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能嗅出放射性物质的中红外激光器

2019-07-04

近日,美国马里兰大学(University of Maryland)的科学家展示了一种利用中红外激光探测放射性物质的技术,经过工程改进,这种技术可以用于扫描繁忙入境口岸的集装箱,距离最远可达100米。

在以集装箱运输和卡车货物跨境运输为主导的全球经济中,检测危险或非法材料成为了一项日益严峻的挑战。特别是对于放射性物质,传统的检测方法——使用盖革计数器或其他手持设备进行检测,这需要近距离接触可疑样本,不适用于繁忙的港口运输。

由OSA研究员Howard Milchberg领导的美国马里兰大学的一个研究小组展示了一个概念性的检测系统,该系统使用中红外激光探测放射性物质(Sci. Adv., doi: 10.1126/sciadv.aav6804)。研究人员相信,这种方法最终可以在距离最远达100米的屏蔽容器的入口点发现辐射源。

电子雪崩击穿

马里兰研究小组的方法是通过探测一种叫做激光诱导电子雪崩击穿的现象来实现的。在放射源附近,来自放射源的阿尔法、贝塔和伽玛辐射会使附近的大气气体电离,产生带正电荷的离子和电子。通过这片电离空气发射出高强度的电磁场,例如激光脉冲,加速了这些自由电子的运动。这反过来又将自由电子推入其他气体分子中,引发进一步的电离作用,形成一种链式反应,产生导电等离子体,直到达到一个稳定水平,自由电子的增长放缓。

Milchberg和这项新研究的主要作者、研究生Robert Schwartz及其同事指出,激光驱动的振荡和电离将导致脉冲后向散射辐射的时间位移。更重要的是,“击穿时间”即激光驱动的电子击穿变为可测量的时间,取决于最初出现在激光焦体积中的自由电子的密度,以及该区域放射性物质的数量。综上所述,这些观念体现了利用激光诱导的电子雪崩击穿远距离探测放射性物质的可能性。

概念验证

为了验证这个概念,研究团队建立一个台式混合光学参量放大器(OPA)/光参量啁啾脉冲放大器(OPCPA)系统用以产生两个脉冲:一个是弱的在近红外波长1.4-1.5μm内的70 ps探测脉冲;另一个是能量较高的波长为3.9μm的50ps泵浦脉冲。泵浦脉冲用于驱动电子雪崩击穿和提供击穿区域的反向散射信号,可以用来测量击穿时间。探针脉冲通过击穿区,被光电探测器捕获用于光谱分析,为击穿过程提供了参考信号,可以与背散射信号进行比较。

研究人员将这些脉冲对准了放射性钋-210薄片样品附近的一块空气区域,钋-210薄片是电离阿尔法粒子的一个强大

【光粒网综合报道】( 责任编辑:xuji )

(来源:光粒网



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