米国メリーランド大学の物理学者グループによると、将来的には港湾との間で密かに輸送される放射性物質をレーザーで検出できるようになるかもしれないという。
研究者たちは、「電子なだれ」と呼ばれる技術を用いて、放射性崩壊から放出される粒子を検知できる概念実証法を説明しています。このプロセスは少し複雑で、複数のステップで構成されています。
赤外線レーザービームを放射性物質の近くに照射することから始まります。ウランやトリウムなどの放射性物質は、時間の経過とともに原子核からアルファ粒子を放出して崩壊します。アルファ粒子は近くの空気分子から電子を奪い、イオン化します。研究者たちはこれらの自由電子を「シード電子」と呼び、近くの酸素分子に素早く付着します。
ここでレーザーの出番です。赤外線レーザーは、酸素分子に弱く結合した種電子をイオン化します。レーザーのエネルギーによってこれらの電子は加速され、空気中の他の分子と衝突してイオン化し、自由電子の雪崩を引き起こします。
「雪崩現象を簡単に説明すると、1回の衝突で電子が2個になるというものです」と、今月Science Advances誌に掲載された論文の共著者であり、メリーランド大学（UMD）の物理学・電気・コンピュータ工学教授であるハワード・ミルヒバーグ氏は述べています。「その後、これが再び起こり、電子は4個になります。そして、この一連の現象が連鎖的に起こり、最終的に完全な電離状態となり、系内のすべての原子から少なくとも1つの電子が除去されます。」
レーザーの進路上にある空気はイオン化され、レーザービーム内の光子に影響を与えます。これらの光子の一部は、イオン化された空気分子との衝突で反射・後方散乱し、シリコンフォトダイオード検出器に到達します。後方散乱光のスペクトルはソフトウェアによって処理され、シード電子の密度に関する詳細情報が明らかにされ、放射能レベルが決定されます。
2000年以降にグランドキャニオンを訪れたことがある？素晴らしい写真が撮れるだろう。そして、ほんの少しだけ不要な放射線を浴びているかもしれない。
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「放射能がなければ種電子は存在しないので、雪崩破壊は起こりません」と、論文の筆頭著者であり、メリーランド大学物理学科卒のロバート・シュワルツ氏はThe Register紙に説明した。「放射性物質を注入すると種電子が存在するので、破壊の様子を観察できます。これは非常に感度の高い手法です。1マイクログラムのコバルト60のような微弱な放射源でも、検出可能なレベルの空気イオン化が発生します。」
現時点では、この技術は最大1メートル離れたところから放射性物質を測定することしかできないため、ガイガーカウンターを使用するなどの現在の方法と比べてまだそれほど進歩しているとは言えません。
しかしシュワルツ氏は、このプロセスをスケールアップすれば、より強力なレーザーパルスを使用すれば、その距離は10メートル、あるいは100メートルにまで延長できると見積もった。「私たちの方法の利点は、本質的に遠隔プロセスであることです。さらに開発を進めれば、サッカー場ほどの長さの箱の中にある放射性物質を検出できるかもしれません。」
彼は、おそらく10年ほどで、このようなシステムをバンに搭載できるようになるだろうと考えていました。「トラックを駐車できる場所ならどこでも、このようなシステムを導入できます。これは港湾における活動を監視するための非常に強力なツールとなるでしょう。」®
