Дозиметры (детекторы радиации) фиксируют частицы, которые выделяются при распаде радиоактивных элементов. Прибор «собирает» информацию о том, сколько ионизирующего излучения прошло через него за определенное время. Когда частицы излучения попадают на датчик дозиметра, он аккумулирует их воздействие. Если общее воздействие достигает опасного уровня, прибор может предупредить пользователя.
Такие инструменты эффективны на расстоянии до нескольких десятков метров, но их возможности ограничены. Для проверки подозрительных объектов — например, контейнеров в портах или грузовиков на границе — инспекторам приходится приближаться к потенциальной угрозе. Это создает риски для жизни и замедляет процесс.
Новый метод, разработанный командой американского физика Говарда Милчберга (Howard Milchberg) из Мэрилендского университета, предполагает использования лазеров вместо традиционных сенсоров. Физики десятилетиями экспериментировали с лазерным оборудованием в обнаружении радиации и только сейчас добились прогресса.
Статья по теме: Физики превратили свет в квантовую «сверхтвердую» материю
Милчберг и его коллеги провели эксперимент с изотопом полония — полоний-210. Этот изотоп обладает рядом особенностей. Например, высокой радиоактивностью: активно испускает альфа-частицы, что делает его чрезвычайно эффективным источником ионизирующего излучения. Благодаря своим свойствам полоний-210 используется в устройствах для устранения статического электричества, а также может служить источником тепла в ядерных батареях.
В своих опытах ученые использовали лазер, работающий в инфракрасном диапазоне. Физики направили лазерные импульсы на образец полония-210. Излучение взаимодействовало с электронами, которые выбивались из молекул воздуха под действием радиации.
Лазерные импульсы передавали электронам дополнительную энергию, что запустило цепную реакцию: заряженные частицы сталкивались с другими молекулами, выбивая новые электроны. В результате вокруг радиоактивного образца возникала вспышка плазмы — яркого облака ионизированного газа.
Статья по теме: Из мыльных пузырей сделали крошечные лазеры
Специальные датчики фиксировали, как пучки лазерного излучения рассеиваются на плазме. Анализируя интенсивность и время появления вспышки, исследователи определяли наличие радиации.
Научная группа успешно протестировала метод на расстоянии 10 метров, используя мощный лазер в Брукхейвенской национальной лаборатории (США). Дополнительные тесты с более компактным лазером на 30-метровой дистанции также подтвердили работоспособность метода. Основываясь на расчетах, исследователи считают, что дальность можно увеличить до 100 метров, что в 10 раз превышает показатели предыдущих экспериментов. Сейчас ученые проводят опыты на этой дистанции.
Несмотря на перспективность технологии, лазеры, которые использовались в эксперименте слишком громоздкие для практического применения, поэтому их работа ограничивается лабораторными условиями. Но американские физики уже работают над портативными версиями.
Статья по теме: Физики разрешили парадокс Эйнштейна «о зеркалах»
Другой важный аспект — метод эффективен для точечной проверки подозрительных объектов. Однако в реальных условиях радиоактивные материалы часто экранируют свинцом или бетоном. Это может изменить тип частиц в воздухе, поэтому нужны испытания с разными радиоактивными материалами, а не только с полонием-210.
Лазерный детектор радиации пока остается лабораторной разработкой. Но если ученые преодолеют технические сложности, такие лазеры можно будет применять для дистанционного поиска радиоактивных веществ в потенциально опасных зонах, например, на границах, в зонах конфликтов или при ликвидации последствий радиационных аварий.
Научная работа команды Милчберга в скором времени будет опубликована в журнале Physical Review Applied.