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Die Nuklearkamera zum Aufspüren versteckter Strahlungsquellen
Es ist nicht schwer, radioaktive Strahlung zu erkennen. Ein Geiger-Müller-Zähler reicht normalerweise aus.
Diese bestehen aus einer kleinen Kammer, die mit Gas gefüllt ist. Wenn ein Teilchen mit ausreichend hoher Energie in die Kammer eindringt, ionisiert es das Gas und erzeugt einen Elektronenregen. Ein Paar leitende Platten kann diesen Schauer leicht aufnehmen und eines der Klicks erzeugen, für die diese Detektoren berühmt sind.
Schwierig ist jedoch herauszufinden, welche Partikel die Schauer ausgelöst haben und woher sie kamen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, dies zu tun, aber die Detektoren sind in der Regel riesig; denke CERN-groß. Was benötigt wird, ist eine präzise Maschine, die auch tragbar ist.
Nehmen Sie an COCAE teil, einem europäischen Projekt zur Entwicklung einer Kamera, die Quellen nuklearer Strahlung abbilden kann. Heute beschreiben Kostas Karafasoulis von der griechischen Atomenergiekommission in Athen und Freunde, wie ihr Gerät funktionieren wird.
Die Grundidee besteht darin, die Flugbahn jedes Teilchens zu rekonstruieren, das auf den Detektor trifft. Zu diesem Zweck besteht das Gerät aus einem Stapel von zehn pixelierten Cadmium-Tellurid-Kristallen. Jeder Kristall ist 4x 4cm groß und 10cm voneinander entfernt. Theoretisch trifft also jedes Partikel, das das Gerät passiert, mehrere Pixel in verschiedenen Teilen des Detektors. Es ist dann leicht zu erkennen, woher es kommt.
Abgesehen von einem Effekt namens Compton-Streuung. Dies geschieht, wenn ein Röntgen- oder Gammastrahl auf ein Elektron trifft und beide wie Snookerbälle in unterschiedliche Richtungen fliegen. Ein Gammastrahl kann auf diese Weise mehrmals abprallen, bevor er seine Energie endgültig an ein Material abgibt.
Der Trick, den COCAE erreichen möchte, besteht darin, eine Matrix aus Cadmium-Tellurid-Kristallen zu verwenden, um die Position und Energie des freigesetzten Elektrons zu messen (das Ihnen die Energie der Gammastrahlung angibt), während gleichzeitig die abprallenden Gammastrahlen verfolgt werden.
Auch dann lässt sich nicht genau sagen, woher die Gammastrahlung stammt. Alles, was Sie tun können, ist, seinen Ursprung auf einen Kegel mit einem bestimmten Winkel zu beschränken.
Es gibt jedoch eine Möglichkeit, es besser zu machen: indem Sie die Flugbahnen mehrerer verschiedener Partikel desselben Ursprungs nachbilden und sehen, wie sich ihre Kegel überlappen. Die Region sagt dir viel genauer, woher sie alle kamen, bis auf 10 Grad oder so, sagen Karafasoulis und Co.
Ihr heutiges Papier beschreibt die simulierte Leistung des Geräts, in dem sie seine Energie- und Winkelauflösung sowie seine Detektionseffizienz berechnen.
Diese Art von Gerät hat offensichtliche Anwendung in der Sicherheitswelt. Die Fähigkeit, die Position radioaktiver Stoffe genau zu identifizieren und zu lokalisieren, könnte bei Operationen zur Terrorismusbekämpfung und für Zollbeamte von großem Nutzen sein.
Es wäre auch nützlich, um verloren gegangenes und möglicherweise mit Schrott vermischtes Nuklearmaterial aufzuspüren.
Und natürlich bei Nuklearunfällen. Eines der großen Probleme nach Tschernobyl war zum Beispiel, genau herauszufinden, was mit dem Kern passiert war und wo das Nuklearmaterial gelandet war.
Es sieht also so aus, als hätten Karafasoulis und Co. eine brauchbare Idee in der Hand. Jetzt müssen sie nur noch einen bauen.
Ref: arxiv.org/abs/1101.3881 : Simulierte Leistung eines positionsempfindlichen Strahlungsdetektorsystems (COCAE)