Mohl by některý vézt radioaktivní materiál? Kredit: Photocapy / Wikimedia Commons.

Některé jevy stojí za zmínku už jenom proto, že mají sexy název, jak v naší mateřštině, tak i ve světovém jazyku. Přesně tohle je případ jevu lavinového průrazu, anglicky „electron avalanche breakdown“. Když o tomhle poprvé uslyšíte, tak se hlavou proženou barvité představy, plné adrenalinu a destrukce. Skutečnost je samozřejmě poněkud prozaičtější, i když stále velmi pozoruhodná. K lavinovému průrazu dochází působením elektrického pole, které vyvolá značný nárůst velikosti elektrického proudu, a to i v materiálech všech běžných skupenství, které jsou jinak polovodiče nebo izolanty.

Robert Schwartz.

Kredit: University of Maryland.

Tým fyziků americké University of Maryland nedávno předvedl, že lavinový průraz není jenom sexy pojem. Založili na něm novou metodu detekce radioaktivního materiálu na dálku. S využitím infračerveného laseru na dálku vyvolají elektronový lavinový průraz v blízkosti radioaktivního materiálu, i když je stíněný. S trochou námahy prý bude tuto technologii možné nasadit v běžném provozu. Mohla by skenovat projíždějící náklaďáky či vagony anebo lodní kontejnery připlouvající do přístavů a náklad letadel.

Jak upozorňuje vedoucí výzkumu Robert Schwartz, tradiční metody detekce radioaktivního materiálu spoléhají na radioaktivní rozpad atomů a přímou detekci částic, které při takovém rozpadu vznikají. Kvůli tomu pochopitelně účinnost těchto metod klesá se vzdáleností od radioaktivního materiálu. Velikou výhodou detekce s lavinovým průrazem je, že funguje na slušnou dálku. Po doladění detailů by lavinový detektor měl odhalit zabalený radioaktivní materiál ze vzdálenosti odpovídající délce fotbalového hřiště.

Obohacený uran. Kredit: US DOE.

Když se radioaktivní materiál rozpadá a vyzařuje částice, tak při tom ionizuje okolní vzduch. Přitom vzniká špetka volných elektronů, které se rychle váží ke kyslíku. K tomu dochází dokonce i v okolí stíněného kontejneru s radioaktivním materiálem. Když Schwartz a spol. zacílili infračervený laser na tuto oblast, tak snadno tyto elektrony zase oddělili od kyslíku a spustili tím zmíněný lavinový průraz. A ten je relativně snadno detekovatelný. Hodně přitom záleží na infračervené vlnové délce použitého laseru. Právě takový laser snadno a specificky oddělí elektrony od iontů kyslíku.

Když se spustí lavinový průraz ve vzduchu kolem radioaktivního materiálu, tak dojde k ionizaci vzduchu, což následně pozná detektor sledující vlastnosti procházejícího infračerveného záření. Zařízení odhalí časový průběh lavinového průrazu, ze kterého je možné odhadnout množství přítomného radioaktivního materiálu.

Autoři nové metody si pochvalují, že je velice specifická. Bez vhodného laserového pulzu radioaktivní materiál nevytvoří lavinový průraz. A stejně tak laserový pulz sám o sobě nevytvoří lavinový průraz, protože k tomu potřebuje volné elektrony vytvořené radioaktivním materiálem.

Schwartz s kolegy teď pracují se systémem, který se vejde do laboratoře. Tak do 10 let by chtěli mít detektor, který se vejde do dodávky. Kdekoliv taková dodávka zaparkuje, tak tam bude možné detekovat radioaktivní materiál. Takový nástroj by umožnil velmi důkladně monitorovat zboží v přístavech, na letištích nebo třeba na překladištích. V dnešní době jeden nikdy neví.

Video:  This short animation illustrates a new method

Spustit  animaci

Literatura

University of Maryland 22. 3. 2019, Science Advances 5: eaav6804.