Ciekłe scyntylatory mogą być przydatne w walce z nuklearnym terroryzmem

fot. Marek Pawłowski, IPJ

W Instytucie Problemów Jądrowych w Świerku przyznano wyróżnienia za osiągnięcia w 2010 roku. W zakresie badań stosowanych nagrodzono cykl prac poświęconych ocenie ciekłych scyntylatorów jako detektorów neutronów w ochronie granic. Prace prowadzone przez dra Łukasza Świderskiego pokazały, że detektory gazowe oparte na izotopie helu dotychczas stosowane w wykrywaniu materiałów rozszczepialnych mają szanse być zastąpione bardziej dostępnymi ciekłymi scyntylatorami.

Pomimo wysiłków społeczności międzynarodowej, zagrożenie atakami terrorystycznymi z użyciem materiałów rozszczepialnych musi być traktowane z całą powagą. Materiały potencjalnie niebezpieczne można wykryć rejestrując wysyłane przez nie promieniowanie. Największe szanse dają obserwacje neutronów – obojętnych elektrycznie cząstek elementarnych, które wraz z naładowanymi protonami tworzą wszystkie jądra atomowe. Neutrony są emitowane podczas rozpadów jądrowych zachodzących samoistnie lub w sposób wymuszony w materiałach używanych do produkcji ładunków nuklearnych i t.zw. brudnych bomb. Ze względu na słabe oddziaływanie neutronów z typową materią bardzo trudno jest ukryć ich promieniowanie jakimikolwiek osłonami. To właśnie daje szansę wykrycia podejrzanych ładunków.

Do wykrywania neutronów stosuje się powszechnie detektory wypełnione helem – przede wszystkim jego izotopem o liczbie masowej 3. Neutrony są z pewnym niewielkim prawdopodobieństwem wychwytywane przez jądra helu, jednak wzbudzone w wyniku wychwytu jądra szybko się rozpadają. Produkty rozpadu – jądra izotopów wodoru – są już naładowane elektrycznie i dość łatwo jest je rejestrować. Wszystko byłoby bardzo proste gdyby nie cena i dostępność helu 3. W wyniku rosnącego zapotrzebowania w dużej mierze generowanego przez produkcję detektorów neutronów, helu 3 jest coraz mniej i staje się on coraz droższy.

Polscy naukowcy wcześniej przewidzieli „kryzys helowy” i rozpoczęli badania nad alternatywnymi sposobami rejestracji neutronów. „Zainteresowaliśmy się dostępnymi na rynku detektorami opartymi na ciekłej substancji czynnej” mówi prof. Marek Moszyński, lider grupy badającej własności detektorów promieniowania pracującej w Instytucie Problemów Jądrowych w Świerku. „Szczególne nadzieje wiązaliśmy ze scyntylatorami domieszkowanymi izotopem boru o liczbie masowej 10” – dodaje. Bor, podobnie jak hel, jest w stanie wychwytywać neutrony o określonych energiach i dawać o tym znać poprzez rozpad na łatwo obserwowalne fragmenty.

Pomiary i badania rozpoczął w Świerku kilkuosobowy zespół młodych badaczy. „W przypadku ciekłych scyntylatorów największym problemem jest rozpoznanie sygnału pochodzącego od neutronów, gdyż podobny sygnał generuje w detektorze także promieniowanie gamma” - wyjaśnia kierujący pracami dr Łukasz Świderski. „Nie musi ono pochodzić od niebezpiecznego ładunku, ale od innych źródeł np. od podróżnego, który kilka dni wcześniej był poddawany diagnostyce z wykorzystaniem radioizotopów” – dodaje naukowiec. Wielomiesięczne żmudne badania polegały na doborze osłon eliminujących niepożądane efekty i analizie sygnałów uzyskanych w różnych warunkach dla różnych widm promieniowania. „Nasze pomiary pokazują, że jest duża szansa na szersze wykorzystanie detektorów ciekłych do detekcji neutronów” - zapewnia dr Świderski. Wyniki zostały opublikowane przez grupę z IPJ w cyklu pięciu artykułów i zaprezentowane na najbardziej prestiżowych konferencjach. Wzbudzają one duże zainteresowanie badaczy i producentów.

„Wyróżniliśmy prace dra Świderskiego i współpracowników jako najważniejsze osiągnięcie IPJ w 2010 r. w zakresie badań stosowanych” – mówi dyrektor Instytutu prof. Grzegorz Wrochna. „Systematycznie budujemy nasze kompetencje badawcze i wytwórcze w dziedzinie wykorzystywania technologii jądrowych do zapewnienia bezpieczeństwa obywateli. Opracowujemy nowe konstrukcje, zgłaszamy patenty, współpracujemy z odpowiedzialnymi za bezpieczeństwo służbami. Udało nam się przyciągnąć i wykształcić sporą grupę młodych, zdolnych i pracowitych naukowców, którzy wkrótce powinni podjąć funkcje liderów własnych grup badawczych. Ale zdajemy sobie sprawę, że na takich ekspertów z otwartymi rękami czekają instytuty, uczelnie i firmy w najbardziej atrakcyjnych miejscach na świecie. Zapewnienie im atrakcyjnych warunków w kraju nie jest możliwe bez stabilnego finansowania badań nad technologiami jądrowymi."

Źródło: IPJ