會員登錄
科學探索：萬億分之一的探測精度
打賞
推廣
科學探索：萬億分之一的探測精度
圖片來源：pixabay
十億分之一的濃度相當於在10噸薯片中的一小撮鹽，如今科學家可以在比這個濃度還要低數百萬倍的環境中檢測放射性粒子。在發表於《分析原子光譜學雜誌》（Journal of Analytical Atomic Spectrometry）的一項研究中，研究人員成功檢測到混雜在1萬億個其他原子中的放射性鈾原子和釷原子。
這項成果對粒子物理學具有重要意義。因為實驗室設備中往往含有金等金屬物質，在自然條件下，這些金屬中會出現微量的放射性元素。盡管含量很低，但這些放射性粒子會限製粒子檢測器的靈敏度，而被檢測的異常粒子中就包括了可能會組成暗物質的粒子。探測器中的微量放射性雜質可能會被誤認為是異常粒子的信號，從而讓整個實驗前功盡棄。
“在開展任何研究工作之前，我們需要保證所使用的材料中含有的雜質盡可能少。”米歇爾·多林斯基（Michelle Dolinski，並未參與這項研究）表示。多林斯基是美國德雷克塞爾大學和富氙觀測站（Enriched Xenon Observatory）的一名粒子物理學家。她主要從事罕見粒子的搜尋工作。
圖片來源：pixabay
“物理學的需求的確推動了化學的發展。”西北太平洋國家實驗室（Pacific Northwest National Laboratory）的化學家埃裏克·霍庇（Eric Hoppe，這項研究的共同作者）表示。他和其他研究員通過質譜技術（一種利用粒子質量差異區分不同粒子的技術）從金屬樣品中檢測出了低濃度的放射性釷原子和鈾原子。
西北太平洋國家實驗室的化學家卡哈多佳·哈魯卡（Khadouja Harouaka，這項研究的第一作者）解釋了研究路線。首先，科學家需要讓放射性原子比其他金屬原子更重。為了實現這一點，他們將金屬樣品加熱，使其化學性質變得非常活潑，然後再將樣品放入氧氣腔中。如果樣品中存在釷元素或鈾元素，其中的放射性粒子將和氧氣結合，形成在質譜儀上可以辨認的大分子。接下來，科學家對這些被氧化的放射性粒子進行計數，並計算出放射性粒子的初始濃度。這些數據可以表明金屬材料可能會引入多大劑量的輻射值。
此前，大多數粒子檢測技術都需要針對不同的金屬材料相應地修改檢測方法，而這項新技術可以對不同材料采取同樣的處理步驟。霍庇說：“就像是打開了一個調色盤一樣，各種材料都可以用這種方法進行檢測。”
圖片來源：pixabay
物理學家普裏西拉·庫什曼（Priscilla Cushman，並未參與這項研究）在明尼蘇達大學和超低溫暗物質搜尋（Super Cryogenic Dark Matter Search）實驗組工作。庫什曼表示，材料的選擇對粒子探測器的設計至關重要。她介紹說：“暗物質實驗由許多功能不同的小組件組成，導熱導電材料，甚至是絕熱絕緣材料都必須是完全不含輻射的。”每種通過檢測的金屬都可以被考慮用作探測器的組件。當談到未來的研究計劃時，霍庇表示：“我們將繼續檢查所有可能具有放射性的材料。這次的研究已經向前邁出了漂亮的一步。”
撰文：卡爾梅拉·帕達維奇·卡拉漢（Karmela Padavic-Callaghan）
翻譯：董子晨曦
引進來源：環球科學
關注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回複【最新活動】，了解近期科普活動
回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】，了解最新科普研學營
回複【科普課堂】，了解最新科普課堂
回複【科普書籍】，了解最新科普書籍
回複【團體定製】，了解最新團體定製活動
回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】，學習觀鳥相關科普星空体育官网入口网站
回複【博物學院】，了解更多博物學院活動詳情
圖片來源：pixabay
