石墨烯纳米带或成聚变堆辐射监测新星
摘要
University of Arizona研究人员发现，石墨烯纳米带在伽马辐射下能保持结构稳定，但电学性能因量子效应发生显著变化，有望用于制造可置于聚变装置第一壁内部的传感器，实现对辐射损伤的直接实时监测，从而减少停机时间。团队将进一步测试不同剂量和尺寸下的性能。
一条微小的纳米带可能在探测未来托卡马克装置中的辐射损伤方面大有可为。
University of Arizona的研究人员已经证明，当暴露于伽马辐射时，石墨烯纳米带在保持其原子框架的同时，会因量子效应而表现出电流流动的改变，这表明其在用于监测极端环境（如聚变装置）中伽马射线对材料和设备造成的损伤的传感器方面具有巨大潜力。
工作原理：在发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》的一项研究中，研究人员制造了宽度为九个原子、厚度为一个原子、长度约为45纳米的石墨烯纳米带。这些纳米带被暴露于钴-60源的伽马辐射下。研究人员测试了三种暴露时长——180分钟、近7小时和超过18小时——之后重新评估了它们的结构。
“这些器件在暴露后幸存下来并且仍有响应，但它们的电学性能发生了巨大变化，”University of Arizona材料科学与工程助理教授Zafer Mutlu说。“这正是我们希望从传感器中看到的行为。”
根据该大学的一份新闻稿，伽马辐射似乎“微妙地改变了纳米带的边缘”，触发了一种称为Anderson局域化的现象，“该现象将携带电荷的电子束缚在原地，并急剧降低电流。”
Mutlu将此视为一种可置于聚变装置第一壁内部的传感器的坚实基础。如果可行，这些传感器可以提供辐射诱导退化的直接测量，目前这种测量只能通过放置在第一壁外部的传感器间接进行。
其目标是在故障发生前识别出与辐射相关的退化迹象。新闻稿称，这种类型的传感器可以减少代价高昂的检查和维护停机时间。
“实时监测是我们对这个项目的愿景，”Mutlu说。
下一步：需要更多的试验来检验石墨烯纳米带在不同辐射剂量下的行为。该团队还计划探索不同尺寸的纳米带，旨在根据所需的应用优化该器件，其中也可能包括其他辐射监测至关重要的环境，例如深空。
“你可以一个原子一个原子、一个分子一个分子地设计材料，”Mutlu说。“你可以让它不那么敏感、更敏感或不敏感。”