Rewolucyjny detektor wąglika wykorzystujący promienie T i metamateriał

Rewolucyjny detektor wąglika wykorzystujący promienie T i metamateriał

Połączenie szczególnego miedzianego materiału z promieniowaniem terahercowym (promienie T) ma pozwolić na skonstruowanie nowego sensora, który może zrewolucjonizować skanowanie na obecność materiałów niebezpiecznych.

Promienie T charakteryzują się długością fali 500 razy większą niż widzialne światło. Jest to promieniowanie podczerwone.

Promieniowanie to może być szczególnie użyteczne w aplikacjach z sektora bezpieczeństwa, gdyż substancje wykorzystywane do produkcji materiałów wybuchowych oraz czynniki biologiczne, takie jak wąglik, silnie absorbują właśnie promienie o takiej długości fali. Pozwala to bardzo poprawić wrażliwość urządzeń detekcyjnych.

Przełom polega na tym, że naukowcy z Bath University i Imperial College London we współpracy z hiszpańskimi fizykami, opracowali metodę pozwalającą kierować te promienie na specjalnie zaprojektowany materiał, nazywany metamateriałem.

Dotąd wykorzystywana była zwykła powierzchnia metaliczna, efekty jednak nie były zadowalające. Najnowsze badania pokazują, że powierzchnia metamaterialna przyciąga promienie T tak, że w odległości mniejszej niż milimetr tworzy się silne pole. Efekt ten wzmacnia absorpcję promieniowania przez molekuły znajdujące się na powierzchni, pozwalając radykalnie zwiększyć efektywność tej metody.

Metamateriał jest substancja sztuczną o specjalnie zaprojektowanych właściwościach elektromagnetycznych, które nie występują takiej formie w żadnej substancji naturalnej.

Ten konkretny metamateriał zawiera miedzianą powierzchnię pokrytą dwuwymiarową siecią otworów. Naukowcy dobrali wymiary sieci i otworów tak, by przyciągały one promienie T możliwie najbliżej powierzchni.

Promienie T generowane są przez małą antenę dipolową. Antena jest bombardowana impulsami laserowymi tak, by spowodować powstanie iskry między elektrodami. Elektrody te generują w antenie prąd, który z kolei powoduje emisję promieniowania terahercowego.

„Promienie T mogą zrewolucjonizować aplikacje służące do skanowania w poszukiwaniu materiałów niebezpiecznych, takich jak ładunki wybuchowe,” – powiedział Stefan Maier z Imperial College, jeden z liderów projektu.

„Dotychczas niemożliwa była dostateczna kontrola nad promieniowaniem tego rodzaju. Przynajmniej nie poza laboratorium. My pokazaliśmy, że z naszym materiałem możliwe jest precyzyjne kierowanie promieni T wzdłuż powierzchni metalu, nawet wokół narożników, co pozwala rozważać zupełnie nowe, niedostępne dotąd, zastosowania.” – dodał Maier.

Naukowcy maja nadzieję, że ich odkrycie pozwoli skonstruować przenośny czujnik do zastosowań w najlepszych systemach zabezpieczeń.

Gdyby pojawiło się zagrożenie skażenia budynku niebezpiecznymi substancjami, specjaliści umieścili by w nim powierzchnię z metamateriału i skierowali nań wiązkę promieni T. Gdyby rzeczywiście znajdowały się tam niebezpieczne pierwiastki zostałyby one zaabsorbowane przez metamateriał i można by je zidentyfikować spektrometrem.

„Obszar promieniowania T jest bardzo istotny. Ludzie od dawna starają się znaleźć zastosowania dla promienie z tej części spektrum,” – powiedział Steve Andrews z Bath University, drugi z liderów.

Zaletą promieni T jest to, że są one całkowicie bezpieczną forma promieniowania elektromagnetycznego. Maja też szerokie zastosowanie, gdy przenikają one przez: skórę, tkaniny, czy papier. Należy jednak pamiętać, że nie są one remedium na wszelkie dolegliwości, gdyż nie przenikają one choćby przez metale i wodę.

Opracowanie tej technologii jest ogromnym krokiem naprzód, jednakże komercyjne zastosowanie jej poza laboratoriami możliwe będzie nie wcześniej jak za dwa lata.

„To są pierwsze kroki,” – powiedział Andrews. „ Zrobiliśmy bardzo ważny krok naprzód w opracowaniu niezbędnej infrastruktury.”

(lk)