Кристаллы перовскита можно применять в качестве детекторов ядерного излучения
Перовскиты - это класс минералов с кристаллической структурой, которая делает их очень эффективными при взаимодействии с фотонами
Кристаллы перовскита быстро завоевывают признание в области солнечной энергетики благодаря своей впечатляющей способности преобразовывать фотоны в электричество. Но теперь ученые изменили этот процесс, чтобы вместо этого улавливать нейтроны, создав эффективный детектор утечек радиоактивных материалов.
Перовскиты — это класс минералов с кристаллической структурой, которая делает их очень эффективными при взаимодействии с фотонами.
Наиболее заметное применение — перовскитные солнечные элементы, эффективность которых резко возросла за немногим более десятилетие, достигнув 25,5% в одиночку или 29,15% в сочетании с кремнием.
Но их использование может выходить за рамки производства электричества из света. Этот же механизм можно использовать в качестве датчика освещенности — если устройство излучает разряд электричества, значит, откуда-то идет свет.
И теперь группа исследователей адаптировала этот процесс, помимо фотонов, к новому типу субатомных частиц — нейтрону. Свободные нейтроны испускаются в результате ядерных реакций, поэтому устройство на основе перовскита можно использовать для обнаружения утечек на атомных электростанциях или радиоактивных материалов, которые неправильно хранятся или транспортируются.
В частности, перовскит, использованный в новом исследовании, представлял собой соединение, называемое трибромидом метиламмония и свинца. Кристаллы этого материала были подвергнуты воздействию нейтронного источника, и, конечно же, возникло достаточно крошечных электрических токов. Нейтроны проникают в ядра атомов кристалла, переводя их в более высокое энергетическое состояние. Они быстро распадается на гамма-лучи, которые заряжают перовскит и создают измеримый ток.
Проблема заключалась в том, что этот ток был слишком мал, чтобы иметь практическое применение. Таким образом, команда исследователей усилила его, добавив тонкий слой металлического гадолиния, который достигает более высокого уровня энергии, чем один перовскит, таким образом производя больше гамма-фотонов и создавая более мощный электрический ток. Затем его можно передать через угольный электрод в вольтметр или измеритель тока.
В окончательной версии детектора исследователи вырастили кристалл перовскита вокруг фольги гадолиния. Это еще больше усилило сигнал и даже позволило измерить направление и размер нейтронного потока. Используемые материалы обладают и другими преимуществами.
«Это просто, дешево и рентабельно», — говорит Ласло Форро, автор исследования. «Это принципиальное доказательство того, что механизм работает. А теперь мы можем подумать о конфигурации для очень эффективного детектора».
Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.