Прорыв в новом стекле, самовосстанавливающемся от гамма-излучения

Ученые синтезировали форму стекла, которая может восстанавливаться после повреждения гамма-излучением.

Исследователи наблюдали, как пленки халькогенидного стекла с дефектами, вызванными гамма-излучением, постепенно снова становятся целыми с течением времени при при комнатной температуре, возвращаясь к состоянию структурной целостности без какого-либо другого вмешательства.

Открытие, сделанное инженером Мюнгку Кангом из Университета Альфреда в США, выявило материал, который может быть действительно полезен в таких местах, как космическая среда. , где постоянно распространяется гамма-излучение, или радиоактивные объекты, где датчики, устойчивые к радиации, будут иметь огромное значение.

«Люди все чаще смотрят на очки, оптическая прозрачность которых аналогична кристаллам, таким как германий, которые можно сконструировать с помощью инженерных технологий. за их состав и свойства для использования там, где может использоваться германий», — говорит физик Кэтлин Ричардсон из Университета Центральной Флориды.

«Эти очки находят все больше и больше применения в системах, где сообщество ищет для альтернатив некоторым кристаллическим растворам, которые исторически использовались раньше».

Стекло и в лучшие времена было довольно странным материалом, но чрезвычайно полезным во многих отношениях. Халькогенидные стекла – те, которые содержат серу, селен, теллур или полоний – взаимодействуют со светом таким образом, что это делает их полезными для оптических устройств, особенно в области инфракрасного зондирования.

Канг и его коллеги делали простое дело. такое стекло для использования в спутниковых схемах, в котором используются очень точно смешанные количества серы, германия и сурьмы.

«Эти стекла исключают кислород, и это делает их особенными для инфракрасного излучения», — говорит Ричардсон. «Они состоят из элементов, находящихся в крайней правой части таблицы Менделеева. Когда они соединяются друг с другом, они образуют очень прозрачные для инфракрасного излучения материалы, но с очень большими атомами и слабыми связями».

Эти стекла должны быть быть испытаны под нагрузками, которым они могут подвергаться в рабочих условиях, и одной из них для космической среды является гамма-излучение.

Мы не подвергаемся воздействию космических гамма-лучей здесь, на поверхности Земли, поскольку наша атмосфера работает как высокоэффективный экран, но радиоактивный распад некоторых изотопов элементов может привести к образованию гамма-излучения.

Чтобы подвергнуть свои образцы воздействию высокоэнергетической формы света, исследователи поместили свои образцы в облучатели, питаемые кобальтом. 60, синтетическая форма радиоактивного кобальта. Такое воздействие создало микроскопические дефекты в стекле, исказив слабые связи между атомами.

Затем стекло поместили в условия комнатной температуры. Через 30 дней стекло восстановилось.

«Поскольку это большие атомы и слабые связи, со временем эти связи могут снова расслабиться и преобразоваться из этого искаженного расположения и, следовательно, зажить», — говорит Ричардсон. .

«Итак, концепция самовосстанавливающегося стекла заключается в том, что когда наши эксперименты подвергаются воздействию высокоэнергетического излучения, эти связи искажаются или разрываются. Со временем комнатной температуры становится достаточно, чтобы восстановить эти связи, поэтому что структуры могут реформироваться сами».

Потенциал здесь довольно интересен. Стекло или его будущая форма однажды можно будет использовать в качестве прочного обратимого датчика радиации, например, для экстремальных условий.

Команда надеется продолжить разработку стекла и использовать его в качестве трамплин для создания других стекол, обладающих такой же способностью к самовосстановлению.

«В дальнейшем моя новая исследовательская группа стремится разработать новую керамику, индуцированную облучением, а также методы микроструктурной и оптической метрологии in-situ в качестве путь к созданию сверхбыстрых и легких оптических платформ», — говорит Канг.

Мои исследования, посвященные объединяющей теме эффектов облучения в халькогенидной керамике, привели к такому впечатляющему выводу».

Исследование опубликовано в Бюллетене Общества исследования материалов.