اندازه‌گیری دقیق رادیواکتیویته در نمونه‌های بسیار کوچک با روش جدید NIST

یک روش جدید ابداع‌شده در موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا می‌تواند یک واپاشی رادیواکتیو را به‌صورت تکی تشخیص داده و همزمان نوع اتم‌هایی که در حال واپاشی هستند را شناسایی کند. این پیشرفت می‌تواند به بهبود درمان‌های سرطان، بازفرآوری سوخت هسته‌ای برای راکتورهای پیشرفته و دیگر حوزه‌ها کمک کند. زمانی که این فناوری به‌طور کامل اجرایی شود، انجام وظایفی را که پیش از این ماه‌ها زمان می‌برد، در عرض چند روز ممکن می‌سازد.

شکل- نمایی نزدیک از یک برد حسگر فوق‌رسانا که شامل چندین حسگر لبه‌گذار (ردیف بالایی مربع‌ها) است؛ این حسگرها انرژی آزادشده از رویدادهای واپاشی رادیواکتیو را تشخیص می‌دهند.
پژوهشگران مؤسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) روش جدید و سریعتری را برای شناسایی و اندازه‌گیری رادیواکتیویته در مقادیر بسیار کوچکی از مواد رادیواکتیو ارائه داده‌اند. این روش نوآورانه، که با عنوان طیف‌سنجی انرژی واپاشی در دمای پایین (DES) شناخته می‌شود، می‌تواند تأثیرات گسترده‌ای داشته باشد؛ از بهبود درمان سرطان گرفته تا ایمن‌سازی فرآیند پاک‌سازی پسماندهای هسته‌ای.
کلید این فناوری نوین، حسگر لبه‌گذار (TES) است؛ یک ابزار پیشرفته فناورانه که به‌طور گسترده برای اندازه‌گیری مشخصه‌های تابشی به‌کار می‌رود. TES توانایی ایجاد انقلاب در ثبت تک‌رویدادهای واپاشی رادیواکتیو دارد؛ رویدادهایی که در آن یک اتم ناپایدار یک یا چند ذره آزاد می‌کند. با گردآوری داده‌ها از تعداد زیادی از این واپاشی‌های منفرد، پژوهشگران می‌توانند تشخیص دهند که کدام اتم‌های ناپایدار (که به آن‌ها رادیونوکلئید گفته می‌شود) این رویدادها را ایجاد کرده‌اند.
TES بسیار پیشرفته‌تر از دستگاه‌های آشنایی مثل شمارش‌گر گایگر یا سایر آشکارسازهایی است که امروزه استفاده می‌شوند. این وسیله به‌جای این‌که فقط با کلیک کردن وجود تابش را نشان دهد یا یک نشانه مبهم از انرژی واپاشی ارائه بدهد، یک اثر انگشت دقیق از چیزی که وجود دارد در اختیار ما می‌گذارد. TES در دماهای بسیار پایین، نزدیک به صفر مطلق، عمل می‌کند. زمانی که واپاشی رادیواکتیو در یک نمونه اتفاق می‌افتد، انرژی آزادشده توسط TES جذب می‌شود. این انرژی جذب‌شده باعث یک تغییر بسیار جزیی در مقاومت الکتریکی TES می‌شود. پژوهشگران این تغییر مقاومت را با دقت اندازه‌گیری می‌کنند که یک «اثر انگشت انرژی» با وضوح بالا از رویداد واپاشی به دست می‌دهد. با تحلیل دقیق طیف انرژی حاصل از رویدادهای متعدد، پژوهشگران می‌توانند اتم رادیواکتیوی را که در حال واپاشی است، شناسایی کنند. این کار از این رو امکان‌پذیر است که اتم‌های رادیواکتیو مختلف، هنگام واپاشی، امضای انرژی منحصربه‌فردی آزاد می‌کنند.
روش‌های قبلی یا در اندازه‌گیری مقدار رادیواکتیویته خوب بودند یا در شناسایی نوع اتم‌های رادیواکتیو موجود — اما نه هر دو با هم. پیش از این برای مشخصه‌بندی‌کردن کامل یک نمونه، معمولاً باید از چندین روش مختلف استفاده می‌شد. در مقابل، روش DES هم عناصر رادیواکتیو را شناسایی می‌کند و هم میزان رادیواکتیویته آن‌ها را اندازه‌گیری می‌کند.
تشخیص و اندازه‌گیری سریع
وقتی پژوهشگران با یک بشکه پر از مایع رادیواکتیو مواجه می‌شوند، باید ماهیت این ماده ناشناخته را مشخص کرده و مقدار رادیونوکلئیدهای موجود را اندازه‌گیری کنند تا بتوانند آن را به‌طور ایمن دفع کنند. در حالت عادی، این فرآیند ممکن است ماه‌ها طول بکشد، اما حسگر لبه‌گذار می‌تواند این زمان را به‌طور چشم‌گیری کاهش دهد. به‌جای این که ماه‌ها منتظر نتایج بمانیم، اکنون می‌توانیم تنها از یک نمونه بسیار کوچک، در عرض چند روز یک پروفایل کامل از رادیواکتیویته به دست آوریم.
