作者:卡伦·海德，太平洋西北国家实验室 哈杜亚·哈鲁阿卡(坐着)和艾萨克·阿恩奎斯特在一个超干净的实验室里准备样品，这对于确保准确的质谱测量是必要的
信用:安德里亚·斯塔尔|太平洋西北国家实验室 除非在家庭检查中发现氡气，否则大多数人仍然幸福地不知道像花岗岩、金属矿石和一些土壤这样的岩石含有天然的辐射源
在大多数情况下，低水平的辐射不是健康问题
但是一些科学家和工程师甚至担心微量的辐射，这会对敏感设备造成严重破坏
例如，半导体行业每年花费数十亿美元从微芯片、晶体管和敏感传感器中提取和“清除”超痕量放射性物质
现在美国的化学家
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能源部西北太平洋国家实验室开发了一种简单可靠的方法，有望改变超微量元素的分离和检测方式
低水平的天然放射性元素，如铀和钍原子，通常隐藏在有价值的金属中，如金和铜
在某些情况下，要弄清楚在全球开采的矿石样本中发现了多少是非常困难的、不切实际的，甚至是不可能的
然而，寻找自然辐射水平极低的材料对于某些类型的敏感仪器和探测器至关重要，比如那些寻找目前未被探测到的粒子证据的仪器和探测器，许多物理学家认为这些粒子实际上构成了宇宙的大部分
化学家哈杜加·哈卢卡说:“我们真的在突破检测的极限。”
“我们想测量进入世界上一些最灵敏的探测器的部件中非常低水平的钍和铀
测量贵金属中的低含量钍和铀尤其困难，例如进入这些探测器电子元件的金
有了这项新技术，我们可以克服这一挑战，实现低至每万亿分之十的黄金检测限
" 这就像试图在大约10万英亩的三叶草中找到一片四叶草――面积比新奥尔良还大
PNNL电感耦合等离子体质谱仪的样品介绍，它为检测金样品中超低水平的辐射设定了新的全球标准
信用:安德里亚·斯塔尔|太平洋西北国家实验室 粒子的碰撞世界 科学家们通过一系列隔离室发送样品，从普通原子的巨大领域中找到他们极其罕见的“四叶草”原子
这些小室首先过滤，然后将稀有原子与简单的氧气碰撞，产生一种具有独特分子量的“标记”分子，然后可以根据其大小和电荷进行分离
这种效果就像找到一种方法，把一个氦气球系在每个目标钍或铀原子上，这样它就可以漂浮在黄金样本的海洋上，并且可以被计数
在这种情况下，复杂的计数器是质谱仪
这项研究在最近一期的《分析原子光谱学杂志》上有详细介绍
核心创新是碰撞室，钍和铀的带电原子在这里与氧反应，增加了它们的分子量，使它们能够与其他掩盖它们存在的重叠信号分离
“我有一个顿悟的时刻，”格雷戈·艾登说，他是获得专利的碰撞池的最初PNNL发明者，该碰撞池用于进行这些反应，从而将仪器读数中不必要的干扰减少了一百万倍
“正是这种神奇的化学物质去除了样品中你不想要的坏东西，这样你就能看到你想看到的东西
" PNNL化学家格雷戈·艾德发明了碰撞池，如图所示，它让科学家能够更精确地标记和分离样品中混合在一起的元素
信用:安德里亚·斯塔尔|太平洋西北国家实验室 在目前的研究中，哈卢卡和她的导师艾萨克·阿恩奎斯特利用艾德的工作梳理出了数量少得可怜的放射性原子，尽管如此，这些原子还是会毁坏敏感的电子探测设备
在其他用途中，这项创新可以让化学家们在PNNL的资深化学家埃里克·霍普和他的团队的带领下，进一步完善生产世界上最纯的电铸铜的化学过程
铜是敏感物理探测器的关键组成部分，包括那些用于国际核条约核查的探测器
中微子听游 斯坦福大学物理学家乔治·格莱塔帮助领导了一项全球探索，以获取宇宙基本构件的证据
nEXO实验目前正处于计划阶段，正在推动探测边界，寻找这些被称为Majorana费米子的难以捉摸的粒子的证据
他们寻找的信号来自极其罕见的事件
为了探测这样一个事件，实验需要非常灵敏的探测器，这些探测器没有通过组成探测器的材料引入的杂散辐射
这包括记录引发探测的极其罕见的事件所需的电子设备中的金属
“PNNL是超痕量辐射探测的全球领导者，”格莱塔说
“他们的创新和应用的独特组合提供了一个重要的贡献，使像nEXO这样的敏感实验成为可能
" PNNL是世界上最纯的铜的产地
信用:安德里亚·斯塔尔|太平洋西北国家实验室 洛斯阿拉莫斯国家实验室的物理学家史蒂夫·埃利奥特强调，研究人员必须竭尽全力确保为稀有粒子探测提供一个极其清洁的环境
“在实验项目中，即使是人的指纹也太具放射性，必须避免，测量超低放射性杂质水平的技术是至关重要的，”他说，并补充说，这种方法可以为另一代罕见的中微子事件探测器(名为LEGEND)提供一种重要的材料来源，该探测器计划部署在欧洲的一个地下位置
清洗半导体和量子计算机 半导体是现代电子学的基本组成部分，包括集成电路、微芯片、晶体管、传感器和量子计算机，对杂散辐射的存在也很敏感
创新周期要求每一代人把越来越多的东西装进越来越小的微芯片里
霍普说:“随着结构变得越来越小，辐射污染是一个越来越大的问题，制造商一直在通过改变芯片内部的结构来解决这个问题。”
“但你只能做到这一步，而且你真的开始受到某些材料纯度的限制
该行业已经为自己设定了目前无法实现的目标，因此拥有这样的测量技术可以让其中一些目标得以实现
" 更广泛地说，艾德补充道，“在元素周期表的大世界里，你关心的任何元素都可能有应用
埃里克、卡杜加和艾萨克在这里研究的是分析任何超纯物质中的任何微量杂质
"
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