Perowskit wrażliwy na neutrony, czujnik promieniowania jądrowego

Perowskit wrażliwy na neutrony jako czujnik promieniowania jądrowego

Kiedy myślimy o perowskitach, czyli grupie minerałów z nieorganicznych związków chemicznych, przed oczami pojawiają się nam głównie panele słoneczne. To tam ten materiał zdobył największą popularność, ale wygląda na to, że perowskit wrażliwy na neutrony może zdobyć uznanie również na poletku nuklearnym.

Naukowcy odkryli kolejne zastosowanie perowskitu. Tym razem w grę wchodzą jednak nie fotony, a neutrony

Na to wskazują przynajmniej najnowsze badania naukowców z EPFL, których szczegóły możemy poznać w publikacji w dzienniku Scientific Reports. Ci badacze wyszli poza utarty schemat wykorzystywania perowskitów w fotowoltaice, poszukując ich alternatywnego zastosowania. Od dawna na ich temat wiemy przede wszystkim to, że posiadają imponującą zdolność do przekształcania fotonów w energię elektryczną.

Czytaj też: Zaobserwowano nowy rodzaj supernowej. Powstała za sprawą fuzji dwóch obiektów

Powodem tego jest ich krystaliczna struktura, której zawdzięczamy panele słoneczne o 25,5-procentowej wydajności przekształcania energii słonecznej w energię elektryczną czy aż 29,15-procentowej przy połączeniu perowskitu z powszechnie stosowanym w fotowoltaice krzemem. Jednak ta grupa minerałów, której nazwę zawdzięczamy przedstawicielowi grupy (tytanianowi(IV) wapnia) ma też inne zastosowania i nie mówię tutaj m.in. o czujniku światła.

Wykazali to wspomniani badacze, porzucając sferę fotonów na rzecz subatomowej cząsteczki – neutronu, dzięki której konkretny rodzaj perowskitu może generować małe ilości prądu elektrycznego. Są one jednak wystarczające, żeby po wzmocnieniu wykorzystać je w praktyce, czyli tam, gdzie na perowskit mogą oddziaływać neutrony. Pierwszy przykład? Reakcje jądrowe, które emitują swobodne neutrony, co otworzyło tym samym perowskitowi furtkę do stania się podstawą skutecznego detektora wycieków z materiałów radioaktywnych.

Czytaj też: Młoda gwiazda, tajemnicza plama i 450 mln lat świetlnych. Astronomowie próbują wyjaśnić to, co zaobserwowali

Jak działa perowskit wrażliwy na neutrony?

W tym badaniu postawiono na tribromek ołowiu metyloamoniowego (MAPbBr3), czyli szczególny perowskit wrażliwy na neutrony. Kryształy tego materiału zostały wystawione na działanie źródła neutronów, które wnikały do ich jąder atomowych, pobudzając je do wyższego stanu energetycznego. Generuje to promienie gamma, które ładują perowskit i wytwarzają mierzalny prąd, który wymagał wzmocnienia, aby stał się przydatny.

Zespół zrealizował to przy pomocy cienkiej warstwy gadolinu, który osiąga wyższy stan energii niż sam perowskit, wytwarzając w ten sposób więcej fotonów gamma i silniejszy prąd elektryczny. W swoich eksperymentach naukowcy wyhodowali kryształ perowskitu wokół folii z gadolinu w taki sposób, że ta została całkowicie pochłonięta (widać to powyżej), co jeszcze bardziej wzmocniło sygnał, a nawet pozwoliło na pomiar kierunku i wielkości przepływu neutronów.

Czytaj też: Dotykowe hologramy coraz bliżej. Naukowcy pracują nad technologią rodem z filmów

Wygenerowany w tym zjawisko prąd elektryczny można przenieść do woltomierza lub miernika prądu. Jego odczyty ze stosowną skalą mogą z kolei zapewnić światu tani i prosty detektor wycieków z materiałów radioaktywnych, nad którym teraz naukowcy pracują.