Lasery vycházející z nového laserového systému na jednotkovém dalekohledu 4 velmi velkého dalekohledu ESO v Chile’s Antofagasta Region v poušti Atacama.
V novém průlomu tým fyziků z USA úspěšně prokázal nový způsob, jak detekovat radioaktivní materiály pomocí laserů oxidu uhličitého-z dálky. Potenciální aplikace této inovativní techniky pokrývají národní obranu a reakci na mimořádné situace, kde je prvořadá rychlá a přesná detekce z bezpečných vzdáleností.
Jádrem nové techniky je jev zvaný AVALANCHE BREAnkdown. Když nějaký materiál podstoupí radioaktivní rozpad, nabité částice, které uvolňuje, cestují vzduchem a ionizují jej, tj. Oddělení jeho pozitivních a negativních nábojů a vytvoření stavu hmoty zvané plazma.
Negativní náboje nebo elektrony lze zrychlit, aby se srazily s jinými atomy a uvolňovaly ještě více elektronů. Toto je porušení laviny. Vědci použili k urychlení elektronů a byli schopni detekovat alfa částice z radioaktivního zdroje umístěného 10 m daleko k urychlení elektronů a byli schopni detekovat alfa částice z radioaktivního zdroje odtud infračerveného záření s oxidem uhličitým z radioaktivního zdroje. To zlepšuje rozsah v předchozích experimentech faktorem 10. (alfa částice je svazek dvou protonů a dvou neutronů.)
Elektrony, které jsou zrychleny v prvním kroku rozpadu laviny, se nazývají semena. V tomto experimentu vedl každý semenný elektron k odlišným kuličkám mikroplasmy ve vzduchu, který generoval měřitelný optický zpětný rozptyl. Je důležité, že vědci byli schopni amplifikovat tento zpětný rozptyl, když cestoval zpět laserovým systémem, což podstatně zlepšilo citlivost na detekci.
Překvapivou výhodou použití laserů s dlouhou vlnovou délkou je jejich schopnost řídit elektronové laviny, což je zase zásadní pro detekci velmi nízkých koncentrací semen. Delší vlnové délky laseru také snižují pravděpodobnost nežádoucích ionizačních účinků, které by jinak mohly maskovat detekční signál.
V experimentu vědci také použili fluorescenční zobrazování k dalšímu osvětlení dynamiky v plazmě vytvořené laserově indukovanými lavinami, což jim umožnilo podrobně charakterizovat profily hustoty semen. Poté vyvinuli matematický model, který přesně předpovídal signály zpětného rozptylu na základě těchto hustot semen a ověřil techniku.
Advance nastavuje jeviště, aby potenciálně rozšířila techniky detekce laserů na bázi laviny, aby bylo možné identifikovat zdroje záření gama paprsků ve větších vzdálenostech. Gama paprsky, které některé radioaktivní nuklidy, jako je Caesium-137, vydávají mnohem dále ve vzduchu než alfa částice, což snižuje hustotu ionizace, kterou produkují. Navzdory této výzvě vědci navrhli, že zdroj CS-137 může být detekován od asi 100 m daleko za předpokladu, že laserová optika zaostření je vhodně zmenšena. To by výrazně překonal současné detekční schopnosti.
Prodloužení rozsahu detekce však dále představuje také významné potíže. Použití delších ohniskových délek k dosažení vzdálenosti přibližně 1 km nebo více by vyžadovalo ještě větší optiku a vyšší laserové energie v důsledku snižování síly signálu. Na takových rozšířených vzdálenostech je metoda laserového zpětného rozptylu – zde testovaný primární přístup – omezený, protože signál by se mohl nasycen zářením na pozadí a atmosférickým rušením.
Zjištění týmu byla zveřejněna v Aplikováno fyzické kontroly 4. března.
Publikováno – 1. dubna 2025 04:00
