Команда исследователей из Университета Ханьян (https://www.hanyang.ac.kr/web/eng), Сеул, распечатала на 3D-принтере пластиковые сцинтилляторы, способные детектировать гамма-излучение с высокой эффективностью. Печатные детали DLP были протестированы на имеющемся в продаже сцинтилляторе BC408, в результате команда обнаружила, что их детектор показал аналогичное время затухания и внутреннюю эффективность обнаружения. Теперь исследователи хотели бы продолжить исследования и сформулировать новый рецепт смолы, который создает детали с высокой плотностью и еще более высокой эффективностью обнаружения в присутствии гамма-излучения.
Сцинтиллятор - довольно простой инструмент для обнаружения и измерения ионизирующего излучения. Он основан на эффекте возбуждения падающего излучения на сцинтиллирующий материал, в результате чего материал испускает видимый свет в присутствии ионизирующих лучей. Результирующие импульсы света могут быть точно измерены, чтобы дать представление о количестве излучения в непосредственной близости.
При работе с материалами, которые имеют более низкую эффективность обнаружения, решение состоит в том, чтобы просто использовать большую площадь поверхности, так как это может компенсировать потерю свечения. Однако после определенного момента это становится громоздким и непрактичным, поэтому речь идет о поиске среднего уровня.
Исследователи в прошлом фактически использовали 3D-печать при изготовлении пластиковых сцинтилляторов для целей обнаружения излучения. К сожалению, эти сцинтилляторы редко соответствуют характеристикам коммерчески доступных, с эффективностью в области около 70% при непосредственном сравнении. Несмотря на это, свобода проектирования, возможности использования нескольких материалов, экономия времени и низкие затраты по-прежнему делают аддитивное производство достойным исследования.
Команда начала с разработки специального рецепта для сцинтилляционной фотополимерной смолы. Материал основан на акриловом мономере с нафталином в качестве растворителя. Сами сцинтилляторы были напечатаны на 3D-принтере ASIGA PICO2 UV DLP. После того, как образцы были подготовлены, они были быть проверены на время распада и эффективность и сравнены с имеющимся в продаже сцинтиллятором - BC408.
Оба сцинтиллятора подвергались воздействию источника цезия-137 в течение контролируемого периода времени, что приводило к падающему гамма-излучению с энергией 662 кэВ. На трехмерных печатных деталях среднее время затухания составило 15,6 наносекунд, то есть время между начальным возбуждением и испусканием фотонов. Они также обладали внутренней эффективностью обнаружения 6,81%, то есть вероятностью того, что любой данный гамма-луч будет реагировать с материалом и обнаруживаться.
Хотя измеренные значения могут показаться низкими, оба они были очень тесно связаны с отраслевым стандартом сцинтиллятора BC408. Результаты привели исследователей к выводу, что их смолистые параметры и параметры печати могут быть использованы для целей быстрого определения времени и в средах с высокими скоростями счета - все это в рентабельной и настраиваемой упаковке.
Дальнейшие подробности исследования можно найти в статье «Эффективность 3D-печатных пластиковых сцинтилляторов для обнаружения гамма-излучения» (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1738573319308071).
Аддитивное производство датчиков и детекторов действительно начало набирать обороты в академическом сообществе. Недавно группа исследователей из Вашингтонского университета (https://www.washington.edu/) и Национальной лаборатории Sandia (https://www.sandia.gov/) 3D напечатала работающий детектор окиси углерода. Ученые украсили сенсорную среду из восстановленного оксида графена (rGO) печатным полупроводниковым катализатором на основе диоксида олова (SnO2), создав детектор, который функционировал при комнатной температуре с быстрым временем отклика.
В другом месте, в Китае, исследователи 3D напечатали гибкий датчик движения, используя технологию DLP потребительского уровня. Носимый датчик основан на прочном и проводящем полимерном гидрогеле с впечатляющим набором механических и электропроводящих свойств.