به صورت سنتی، اندازه‌گیری رادیواکتیویته نیازمند روش‌های متعدد و مراحل پیچیده‌ای بود که از مواد اضافی‌ای به نام ردیاب‌ها یا کالیبرانت‌ها استفاده می‌کردند. با این حال، روش جدید یک رویکرد ساده‌شده ارائه می‌دهد که امکان اندازه‌گیری دقیق حتی از نمونه‌های بسیار کوچک را بدون نیاز به این مواد اضافی فراهم می‌کند. این امر به دانشمندان اجازه می‌دهد تا مواد رادیواکتیوی را که بر سلامت و ایمنی عمومی تأثیر دارند، بهتر پایش، استفاده و محافظت کنند.
دقت جوهرافشان در تحلیل رادیواکتیویته
در روش خود، پژوهشگران از یک دستگاه جوهرافشان تخصصی استفاده می‌کنند تا مقدارهای بسیار کوچکی، کمتر از یک میلیونیم گرم، از محلول رادیواکتیو را با دقت روی فویل‌های نازک طلا بریزند. سطح این فویل‌های طلا دارای سوراخ‌های بسیار ریز با اندازه‌ای در حد میلیاردیم متر است. این نانوحفره‌ها به جذب قطرات بسیار کوچک محلول رادیواکتیو کمک می‌کنند. با اندازه‌گیری دقیق جرم محلولی که توسط جوهرافشان ریخته شده و سپس اندازه‌گیری رادیواکتیویته نمونه خشک‌شده روی فویل‌های طلا، پژوهشگران می‌توانند رادیواکتیویته به ازای واحد جرم یا همان «فعالیت جرمی» نمونه را محاسبه کنند. این روش جوهرافشان به آن‌ها اجازه می‌دهد که با مقدارهای بسیار ناچیز از ماده رادیواکتیو کار کنند و همچنان اندازه‌گیری دقیقی از رادیواکتیویته آن به‌دست آورند. کاربردهای بالقوه این روش گسترده هستند. در پزشکی، این فناوری می‌تواند به اطمینان از خلوص و قدرت داروهای رادیواکتیوی مورد استفاده در درمان سرطان کمک کند. در حوزه انرژی هسته‌ای، این فناوری می‌تواند ترکیب رادیواکتیو سوخت‌های بازفرآوری‌شده را به‌سرعت شناسایی کرده و توسعه راکتورهای پیشرفته جدید را تسریع کند.
TrueBq: بازتعریف اندازه‌گیری رادیواکتیویته
پژوهشی که به‌تازگی گزارش شده، نخستین گام در تلاش گسترده‌تری به نام پروژه True Becquerel (TrueBq) است که هدف آن تغییر شیوه پایش و توصیف رادیواکتیویته است. نام این پروژه از واحد اندازه‌گیری واپاشی رادیواکتیو گرفته شده است؛ به افتخار فیزیکدان فرانسوی «هانری بکرل» که رادیواکتیویته را کشف کرد. پروژه گسترده‌تر TrueBq در پی آن است که یک سیستم اندازه‌گیری جامع‌تر توسعه دهد که بتواند طیف وسیعی از مواد رادیواکتیو (از جمله ترکیب‌های پیچیده) را پوشش دهد. این پروژه، یک سیستم توزین بسیار دقیق را با دستگاه TES ادغام خواهد کرد تا فعالیت جرمی مواد رادیواکتیو را با دقتی بی‌سابقه اندازه‌گیری کند. این رویکرد جدید، نسبت به روش‌های سنتی که اغلب شامل چندین روش، فرآیندهای شیمیایی و استفاده از ردیاب‌ها و استانداردهای شیمیایی بودند، یک پیشرفت قابل‌توجه به‌شمار می‌رود. با ساده‌سازی فرآیند اندازه‌گیری، انتظار می‌رود که TrueBq زمان موردنیاز برای تحلیل را کاهش دهد و در عین حال درستی را افزایش دهد. نوآوری‌های توسعه‌یافته از طریق پروژه TrueBq می‌تواند توانایی NIST را در ارائه خدمات مؤثر به مشتریانش بهبود ببخشد. NIST مجموعه‌ای از خدمات اندازه‌گیری متمرکز بر مشتری، از جمله کالیبراسیون، مواد مرجع استاندارد (SRM)ها، و آزمون‌های مهارت را ارائه می‌دهد. همه این خدمات می‌توانند از فرآیند ساده‌شده، اطلاعات بیشتر و کاهش عدم‌قطعیت‌هایی که فناوری TrueBq فراهم می‌کند، بهره‌مند شوند. اگرچه تمرکز فعلی TrueBq بر بهبود اندازه‌گیری‌ها در خود NIST است، اما پژوهشگران اهداف بلندمدتی برای این فناوری دارند. در آینده، آن‌ها امیدوارند نسخه‌هایی قابل‌حمل‌تر و کاربرپسندتر از این سیستم را توسعه دهند که بتوانند در خارج از NIST و در کاربردهای حیاتی مانند پزشکی، پاک‌سازی زیست‌محیطی و مدیریت پسماند هسته‌ای به‌کار گرفته شوند.

تهیه کننده: خانم پریسا سادات حسینیان، کارشناس مرکز اندازه شناسی، اوزان و مقیاسها
( لینک اصلی خبر)
https://snn.ir/fa/news/1282465/%D8%AD%D8%B3%DA%AF%D8%B1-%D8%A8%D8%B1%D9%88%D8%AF%D8%AA%DB%8C-%D9%85%DB%8C%E2%80%8C%D8%AA%D9%88%D8%A7%D9%86%D8%AF-%D8%A7%DB%8C%D9%85%D9%86%DB%8C-%D9%88-%D9%85%D8%B1%D8%A7%D9%82%D8%A8%D8%AA-%D9%87%D8%B3%D8%AA%D9%87%E2%80%8C%D8%A7%DB%8C-%D8%B1%D8%A7-%D9%85%D8%AA%D8%AD%D9%88%D9%84-%DA%A9%D9%86%D8%AF

آرشیو اخبار

خانه |

بازگشت |

حريم خصوصي كاربران |

اجرا با : پورتال سازمانی سیگما

Guest (insoguest)