Исследовательская группа из Университета Турку, Финляндия, в течение многих лет изучала уникальный природный минерал хакманит и его свойства. Они разработали метод синтеза хакманита и создали множество приложений, использующих изменяющие цвет и люминесцентные свойства материала. В настоящее время группа, например, разрабатывает неэлектронный дозиметр ультрафиолетового излучения на основе хакманита, который будет испытан на Международной космической станции. Радиационное облучение в космосе можно измерить, наблюдая за изменением цвета хакманита с белого на розовый, вызванным ультрафиолетовым излучением.

Теперь исследователи также исследовали, как синтетический хакманит реагирует при воздействии альфа-частиц, бета-частиц (позитронов) или гамма-излучения. Они обнаружили, что хакманит также меняет цвет под воздействием этих типов излучения, что означает, что он также является радиохромным материалом. Ранее это было неизвестно.

Воздействие радиации изучалось в лаборатории шведских партнеров в Умео, лаборатории Финского управления по радиационной и ядерной безопасности и лаборатории радиохимии Университета Турку путем размещения пластин хакманита на разных расстояниях от источников излучения в течение различных периодов времени, что подвергало их воздействию различных доз радиации.

"После этого образцы были сфотографированы и измерены спектры их отражения, чтобы получить информацию об их глубине цвета и о том, была ли окраска похожа на образцы, подвергшиеся воздействию, например, ультрафиолетового света и рентгеновских лучей. Изменение цвета при воздействии ядерного излучения было очень похоже на воздействие ультрафиолетового излучения и рентгеновских лучей, но медленнее, из-за того, что большая часть этого излучения проходит через материал, не воздействуя на него", - говорит докторант-исследователь Сами Вуори.

Изменение цвета хакманита одинаково при всех радиационных воздействиях, но наблюдалась небольшая разница в спектрах образцов, подвергшихся воздействию ядерного излучения. По мнению исследователей, это стало ключом к открытию новой функции.

Исследователи обнаружили новое интеллектуальное свойство - память гамма-облучения позволяет использовать детекторы нетоксичного излучения на основе хакманита.

Исследователи заметили, что хакманит, окрашенный с помощью ядерного излучения, может быть возвращен к своему первоначальному цвету аналогично тому, который был подвергнут воздействию ультрафиолетового излучения и рентгеновских лучей, то есть путем нагревания материала или воздействия на него белого света.

"Мы заметили, что хакманит, однако, сохранит в памяти следы воздействия высокоэнергетического излучения, такого как альфа-частицы или гамма-излучение. Трассировка памяти сохранится даже при возврате цвета к исходному. Это становится видимым, когда образец снова окрашивается с помощью УФ-лампы. Невооруженным глазом цвет похож на материал, подвергшийся воздействию ультрафиолетового излучения или рентгеновских лучей, но спектрометрия выявляет небольшое, но отчетливое изменение формы сигнала", - говорит руководитель исследовательской группы профессор Мика Ластусаари.

С помощью результатов вычислений исследователи смогли убедиться, что ядерное излучение создает новый тип структурного дефекта в хакманите. Этот дефект действует как определенный тип запоминающего устройства в материале. Излучение не разрушает хакманит, но предлагает новый тип интеллектуальной функции - память гамма-облучения, которая, по словам исследователей, не была обнаружена ни в одном другом материале. Несмотря на память о гамма-воздействии и структурный дефект, одно из основных интеллектуальных свойств хакманита - способность многократно менять цвет - остается неизменным.

"Изменение цвета при ядерном излучении означает, что хакманит может быть использован для создания радиохромных пленок, регулярно используемых в различных областях медицинской физики для измерения доз облучения и составления карт распределения доз. Современные радиохромные пленки обычно изготавливаются из полидиацетиленов или лейкомалахитового зеленого и либо не подлежат повторному использованию, либо токсичны. Хакманиты предлагают нетоксичный вариант, который можно использовать повторно. Более того, хакманит обладает свойством запоминания, которого нет у других материалов. Хакманит также является экологичным и недорогим материалом, который легко синтезировать", - говорит Ластусаари.

Исследование было проведено Группой по исследованию интеллектуальных материалов, исследовательской группой по радиохимии и физическим факультетом Университета Турку, а вычисления были выполнены в Университете Клода Бернара Лион 1, Франция. В международный исследовательский консорциум также входили Минералогическое общество Антверпена, Бельгия, университеты Тампере и Ювяскюля, Финляндия, и Шведское агентство оборонных исследований.