector de neutrones que funcionara. Este trozo extra se ha encontrado en una fina oblea de gadolinio metálico, que es mucho mejor para absorber neutrones que un cristal de perovskita desnudo. Cuando los neutrones interactúan con los átomos de gadolinio, se excitan en un estado de mayor energía y luego se desintegran y emiten rayos gamma.

El gadolinio es más eficiente para crear fotones gamma que la perovskita, que ya se ha desarrollado como un gran detector de rayos gamma. Combinar los dos fue muy simple y efectivo; Los investigadores agregaron un electrodo de carbono y los electrones resultantes en la perovskita fueron fáciles de medir. “Simplemente colocas un voltímetro o un amperímetro”, dice Foro.

Para mejorar aún más el detector, el equipo desarrolló perovskita cristal alrededor de la lámina. Esta perovskita en particular es notable porque su estructura cristalina no se ve afectada si tiene un cuerpo extraño en su interior. “La propiedad de esta sustancia es que puede tragar cualquier cosa, desde una mosca hasta un caimán, pasando por gadolinio”, dice el químico del equipo Marton Kollar. “Así que crece alrededor del cuerpo, e incluso cuando crece a su alrededor, permanece amorfo. Así que esa es una característica realmente interesante de este material”.

Un beneficio adicional del dispositivo es que puede medir la dirección neutrón FLUJO, FLUJO DE VOLUMEN: un dispositivo de escaneo puede ser realmente útil si lo utiliza una empresa comercial.

“Es simple, barato y rentable”, dice Forró. Ahora que el equipo ha demostrado que el dispositivo funciona, el siguiente paso es la optimización y la comercialización potencial. “Esto es una prueba de principio, funciona”, dice Forró. “Ahora podemos pensar en configurar un detector muy eficiente”.