Amerika Birleşik Devletleri’ndeki araştırmacılar, uranyum, plütonyum ve neptünyum olmak üzere üç radyoaktif elementten yayılan X-ışınlarını ultra duyarlı kuantum sensörlerle yüksek doğrulukla ölçtü. Maryland eyaletindeki Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nde (NIST) tasarlanan bu sensörler, nükleer tesislerdeki malzeme izlenimini güçlendirebileceği belirtiliyor.
Radyoaktif elementler genellikle kendine has gama-ışınları yayımı yoluyla tanımlanır. Ancak bazı elementler aynı enerji aralığında X-ışını üretir ve bu örtüşme, tesislerde hangi nükleer malzemenin ne kadar bulunduğunu net biçimde belirlemeyi zorlaştırır. Yeni sensörlerle yapılan ölçümler, önceki sonuçlara kıyasla X-ışını enerjilerindeki belirsizliği üçte bir ile sekizde biri arasında azalttı.
Sıfıra Yakın Sıcaklıktaki Süperiletken Film
Ekip, NIST’te ilk kez geliştirilen geçiş kenarı sensörleri (TES) adlı cihazları kullandı. Bu sensörler aşırı hassas küçültülmüş termometre gibi çalışır ve içinde mutlak sıfırdan bir kesir kadar daha sıcak seviyede, süperiletken ile sıradan metal davranışı arasındaki sınırı yayan ince bir süperiletken film bulunur. Bir X-ışını fotonu bu filme çarptığında minik bir miktar ısı oluşur ve filmin elektrik direnci hızla yükselir.
Bu değişimin büyüklüğü, fotonun enerjisine karşılık gelir ve böylece ekip çok hassas ölçümler yapabilir. X-ışını arka plan gürültüsünü ortadan kaldırmak, nükleer malzeme içindeki izotop oranlarını belirlemeyi kolaylaştırır; izotop oranları ise radyoaktif malzemenin nasıl kullanılmak istendiğine dair ipucu verir.
NIST Fizikçisi Jonathan Dean
Bu bağlamda uranyum-235, doğal olarak bulunan tüm uranyumun yaklaşık yüzde 0,7’sini oluşturur. Reaktör yakıtı bunun birkaç yüzdeye zenginleştirilmesini gerektirirken, silah kalitesindeki uranyumda oran yaklaşık yüzde 90’a ulaşabilir. Daha doğru izotop ölçümleri, nükleer malzeme muhasebesini ve uluslararası denetimleri güçlendirebilir.
Daha Hızlı Yakıt Kontrolleri
NIST, bu teknolojinin nükleer santrallerdeki işlemleri çok daha verimli hale getirebileceğini söyledi. Uranyum fisyonu yoluyla elektrik üretiminin birkaç aşaması vardır ve işlem bir sonraki adıma geçmeden yakıtın bileşimi değerlendirilmeyi gerekebilir. Daha hızlı ölçümler bu bekleme sürelerini kısaltarak verimliliği artırabilir ve maliyetleri düşürebilir.
Bu konuda teknolojinin bir kısıtlaması da vardır: TES dedektörleri, onları mutlak sıfıra çok yakın tutabilecek soğutma sistemlerine ihtiyaç duyar ve bu nedenle el tipi sürümler pratik değildir. Dedektörler yine de soğutma ekipmanlarını çalıştırmaya yetecek kadar elektrik varsa herhangi bir yerde kullanılabilir; örnekler ayrıca sensörlere donatılmış laboratuvarlara taşınabilir.
Araçlarımız bu iki yaklaşım ile uyumludur.
NIST Fizikçisi Jonathan Dean
NIST ve Los Alamos Ulusal Laboratuvarı, nükleer malzeme izlenimi için ABD Enerji Bakanlığı’na bağlı üç laboratuvarda zaten TES dedektörleri kurdu. Bu teknoloji ayrıca CERN, SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı, Argonne Ulusal Laboratuvarı ve Brookhaven Ulusal Laboratuvarı gibi büyük araştırma merkezlerinde kullanılıyor.
Araştırmacılar şimdi dedektörlerin doğruluğunu artırmaya ve soğutma sistemlerini daha küçük, basit ve ucuz hale getirmeye çalışıyor. NIST ayrıca bu cihazların temel parçacık araştırmaları ve uzay bilimi alanlarında kullanımını da incelemeye başladı.
Bu Gelişmeyi Toplulukta Değerlendirin
Haber hakkındaki düşüncelerinizi, donanım deneyimlerinizi ve teknik sorularınızı topluluk üyeleriyle anlık olarak tartışın.
Bir yanıt yazın