十億分之一的濃度相當於在10噸薯片中的一小撮鹽，如今科學家可以在比這個濃度還要低數百萬倍的環境中檢測放射性粒子。在發表於《分析原子光譜學雜誌》（Journal of Analytical Atomic Spectrometry）的一項研究中，研究人員成功檢測到混雜在1萬億個其他原子中的放射性鈾原子和釷原子。
這項成果對粒子物理學具有重要意義。因為實驗室設備中往往含有金等金屬物質，在自然條件下，這些金屬中會出現微量的放射性元素。盡管含量很低，但這些放射性粒子會限製粒子檢測器的靈敏度，而被檢測的異常粒子中就包括了可能會組成暗物質的粒子。探測器中的微量放射性雜質可能會被誤認為是異常粒子的信號，從而讓整個實驗前功盡棄。
“在開展任何研究工作之前，我們需要保證所使用的材料中含有的雜質盡可能少。”米歇爾·多林斯基（Michelle Dolinski，並未參與這項研究）表示。多林斯基是美國德雷克塞爾大學和富氙觀測站（Enriched Xenon Observatory）的一名粒子物理學家。她主要從事罕見粒子的搜尋工作。
圖片來源：pixabay
“物理學的需求的確推動了化學的發展。”西北太平洋國家實驗室（Pacific Northwest National Laboratory）的化學家埃裏克·霍庇（Eric Hoppe，這項研究的共同作者）表示。他和其他研究員通過質譜技術（一種利用粒子質量差異區分不同粒子的技術）從金屬樣品中檢測出了低濃度的放射性釷原子和鈾原子。
西北太平洋國家實驗室的化學家卡哈多佳·哈魯卡（Khadouja Harouaka，這項研究的第一作者）解釋了研究路線。首先，科學家需要讓放射性原子比其他金屬原子更重。為了實現這一點，他們將金屬樣品加熱，使其化學性質變得非常活潑，然後再將樣品放入氧氣腔中。如果樣品中存在釷元素或鈾元素，其中的放射性粒子將和氧氣結合，形成在質譜儀上可以辨認的大分子。接下來，科學家對這些被氧化的放射性粒子進行計數，並計算出放射性粒子的初始濃度。這些數據可以表明金屬材料可能會引入多大劑量的輻射值。
此前，大多數粒子檢測技術都需要針對不同的金屬材料相應地修改檢測方法，而這項新技術可以對不同材料采取同樣的處理步驟。霍庇說：“就像是打開了一個調色盤一樣，各種材料都可以用這種方法進行檢測。”
圖片來源：pixabay
物理學家普裏西拉·庫什曼（Priscilla Cushman，並未參與這項研究）在明尼蘇達大學和超低溫暗物質搜尋（Super Cryogenic Dark Matter Search）實驗組工作。庫什曼表示，材料的選擇對粒子探測器的設計至關重要。她介紹說：“暗物質實驗由許多功能不同的小組件組成，導熱導電材料，甚至是絕熱絕緣材料都必須是完全不含輻射的。”每種通過檢測的金屬都可以被考慮用作探測器的組件。當談到未來的研究計劃時，霍庇表示：“我們將繼續檢查所有可能具有放射性的材料。這次的研究已經向前邁出了漂亮的一步。”
撰文：卡爾梅拉·帕達維奇·卡拉漢（Karmela Padavic-Callaghan）
翻譯：董子晨曦
引進來源：環球科學
關注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回複【最新活動】，了解近期科普活動
回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】，了解最新科普研學營
回複【科普課堂】，了解最新科普課堂
回複【科普書籍】，了解最新科普書籍
回複【團體定製】，了解最新團體定製活動
回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】，學習觀鳥相關科普星空体育官网入口网站
回複【博物學院】，了解更多博物學院活動詳情
聽說，打賞我的人最後都找到了真愛。
做科普，我們是認真的！
掃描關注深i科普公眾號
加入科普活動群
- 參加最新科普活動
- 認識科普小朋友
- 成為科學小記者
上一篇：科學研究：骨骼類器官麵世
下一篇：科學探索：顯微鏡追蹤骨骼歸屬
