美國國家標準與技術研究所(NIST)研究人員展示了一種新的檢測和測量微量放射性物質放射性的方法——低溫衰變能譜法(DES)，該研究成果已發表于《Metrologia》。此創新技術影響深遠，或可改善癌癥治療、確保核廢料清理安全。
超導傳感器板的特寫，其中包含多個過渡邊緣傳感器(頂行方塊)，可檢測單個放射性衰變事件釋放的能量。圖片來源： M. Carlson/NIST
這項新技術的關鍵在于過渡邊緣傳感器(TES)，這是一種廣泛用于測量輻射特征的高科技設備。TES能記錄單個放射性衰變事件，積累大量數據后，可識別出產生衰變事件的放射性核素。NIST物理學家瑞安·菲茨杰拉德稱，TES比蓋革計數器等探測器先進得多，能讓我們獲得物質的詳細“指紋”。
TES裝置在接近絕對零度的極低溫度下運行。樣品中放射性衰變釋放的能量被TES吸收，導致其電阻發生微小變化，研究人員精確測量電阻變化，提供衰變事件的高分辨率“能量特征”，進而識別特定放射性原子。早期方法難以兼顧測量放射性元素量和識別其中放射性原子，全面表征樣品需多種技術，而DES既能識別放射性元素，又能量化其放射性水平。
當面對一桶放射性液體時，傳統方法可能需要數月才能完成識別和測量，以便安全處理，而使用TES只需幾天就能獲得完整放射性概況。傳統測量放射性需多種方法和復雜程序，還需額外物質，新方法則無需這些，能精確測量微小樣品，使科學家更好監測、使用和保護放射性物質。
NIST 研究員 Ryan Fitzgerald 將一團銦球放在過渡邊緣傳感器 (TES) 芯片上，準備使用 TES 檢測放射源中放射性衰變事件釋放的能量。圖片來源： NIST
研究人員使用專門噴墨裝置，將微量放射性溶液噴灑到布滿納米孔的薄金箔上。通過精確測量噴出溶液質量和干燥樣品放射性，可計算出樣品單位質量的放射性。
這項技術潛在應用前景廣闊。在醫學領域，可確保癌癥治療放射性藥物的純度和效力;在核能領域，能快速識別后處理燃料的放射性成分，加速新型先進反應堆研發。
此研究是“真貝克勒爾”(TrueBq)項目的第一步，該項目旨在改變監測和表征放射性的方式，名稱源于測量放射性衰變的單位，以紀念法國物理學家亨利·貝克勒爾。TrueBq項目旨在開發更全面的測量系統，集成精密質量平衡系統與TES裝置，以前所未有的精度測量放射性物質的質量活度。
新方法相比傳統工作流程改進顯著，有望縮短分析時間、提高準確性。通過TrueBq項目開發的創新成果可增強NIST服務客戶的能力，其提供的校準、標準參考物質等服務都將受益。
雖然TrueBq目前專注于改進NIST自身測量技術，但研究人員期望未來開發出更便攜、用戶友好的系統版本，部署于醫學、環境清理和核廢料管理等領域。
