Placche di Hackmanite che hanno cambiato colore in seguito alle radiazioni nel laboratorio dell'Autorità finlandese per le radiazioni e la sicurezza nucleare. Le lastre mostrano il colore più intenso all'aumentare della dose di radiazione:più breve è la distanza, maggiore è la dose e più intenso il colore. Na, Br, K, Rb e Li sono diversi tipi di hackmanite. Credito:Università di Turku
I ricercatori dell'Università di Turku, in Finlandia, hanno studiato a lungo le proprietà di cambiamento di colore dell'hackmanite minerale naturale dopo l'esposizione ai raggi UV o ai raggi X. Ora, il gruppo di ricerca sta studiando le reazioni dell'hackmanite sintetica alle radiazioni nucleari. I ricercatori hanno scoperto una nuova qualità intelligente unica nel suo genere, la memoria di esposizione gamma, che consente l'uso dell'hackmanite come, ad esempio, un rilevatore di radiazioni.
Il gruppo di ricerca ha studiato per anni l'unico minerale naturale hackmanite e le sue proprietà. Hanno sviluppato un metodo per sintetizzare l'hackmanite e creato numerose applicazioni che utilizzano le proprietà di cambio colore e luminescenza del materiale. Al momento, il gruppo sta sviluppando ad esempio un dosimetro di radiazione UV non elettronico basato su hackmanite, che sarà testato presso la Stazione Spaziale Internazionale. L'esposizione alle radiazioni nello spazio può essere misurata osservando il cambiamento di colore dell'hackmanite da bianco a rosa causato dai raggi UV.
I ricercatori hanno ora studiato anche come reagisce l'hackmanite sintetica quando viene esposta a particelle alfa, particelle beta (positroni) o radiazioni gamma. Hanno scoperto che anche l'hackmanite cambia colore dall'esposizione a questi tipi di radiazioni, il che significa che è anche un materiale radiocromatico. Questo era precedentemente sconosciuto.
L'impatto della radiazione è stato studiato nel laboratorio dei partner svedesi a Umeå, nel laboratorio dell'Autorità finlandese per le radiazioni e la sicurezza nucleare e nel laboratorio di radiochimica dell'Università di Turku posizionando piastre di hackmanite a diverse distanze dalle sorgenti di radiazioni per periodi variabili di tempo, che li ha esposti a diverse dosi di radiazioni.
"Dopodiché, i campioni sono stati fotografati e i loro spettri di riflettanza sono stati misurati per fornire informazioni sulla loro profondità di colore e se la colorazione fosse simile ai campioni esposti, ad esempio, alla luce UV e ai raggi X. Il cambiamento di colore dopo l'esposizione alle radiazioni nucleari è stato molto simile alle radiazioni UV e alle esposizioni ai raggi X, ma più lenta, a causa della maggior parte di questa radiazione che passa attraverso il materiale senza urtarlo", afferma il ricercatore di dottorato Sami Vuori.
Il cambiamento di colore nell'hackmanite è simile in tutte le esposizioni alle radiazioni, ma c'era una leggera differenza negli spettri dei campioni esposti alle radiazioni nucleari. Secondo i ricercatori, questa è stata la chiave per scoprire una nuova funzionalità.
La memoria di esposizione gamma abilita rilevatori di radiazioni non tossiche basati su hackmanite
I ricercatori hanno notato che l'hackmanite che era stata colorata utilizzando radiazioni nucleari può essere ripristinata al suo colore originale in modo simile a quello esposto ai raggi UV e ai raggi X, cioè riscaldando il materiale o esponendolo alla luce bianca.
"Abbiamo notato che l'hackmanite conserverà comunque una traccia di memoria dell'esposizione a radiazioni ad alta energia come particelle alfa o radiazioni gamma. La traccia di memoria rimarrà anche quando il colore viene ripristinato all'originale. Diventa visibile quando il campione viene colorato di nuovo utilizzando una lampada UV. Ad occhio nudo, il colore è simile al materiale esposto ai raggi UV o ai raggi X, ma la spettrometria rivela un piccolo ma netto cambiamento nella forma del segnale", afferma il leader della ricerca gruppo, Professor Mika Lastusaari.
Con risultati computazionali, i ricercatori potrebbero verificare che le radiazioni nucleari creano un nuovo tipo di difetto strutturale nell'hackmanite. Questo difetto agisce come un certo tipo di unità di memoria nel materiale. La radiazione non distrugge l'hackmanite, ma offre un nuovo tipo di funzione intelligente, la memoria di esposizione gamma, che secondo i ricercatori non è stata rilevata in nessun altro materiale. Nonostante la memoria di esposizione gamma e il difetto strutturale, una delle proprietà intelligenti di base dell'hackmanite, la capacità di cambiare colore ripetutamente, rimane la stessa.
"Il cambiamento di colore delle radiazioni nucleari significa che l'hackmanite può essere utilizzata per creare pellicole radiocromatiche regolarmente utilizzate in diverse applicazioni della fisica medica per misurare le dosi di radiazioni e mappare la distribuzione della dose. Le attuali pellicole radiocromatiche sono solitamente prodotte da polidiacetileni o verde leucomalachite e sono o non riutilizzabile o tossico. L'hackmanite offre un'opzione non tossica che può essere utilizzata ripetutamente. Inoltre, l'hackmanite ha una proprietà di memoria che manca ad altri materiali. L'hackmanite è anche un materiale ecologico ed economico che è facile da sintetizzare", afferma Lastusaari.
Lo studio è stato condotto dall'Intelligent Materials Research Group, dal gruppo di ricerca radiochimica e dal Dipartimento di Fisica dell'Università di Turku, ei calcoli sono stati effettuati presso l'Università Claude Bernard Lyon 1, in Francia. Il consorzio di ricerca internazionale comprendeva anche la Società mineralogica di Anversa, in Belgio, le università di Tampere e Jyväskylä, in Finlandia, e l'Agenzia svedese per la ricerca sulla difesa.
Lo studio è stato pubblicato a settembre sulla rivista Materials Horizons . + Esplora ulteriormente
