Графеновые наноленты показали потенциал для радиационного мониторинга в экстремальных условиях

Исследовательская группа Университета Аризоны представила потенциальное применение графеновых нанолент в экстремальных радиационных средах. Сообщение об этом появилось 16 июля. Концептуальное исследование опубликовано в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

Ученые интегрировали этот наноразмерный полупроводниковый материал в полупроводниковые устройства и подвергли их воздействию гамма-излучения. Результаты показали, что после облучения устройства сохранили способность к отклику, однако их электрические характеристики заметно изменились.

Руководитель исследования, доцент кафедры материаловедения и инженерии Инженерного колледжа Университета Аризоны Зафер Мутлу отметил, что способность устройства выдерживать радиационное воздействие и давать измеримый отклик является именно тем свойством, которое требуется датчикам. По мнению исследователей, графеновые наноленты могут использоваться для радиационного мониторинга в термоядерных реакторах и в дальнем космосе, помогая выявлять деградацию материалов или систем под действием интенсивного излучения.

В термоядерных реакторах первая стенка является внутренним барьером, отделяющим высокотемпературное топливо от конструкции реактора. В условиях сильного радиационного воздействия она постепенно деградирует и требует регулярной проверки и замены. Существующие кремниевые датчики сложно использовать внутри первой стенки в течение длительного времени, поэтому их обычно размещают за пределами барьера. Во время работы реактора приходится полагаться главным образом на косвенные измерения, а физическая проверка проводится после остановки установки.

Новое исследование показало, что гамма-излучение не разрушает атомный каркас графеновых нанолент, но вызывает сильный и измеримый электрический отклик. Это указывает на возможность будущего размещения таких датчиков ближе к активной зоне реактора, чтобы получать более прямые данные для планирования технического обслуживания.

В исследовании использовались графеновые наноленты шириной девять атомов и толщиной один атом, со средней длиной около 45 нанометров. Ученые предполагают, что при прохождении гамма-излучения через окружающий воздух образуются реакционноспособные молекулы, которые оказывают тонкое воздействие на края нанолент. На квантовом уровне такие небольшие изменения могут существенно влиять на передачу электрического сигнала.

По версии исследователей, этот процесс может запускать квантовый эффект, известный как андерсоновская локализация. В результате электроны, переносящие заряд, становятся ограниченными в движении, что приводит к заметному снижению тока и формирует сигнал о радиационном воздействии.

Следующим этапом команда планирует испытать аналогичные устройства при различных дозах излучения и изучить характеристики графеновых нанолент разных размеров. Мутлу отметил, что такие материалы можно проектировать на атомном и молекулярном уровне, регулируя их чувствительность к радиации.

Помимо термоядерных реакторов, технология может быть применима для мониторинга состояния космических систем, включая спутники связи, спутники дистанционного зондирования Земли и аппараты дальнего космоса. Она может помочь заранее выявлять повреждения, связанные с радиационным воздействием.