Új sugárzásmérő anyagot fejlesztettek magyar tudósok

A debreceni ELKH Atommagkutató Intézet (ATOMKI) és a Szegedi Tudományegyetem (SZTE) kutatói a perovszkitokat felhasználva hoztak létre radioaktív sugárzás mérésére alkalmas anyagokat. 

Az újfajta ásványokkal a mérési pontosság megtartása mellett miniatürizált detektorokat lehet kifejleszteni, többek között az űrkutatás, az atomerőművek és a fúziós reaktorok speciális mérési feladatai számára. Kutatási eredményeiket a rangos Advanced Functional Materials tudományos szakfolyóirat közölte, és nemzetközi szabadalmi beadvány is készült róla. A tudósok terve a hagyományos szcintillációs detektorokkal versenyképes eszközök kifejlesztése.

Az élet természetes része a radioaktív sugárzás, amelyet azonban érzékszerveinkkel nem érzékelünk. A radioaktivitás jelenségét 1896-ban fedezték fel. A sugárzások detektálására már a kutatások korai szakaszában előszeretettel használtak úgynevezett szcintillátoranyagokat, amelyek a beérkező részecskékre fényfelvillanással válaszolnak. Az első észlelések még elsötétített szobában, szabad szemmel történtek. A tudósok izgatottan figyelték és számlálták a szcintillátoranyaggal bevont ernyőn felvillanó gyenge fényjeleket.

Napjainkban is széles körben alkalmaznak szcintillációs detektorokat egyszerűségüknek és nagy időmérési pontosságuknak köszönhetően. Ehhez megfelelő anyagból átlátszó egykristályokat növesztenek, amelyek mérete az adott igényhez igazítva változhat a millimétertől akár a deciméterekig. A kristályban történő felvillanásokat a köré helyezett fényérzékelő elektronikai egységek figyelik. A begyűjtött jelek alakjából következtetni lehet a detektált részecske fajtájára, nagyságából pedig a részecske energiájára. Minél nagyobb a kristály, annál pontosabb információt nyújt a rajta áthaladó vagy benne elnyelődő részecskékről.

Bizonyos alkalmazások esetén azonban pont arra lenne szükség, hogy a szcintillátoranyagból egészen apró detektort lehessen készíteni. Az ATOMKI és az SZTE kutatói ezért vizsgálták a napjainkban nagy érdeklődés övezte kristályos anyag, a perovszkit tulajdonságait. 

Az izgalmas perovszkit

A perovszkit szó nem egyetlen ásványt jelöl, hanem egy meghatározott szerkezettel bíró, négyszáznál több taggal rendelkező ásványcsaládot. Ezek közül a magyar kutatók a rézalapú CsCu2X3 és Cs3Cu2X5 (ahol az X lehet klorid-, bromid- vagy jodidion) perovszkitok szcintillációs tulajdonságait tanulmányozva jutottak biztató eredményekre. 

A kutatómunka során az SZTE szakemberei a fenti rézalapú perovszkitokból egy általuk kifejlesztett rétegkészítési eljárással vékonyrétegeket állítottak elő. Az elkészült vékonyréteg vastagsága a hajszáléval összemérhető, felülete viszont bármekkora lehet. Az ATOMKI kutatói megvizsgálták, hogy az előállított rétegekben különféle fajtájú és energiájú részecskesugárzások hatására milyen fénykibocsátás történik. Külön vizsgálat tárgya volt, hogy a perovszkit vékonyréteg hogyan tudja elviselni az extrém körülményeket és a réteget érő intenzív részecskezáport. A kisméretű detektoroknak ugyanis hőmérséklet és nyomás terén is bírniuk kell mind a nagyon alacsony (világűr), mind a nagyon magas (reaktorok belseje) értékeket. Az idő előrehaladtával a detektor érzékenysége és hatásfoka nem csökkenhet jelentősen az addig detektált részecskék károsító hatása miatt.

A vizsgálatok eredményei szerint a vékonyrétegű perovszkitok alkalmasak töltött részecskék detektálására, ugyanakkor érzéketlenek a gamma-sugárzással szemben, ami bizonyos mérési körülmények között kifejezetten előnyös. A kutatók bíznak abban, hogy a szcintillátorként korábban még nem alkalmazott anyag új szerepében kiválóan teljesít majd, és megfelelhet az űrkutatás, az atomerőművek vagy akár a fúziós reaktorok szigorú követelményeinek, továbbá hasznosnak bizonyul a környezeti sugárbiztonság területén is. Használatára főként ott lehet szükség, ahol mikroszkopikus mennyiségű radioaktív anyag megbízható azonosítására van szükség a zavaró háttérsugárzások tengerében – írja az ELKH.