🟠حسگرهای کوانتومی ساختِ NIST پایش هسته‌ای را بهبود می‌دهند

🔹پژوهشگران در مؤسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) با همکاری چندین مرکز دانشگاهی و آزمایشگاهی، با بهره‌گیری از #حسگرهای_کوانتومی فوق‌حساس، موفق به اندازه‌گیری پرتوهای ایکس گسیل‌شده از عناصر رادیواکتیو شامل پلوتونیوم، اورانیوم و نپتونیوم با دقتی بی‌سابقه شده‌اند.

🔸در حوزه #پایش_هسته‌ای و نظارت بر تأسیسات اتمی و پادمان‌های بین‌المللی (Nuclear Safeguards - قوانین و نظارت‌های جهانی برای جلوگیری از انحراف مواد هسته‌ای به سمت سلاح)، دانشمندان معمولاً به امضای پرتوهای گاما (فوتون‌های پرانرژی ناشی از فرآیندهای درون‌هسته‌ای) متکی هستند. با این حال، تداخل و هم‌پوشانی انرژی پرتوهای ایکس با پرتوهای گاما مانند یک نویز یا سیگنال گمراه‌کننده پس‌زمینه عمل می‌کرد و ارزیابی دقیق میزان و نوع مواد را دشوار می‌ساخت؛ اما پژوهش اخیر امکان تفکیک و کسر دقیق این پرتوهای مزاحم را فراهم کرده است.

🎖فناوری کلیدی به‌کاررفته در این دستاورد، آرایه‌ای از حدود ۲۵۰ حسگر لبه گذار (Transition Edge Sensors - TES؛ نوعی دماسنج مینیاتوری فوق‌حساس مبتنی بر فیزیک حالت جامد) است. این حسگرها از یک لایه نازک #ابررسانا تشکیل شده‌اند که در دمایی برابر با کسر ناچیزی بالاتر از صفر مطلق نگه‌داری می‌شود؛ یعنی دقیقاً در ناحیه گذار فاز بین حالت ابررسانایی و حالت فلز معمولی با مقاومت الکتریکی معین.

🔹هنگامی که یک تک‌فوتون پرتو ایکس یا گاما به این حسگر برخورد می‌کند، حرارت بسیار اندکی به آن منتقل می‌کند که همین گرما بلافاصله مقاومت الکتریکی لایه را به شدت افزایش می‌دهد. از آنجا که این تغییر مقاومت مستقیماً با انرژی فوتون متناسب است، این حسگرها می‌توانند *طیف‌سنجی پرتوها را با تفکیک‌پذیری بسیار بالا* انجام دهند؛ قابلیتی که عدم قطعیت اندازه‌گیری انرژی پرتوهای ایکس را بسته به شرایط، به میزان یک‌سوم تا یک‌هشتم نسبت به روش‌های پیشین کاهش داده است.

🔸این افزایش دقت در تفکیک پرتوها، شناسایی و سنجش نسبت ایزوتوپ‌ها را بسیار دقیق‌تر و سریع‌تر می‌سازد؛ عاملی که نقشی حیاتی در تعیین کاربرد مواد، از جمله تمایز بین سوخت نیروگاهی و مواد با درجه تسلیحاتی (Weapons-grade material - مانند #اورانیوم غنی‌شده بالای ۹۰ درصد) دارد. علاوه بر این، ارزیابی سریع‌تر ترکیب سوخت در طول فرآیند شکافت هسته‌ای می‌تواند زمان‌های توقف و ارزیابی مکرر در چرخه‌های تولید برق هسته‌ای را به حداقل برساند و بهره‌وری اقتصادی نیروگاه‌ها را به طور چشمگیری ارتقا دهد.

🔹هرچند این حسگرها به تجهیزات کرایوژنیک حجیم برای رسیدن به نزدیکی صفر مطلق نیاز دارند و قابل حمل دستی نیستند، اما می‌توان آن‌ها را در آزمایشگاه‌های مستقر در تأسیسات نصب کرد یا نمونه‌های مواد رادیواکتیو را برای آنالیز دقیق آزمایشگاهی به محل استقرار این دستگاه‌ها ارسال نمود.

🔸دانشمندان NIST در چارچوب یک همکاری مشترک با آزمایشگاه ملی لوس‌آلاموس (از مراکز پیشرو در پژوهش‌های دفاعی و هسته‌ای آمریکا)، این آشکارسازهای لبه گذار ( TES) را در سه آزمایشگاه وابسته به وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) نصب و راه‌اندازی کرده‌اند تا با خروج این حسگرهای کوانتومی از محیط صرفاً تئوری و ورود آن‌ها به تأسیسات عملیاتی، کارایی آن‌ها در شرایط واقعی پایش هسته‌ای و ارزیابی مواد رادیواکتیو به مورد بررسی قرار گیرد.

‼️ لینک مقاله در Physical Review Letters
📎 لینک خبر

🔸🔸🔸🔸🔸🔸
🔗 Website
🔗 Telegram
🔗 LinkedIn

#اخبار #حسگری_کوانتومی #پایش_هسته‌ای