Des chercheurs de l'Université de Turku, en Finlande, étudient depuis longtemps les propriétés de changement de couleur de l'hackmanite minérale naturelle lors d'une exposition aux rayons UV ou aux rayons X. Maintenant, le groupe de recherche étudie les réactions de l'hackmanite synthétique au rayonnement nucléaire. Les chercheurs ont découvert une mémoire d'exposition gamma unique et innovante de qualité intelligente, qui permet l'utilisation de l'hackmanite comme, par exemple, un détecteur de rayonnement.

Le groupe de recherche a étudié l'hackmanite minérale naturelle unique et ses propriétés pendant des années. Ils ont développé une méthode de synthèse de l'hackmanite et créé de nombreuses applications utilisant les propriétés de changement de couleur et de luminescence du matériau. En ce moment, le groupe développe par exemple un dosimètre de rayonnement UV non électronique à base d'hackmanite, qui sera testé à la Station Spatiale Internationale. L'exposition aux rayonnements dans l'espace peut être mesurée en observant le changement de couleur de l'hackmanite du blanc au rose causé par le rayonnement UV.

Les chercheurs ont également étudié comment l'hackmanite synthétique réagit lorsqu'elle est exposée à des particules alpha, des particules bêta (positrons) ou à un rayonnement gamma. Ils ont découvert que l'hackmanite change également de couleur en raison de l'exposition à ces types de rayonnement, ce qui signifie qu'il s'agit également d'un matériau radiochromique. Ceci était auparavant inconnu.

L'impact du rayonnement a été étudié dans le laboratoire de partenaires suédois à Umeå, le laboratoire de l'Autorité finlandaise de radioprotection et de sûreté nucléaire et le laboratoire de radiochimie de l'Université de Turku en plaçant des plaques de hackmanite à différentes distances des sources de rayonnement pendant des périodes variables de temps, ce qui les a exposés à différentes doses de rayonnement.

"Après cela, les échantillons ont été photographiés et leurs spectres de réflectance ont été mesurés pour fournir des informations sur leur profondeur de couleur et si la coloration était similaire aux échantillons exposés, par exemple, à la lumière UV et aux rayons X. Le changement de couleur lors de l'exposition au rayonnement nucléaire était très similaire aux rayonnements UV et aux rayons X, mais plus lent, car la plupart de ces rayonnements traversent le matériau sans l'impacter », explique le chercheur doctorant Sami Vuori.

Le changement de couleur dans l'hackmanite est similaire dans toutes les expositions aux radiations, mais il y avait une légère différence dans les spectres des échantillons exposés aux radiations nucléaires. Selon les chercheurs, c'était la clé pour découvrir une nouvelle fonctionnalité.

La mémoire d'exposition gamma active les détecteurs de rayonnement non toxiques à base de hackmanite

Les chercheurs ont remarqué que l'hackmanite qui avait été colorée à l'aide d'un rayonnement nucléaire peut retrouver sa couleur d'origine de la même manière que celle exposée aux rayons UV et aux rayons X, c'est-à-dire en chauffant le matériau ou en l'exposant à la lumière blanche.

"Nous avons remarqué que l'hackmanite conservera cependant une trace de mémoire de l'exposition à des rayonnements à haute énergie tels que les particules alpha ou les rayonnements gamma. La trace de mémoire restera même lorsque la couleur est changée pour revenir à l'original. Elle devient visible lorsque l'échantillon est colorée à nouveau à l'aide d'une lampe UV. À l'œil nu, la couleur est similaire à celle du matériau exposé aux rayons UV ou aux rayons X, mais la spectrométrie révèle un changement léger mais distinct dans la forme du signal », explique le responsable de la recherche. groupe, Professeur Mika Lastusaari.

Grâce aux résultats informatiques, les chercheurs ont pu vérifier que le rayonnement nucléaire crée un nouveau type de défaut structurel dans l'hackmanite. Ce défaut agit comme un certain type d'unité de mémoire dans le matériau. Le rayonnement ne détruit pas l'hackmanite, mais offre un nouveau type de fonction intelligente, la mémoire d'exposition gamma, qui, selon les chercheurs, n'a été détectée dans aucun autre matériau. Malgré la mémoire d'exposition gamma et le défaut structurel, l'une des propriétés intelligentes de base de l'hackmanite, la capacité de changer de couleur à plusieurs reprises, reste la même.

"Le changement de couleur lors du rayonnement nucléaire signifie que l'hackmanite peut être utilisée pour créer des films radiochromiques régulièrement utilisés dans différentes applications de la physique médicale pour mesurer les doses de rayonnement et cartographier la distribution des doses. Les films radiochromiques actuels sont généralement fabriqués à partir de polydiacétylènes ou de vert leucomalachite et sont soit non réutilisable ou toxique. Les hackmanites offrent une option non toxique qui peut être utilisée à plusieurs reprises. De plus, l'hackmanite a une propriété de mémoire qui manque à d'autres matériaux. L'hackmanite est également un matériau écologique et peu coûteux qui est facile à synthétiser », explique Lastusaari.

L'étude a été menée par le Groupe de recherche sur les matériaux intelligents, le groupe de recherche en radiochimie et le Département de physique de l'Université de Turku, et les calculs ont été effectués à l'Université Claude Bernard Lyon 1, France. Le consortium de recherche international comprenait également la Société minéralogique d'Anvers, en Belgique, les universités de Tampere et de Jyväskylä, en Finlande, et l'Agence suédoise de recherche pour la défense.

L'étude a été publiée en septembre dans la revue Materials Horizons . + Explorer plus loin

L'hackmanite minérale naturelle permet une nouvelle méthode d'imagerie par rayons X