Schwebende Partikel könnten die Kerndetektivarbeit heben.

Laserbasierte optische Pinzetten könnten Uran- und Plutoniumpartikel schweben lassen und so die Messung des nuklearen Rückstoßes während des radioaktiven Zerfalls ermöglichen. Diese Technik, die von Wissenschaftlern des Los Alamos National Laboratory vorgeschlagen wurde, bietet eine neue Methode zur Durchführung der für die nukleare Forensik wesentlichen Analyse radioaktiver Partikel.

„Unsere Idee basiert darauf, ein Partikel mit einer optischen Pinzette einzufangen, einer Technik, die Gegenstand des diesjährigen Nobelpreises für Physik ist“, sagte Alonso Castro von der Actinide Analytical Chemistry Group des Lab, einem der Autoren eines neuen Beitrags in der Zeitschrift Physical Review A. „Es ist nur passend, dass die Erfindung von Arthur Ashkin auch nach 30 Jahren noch neue Wissenschaften hervorbringt.“

Die Arbeit des Teams zeigt, dass für Mikrometer- und Submikrometerpartikel die kinetische Energie des emittierten Kernpartikels oder Tochterpartikels durch Messung des Rückstoßes des in einer laserbetriebenen optischen Falle schwebenden Probenpartikels sehr genau bestimmt werden kann. Das Probenpartikel absorbiert den Rückstoßimpuls des Tochteratoms vollständig, was zu einer genau definierten Schwingung im harmonischen Potential der Falle führt.

„Für Anwendungen wie die nukleare forensische Analyse könnte diese Technik einen erheblichen Wert haben. Bisher konnten wir Uranpartikel in optischen Fallen halten, und wir stellen fest, dass ihr Halten mit ihrer Schwingungsenergie „gekühlt“ uns die Möglichkeit gibt, den Rückstoß zu sehen, wenn die Bewegung des Tochteratoms eine Verschiebung der Probe verursacht“, sagt Castro.

„Der nächste Schritt wäre, diese Verschiebungen zu messen und dann die Energie des Rückstoßes zu berechnen. Die Auswirkung unseres Ansatzes ist, dass er sehr schnell die isotopische Zusammensetzung der Partikeltypen Nanometer und Mikrometergröße bestimmen kann, die in nuklearen forensischen Szenarien vorkommen“, sagte er.

Die nukleare Forensik ist die Untersuchung von nuklearen und anderen radioaktiven Materialien zur Bestimmung der Herkunft und Geschichte der Materialien im Rahmen von Strafverfolgungsuntersuchungen oder der Bewertung von Schwachstellen der nuklearen Sicherheit. Los Alamos führt ein breites Spektrum der nuklearen forensischen Wissenschaft zur Unterstützung der nationalen Sicherheitsmission des Labors durch.

Mehr Informationen:
Alexander Malyzhenkov et al, Nuclear recoil spectroscopy of levitated particles, Physical Review A (2018). DOI: 10.1103/PhysRevA.98.052103

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