Širenje radioaktivnih izotopa iz nuklearne elektrane Fukushima Daiichi 2011. i opravdani strah od mogućeg ispuštanja zračenja iz nuklearnog kompleksa Zaporižja nagnali su stručnjake da pokušaju osmisliti što učinkovitiji i pouzdaniji način otkrivanja i praćenja radioaktivnih izotopa. 

Nadahnuti popularnom računalnom igrom Tetris, istraživači MIT-a i američkog Nacionalnog laboratorija Lawrence Berkeley (LBNL) osmislili su način kojim se vrlo precizno može odrediti smjer kretanja zračenja. A pomicanjem senzora radi višestrukih očitanja može se točno odrediti i fizička lokacija izvora. Nalazi tima, koji bi se vjerojatno mogli primijeniti i na detektore drugih vrsta zračenja, opisani su u časopisu Nature Communications.  

Složeni algoritam

Zračenje se obično detektira korištenjem poluvodičkih materijala, kao što je kadmij cink telurid, koji proizvode električni odgovor kad ih pogodi zračenje visoke energije poput gama zraka. Zračenje lako prodire kroz materiju zbog čega je teško odrediti smjer iz kojeg dolazi signal došao. Zbog toga Geigerovi brojači ispuštaju zvuk kad očitaju zračenje, bez razlučivanja energije ili vrste. No, želite li otkriti izvor zračenja morate se s uređajem kretati uokolo u potrazi za najjačim zvukom, slično kao što se to radi s ručnim detektorima metala. 

Kako bi otkrili točne informacije bez približavanja po život opasnom izvoru, istraživači koriste niz rešetki detektora s drugom mrežom, maskom koja utiskuje uzorak koji se razlikuje ovisno o smjeru izvora, a složeni algoritam tumači različita vremena i intenzitete signala koje prima svaki zasebni detektor ili piksel. 

Konfiguracije četiri piksela

Tipični detektorski nizovi za očitavanje smjera izvora zračenja su veliki i skupi i uključuju najmanje 100 piksela u nizu 10 x 10. Međutim, istraživači su sad otkrili kako korištenje samo četiri piksela raspoređenih u oblik figura iz Tetrisa mogu dati rezultate koji nisu ništa manje precizni od onih koje daju veliki, skupi sustavi. Ključ je u pravilnoj kompjutoriziranoj rekonstrukciji kutova dolaska zraka na temelju vremena u kojem senzori detektiraju signal i njegov relativni intenzitet, sve vođeno umjetnom inteligencijom.

Od različitih konfiguracija četiriju piksela — kvadrata, slova S, J ili T — najpreciznije rezultate daje niz u obliku slova S. Ovaj niz je dao očitanja smjera koja su bila točna do unutar jednog stupnja, ali sva tri nepravilna oblika imala su bolje rezultate od kvadrata. Sustav djeluje kad se između piksela postavi kakav izolacijski materijal poput olovne ploče čime se povećava kontrast između očitanja zračenja koja dolaze u detektor iz različitih smjerova. 

Višenamjenski uređaj

Postoje dakako i druge verzije pojednostavljenih nizova za detekciju zračenja, ali mnoge su učinkovite samo kad zračenje dolazi iz jednog lokaliziranog izvora. Višestruki izvori ili oni koji rašireni u svemiru lako ih mogu ih zbuniti, dok se verzija temeljena na Tetrisu dobro nosi s takvim situacijama, kažu istraživači koji su svoje tvrdnje dokazali testom.

I mada su se u svojoj studiji usredotočili na izvore gama zraka, ovaj uređaj nije ograničen na određene valne duljine pa se može koristiti i za neutrone ili drugo elektromagnetsko zračenje, poput ultraljubičaste svjetlosti.