研究人员发现检测塑料辐射新方法,适合现有塑料制造工艺

桑迪亚国家实验室的研究人员发现了一种可以直接检测塑料辐射的方法。这一改变防止了“雾化”,也非常适合现有的塑料制造工艺,因此制造商已经能够迅速扩大生产规模,以制造能够代替雾化探测器的大片材。

桑迪亚国家实验室的材料科学家尼克·迈伦贝克(Nick Myllenbeck)检查了用于检测放射性物质的发光塑料。

研究背景

这些辐射探测器是厚度为2英寸,高度为6到8英尺的聚乙烯甲苯(PVT)塑料薄片,部署在进入港口的行车道上。塑料中的检测成分是荧光分子,当辐射撞击材料时会发光。

安装在薄板顶部的聚光器收集发光分子发出的光。它们记录的光量反映了撞击材料的辐射量和能量,来自荧光分子的光粒子的数量以及光通过塑料的传输效率。

桑迪亚材料科学家尼克·迈伦贝克(Nick Myllenbeck)说:“对于可靠的辐射测量,最重要的是材料必须是光学透明的,并且要保持数十年不变。”

但是,使用PVT的分析人员注意到,在塑料使用了几年之后,塑料的辐射检测性能开始下降。通过肉眼,他们看到了似乎在材料内部形成的雾滴。这些小滴将发光分子发出的光散射,阻止了一些光到达检测器,从而随着时间的推移降低了检测器的灵敏度。

显微镜显示雾源

为了弄清楚如何防止这种起雾,桑迪亚的研究人员首先与劳伦斯·利弗莫尔,西北太平洋和橡树岭国家实验室的同事合作,首先需要了解起雾的方式。他们怀疑它会像空气中的物质一样出现在材料中,因为空气温度会在一夜之间下降,水会凝结。

研究人员将少量检测辐射的PVT塑料样品放在潮湿的房间中,然后将温度从暖到凉循环到模仿白天和晚上的温度。样品吸收的水仅占质量的0.03%,但是在冷却周期中,研究人员发现材料中出现了雾状液滴。

然而,当他们在光学显微镜下检查材料时,他们意识到液滴是塑料中的微小缺陷,这是由于从空气中吸收的冷凝水引起的。

他们最终意识到缺陷分两个阶段形成。在最初的几个温热循环中,在加热或干燥塑料后,雾状缺陷似乎是完全可逆的。但是,如果水残留在塑料中,并且材料经受了足够的温度循环,则缺陷会增长并永久化。Myllenbeck指出,这两种缺陷类型都会对塑料闪烁体的性能产生不利影响。

非雾配方易于制造商大规模生产

一旦研究人员知道了雾是如何形成的,他们就假设可以向塑料中添加化学成分,以防止水在内部形成缺陷。

来自桑迪亚(Sandia)和劳伦斯·利弗莫尔(Lawrence Livermore)的材料科学家分享了来自国土安全部打击大规模毁灭性武器的武器的资金,他们尝试了各种添加剂,通过与添加剂的氢键作用来稳定水。

在桑迪亚,Myllenbeck和他的同事从当前的PVT配方开始,并添加了一种成分:一种可在市场上买到的添加剂,它可以与水和塑料基质良好地相互作用。

当他们在加速的温度和湿度条件下测试这种新材料时,研究人员在数十次循环后都没有看到任何起雾的迹象。相反,标准塑料仅在一个循环后就会起雾严重。

迈伦贝克怀疑塑料内部的水会粘附在添加剂上,而不是其他水分子上,这会阻止液滴形成,从而阻止光散射缺陷。

他说:“这一成分的改变对制造商来说是一个巨大的优势。” “他们只需要在现有配方中添加少量这种化合物,就可以对工艺进行少量修改,以生产出与现有塑料性能相同的无雾材料。”

作为可扩展性的证明,以前是多实验室团队无法掌握的特性,与多实验室团队合作的PVT制造商已经使用新配方生产了许多2/3比例零件。Myllenbeck补充说,他们计划在接下来的几个月中使全尺寸面板适合现场部署。

文章来源:phys.org

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