Физики создали "дальнобойную" лазерную замену для счетчика Гейгера

МОСКВА, 22 мар – РИА Новости. Американские ученые выяснили, как можно использовать обычную лазерную указку для того, чтобы находить даже небольшие количества радиоактивных элементов на большом расстоянии от них. Инструкции по сборке лазерного "счетчика Гейгера" были опубликованы в журнале Science Advances.

«

"Традиционные датчики радиации работают за счет того, что продукты распадов напрямую взаимодействуют с детектором, из-за чего их чувствительность резко падает при удалении от источника. Наша методика изначально "настроена" на работу на расстоянии. В будущем, она сможет находить радионуклиды с противоположного конца футбольного поля", — заявил Роберт Шварц (Robert Shwartz) из университета Мэриленда в Колледж-Парке (США).

Счетчики Гейгера и другие устройства, используемые сегодня для обнаружения источников радиации, ориентируются на потоки фотонов и электронов высокой энергии, столкновение которых со атомами газа внутри детектора ионизирует их и заставляет проводить ток. Чем радиоактивнее материал, тем больше таких частиц он вырабатывает, что можно обнаружить по увеличению электропроводности дозиметра.

Подобный подход хорошо работает на небольших расстояниях от залежей или емкостей с нестабильными атомами, но при большом удалении от них число фотонов или электронов высокой энергии становится слишком низким для того, чтобы понять, где находится их источник. Это делает подобные детекторы бесполезными для предсказания атак террористов, поисков нелегальных радиоактивных грузов и "грязных бомб".

Шварц и его коллеги решили эту проблему, используя ту же методику, которую применили их корейские коллеги два года назад для создания микроволнового датчика радиации, способного "видеть" ее источники с расстояния в несколько сантиметров.

И те, и другие физики обратили внимание на то, эти же самые электроны, вырабатываемые радиоактивными веществами, будут особым образом влиять на мощные пучки электромагнитного излучения и облака плазмы, которые они создают при своем движении. К примеру, попадание даже одного электрона в это облако приведет к появлению электрического разряда в нем и порождению вторичных волн.

Свободные электроны, как отмечают ученые, присутствуют в воздухе всегда, но их количество относительно невелико. Если луч лазера или света сфокусировать на достаточно узкой области пространства, то тогда попадание электрона в него будет фактически гарантированно связано с наличием радиоактивных элементов поблизости.

Эта идея, как выяснили американские ученые, хорошо подходит для обнаружения следов радиации на "средних" дистанциях, но достаточно плохо работает на расстоянии в несколько метров из-за того, что ей начинают мешать космические лучи и другие случайные источники свободных носителей заряда.

Шварц и его команда решили эту проблему, научившись производить эти электроны в достаточно больших количествах для того, чтобы гарантированно отличать случайные разряды от вспышек, порожденных распадами радионуклидов.

Анализируя свойства воздуха, физики заметили, что в нем присутствуют не только нейтральные молекулы кислорода, но и так называемый супероксид – комбинация кислорода и свободного электрона.

Их, в свою очередь, можно достаточно легко "оторвать" от подобной молекулы, обстреливая ее лазером, работающим в ближней части инфракрасного диапазона. Сами по себе подобные вспышки не будут вызывать разряды электричества, но быстро увеличат число свободных электронов в воздухе.

Эти электроны, в свою очередь, влияют на следующую вспышку света, которую уже испускает другой тип лазера, работающий в средней части ИК-диапазона. Большое число электронов в воздухе позволяет сделать эти импульсы света сверхкороткими, что резко снижает вероятность возникновения случайных разрядов тока.

Их работу ученые проверили, используя тонкую пленку из полония-210, крайне радиоактивного изотопа этого металла, чей период полураспада составляет всего 138 дней. Как показали эти опыты, комбинация из двух лазеров улавливала следы альфа-частиц, порождаемых распадами полония, с расстояния в несколько десятков сантиметров.

Повышение мощности лазеров и чувствительности детекторов, улавливающих "отражение" инфракрасной вспышки от электронов, позволит находить даже самые небольшие количества радионуклидов и вычислять их массу с расстояния в 100 метров и больше.

«

"Пока мы работаем с достаточно громоздкими лабораторными лазерами, но лет через десять инженеры смогут уместить подобную систему в микроавтобус, что позволит использовать ее в любой точке мира, где можно припарковать машину. Это, к примеру, было бы очень полезно для обеспечения безопасности в морских портах и в аэропортах", — заключает Шварц.