Des chercheurs des laboratoires nationaux Sandia ont identifié un changement direct dans la formule du plastique de détection des radiations. Le changement empêche "la buée, " qui réduit la durée de vie des plastiques utilisés pour détecter les matières nucléaires transitant par les détecteurs de rayonnement du département américain de la Sécurité intérieure.

Le changement s'intègre également bien dans les processus de fabrication existants pour le plastique, les fabricants ont donc pu augmenter rapidement leur production pour fabriquer de grandes feuilles capables de remplacer les détecteurs de buée.

Ces détecteurs de rayonnement sont des feuilles de plastique polyvinyltoluène (PVT), 2 pouces d'épaisseur et 6 à 8 pieds de haut, déployés dans les voies de circulation aux points d'entrée. Le composant de détection dans le plastique est une molécule fluorescente qui brille lorsque le rayonnement frappe le matériau. Des collecteurs de lumière montés sur le dessus de la feuille recueillent la lumière des molécules incandescentes; la quantité de lumière qu'ils enregistrent reflète la quantité et l'énergie du rayonnement qui frappe le matériau, le nombre de particules lumineuses provenant de la molécule fluorescente et l'efficacité du transport de la lumière à travers le plastique.

"Pour des mesures de rayonnement fiables, il est de la plus haute importance que le matériau soit optiquement transparent et le reste pendant des décennies, ", a déclaré le scientifique des matériaux de Sandia, Nick Myllenbeck.

Cependant, les analystes qui utilisent le PVT ont remarqué que les performances de détection des radiations du plastique commençaient à se dégrader après que le plastique ait passé quelques années sur le terrain. A l'oeil, ils ont vu ce qui semblait être des gouttelettes de brouillard se former à l'intérieur du matériau. Ces gouttelettes ont dispersé la lumière des molécules incandescentes et ont empêché une partie de la lumière d'atteindre les détecteurs, réduire la sensibilité du détecteur dans le temps.

La microscopie révèle la source du brouillard

Pour savoir comment éviter cette buée, Chercheurs de Sandia, travailler avec des collègues de Lawrence Livermore, Laboratoires nationaux Pacific Northwest et Oak Ridge, d'abord besoin de savoir comment le brouillard s'est formé. Ils soupçonnaient qu'il apparaissait dans le matériau un peu comme dans l'air - par condensation d'eau lorsque la température de l'air baisse pendant la nuit.

Les chercheurs ont placé de petits échantillons de plastique PVT détecteur de rayonnement dans une chambre humide et ont fait passer la température de chaud à froid pour imiter les températures diurnes et nocturnes. Les échantillons n'ont absorbé qu'environ 0,03 % d'eau en masse, mais pendant les cycles de refroidissement, les chercheurs ont vu des gouttelettes ressemblant à du brouillard apparaître dans le matériau.

Lorsqu'ils ont examiné le matériau au microscope optique, cependant, ils ont réalisé que les gouttelettes étaient des défauts microscopiques du plastique causés par l'eau condensée absorbée par l'air.

Ils ont finalement réalisé que les défauts se sont formés en deux phases. Pendant les premiers cycles chauds et froids, les défauts de type brouillard semblent être complètement réversibles lors du chauffage ou du séchage du plastique. Cependant, si l'eau reste dans le plastique et que le matériau subit suffisamment de cycles de température, les défauts grandissent et deviennent permanents. Les deux types de défauts peuvent nuire aux performances des scintillateurs plastiques sur le terrain, a noté Myllenbeck.

Formule anti-buée facile à produire à grande échelle pour les fabricants

Une fois que les chercheurs ont su comment le brouillard s'est formé, ils ont émis l'hypothèse qu'ils pourraient ajouter un composant chimique au plastique pour empêcher l'eau de former des défauts à l'intérieur. Les scientifiques des matériaux de Sandia et Lawrence Livermore, partageant le financement du Department of Homeland Security Countering Weapons of Mass Destruction Office, expérimenté avec divers additifs pour stabiliser l'eau au moyen de liaisons hydrogène à l'additif.

A Sandia, Myllenbeck et ses collègues ont commencé avec la formule PVT actuelle et ont ajouté un ingrédient :un additif disponible dans le commerce qui peut interagir favorablement à la fois avec l'eau et la matrice plastique. Lorsqu'ils ont testé le nouveau matériau dans des conditions de température et d'humidité accélérées, les chercheurs n'ont vu aucun signe de buée après des dizaines de cycles. En revanche, le plastique standard s'embuerait sévèrement après un seul cycle. Myllenbeck soupçonne que l'eau à l'intérieur du plastique s'accroche à l'additif plutôt qu'à d'autres molécules d'eau, qui empêche la formation de gouttelettes, et donc des défauts de diffusion de la lumière.

"Ce changement d'ingrédient est un énorme avantage pour les fabricants, " dit-il. " Ils n'ont qu'à ajouter une petite quantité de ce composé à leur formule existante, avec des modifications mineures du processus, pour produire un matériau antibuée qui fonctionne de manière identique au plastique existant."

En guise de démonstration d'évolutivité, une propriété qui avait auparavant échappé à l'équipe multi-labs, un fabricant de PVT travaillant avec l'équipe multilab a produit de nombreuses pièces à l'échelle 2/3 avec la nouvelle formule. Ils prévoient dans les prochains mois de fabriquer des panneaux à grande échelle adaptés au déploiement sur le terrain, a ajouté Myllenbeck.