Nachricht

Apr 28, 2023

Im UNLV Nuclear Engineering Lab

Das Labor entwickelt eine neue Strahlungsdetektionstechnologie und baut gleichzeitig eine Pipeline dafür auf

Das Labor entwickelt neue Strahlungsdetektionstechnologie und baut gleichzeitig eine Pipeline für die nächste Generation von Nuklearingenieuren auf.

Der Doktorand Charles Han arbeitet im UNLV Nuclear Engineering Lab, das an der Entwicklung neuer Technologien zur Strahlungsdetektion arbeitet. (Josh Hawkins/UNLV)

Die warnenden, leuchtend gelben Schilder im gesamten Raum, gepaart mit der Aufschrift „radioaktives Material“, würden jeden Besucher des Nuclear Engineering Lab am UNLV aufhorchen lassen. Und während das Labor zu Forschungszwecken kleine Strahlungsquellen unter mehreren Schichten von Schloss und Schlüssel aufbewahrt, gibt es einen anderen Bereich – kleiner und ohne viel Aufsehen, aber mit ein wenig Wortspiel – der den eigentlichen Zweck des Labors offenbart.

In einem Aktenschrank – einer Art behelfsmäßiger Pinnwand – in der Ecke des Raums hängen auf und ab eine Reihe von Zertifikaten mit dem Titel „Enriching Nuclear's Human Element“, in denen die jüngsten Leistungen der Studenten aufgeführt sind.

Nein, das Nuclear Engineering Lab am UNLV reichert Uran-235 nicht an. Es fördert jedoch die nächste Generation von Nuklearingenieuren.

Werfen wir einen Blick hinein.

Das Nuclear Engineering Laboratory hat einen Namen, der „einfach und auf den Punkt gebracht“ ist, sagt sein Direktor Alex Barzilov.

„Es ist eine normale Arbeitsumgebung, wie Ihre Garage oder eine Maschinenwerkstatt“, sagte Barzilov, Professor für Maschinenbau an der UNLV. „Das ist es, was wir tun. Wir fügen Teile zusammen und probieren Dinge aus.“

Aber das Werk ist viel großartiger – und wichtiger – als Barzilovs Beschreibung vermuten lässt.

Anders ausgedrückt: Das Labor steht an der Spitze neuartiger Strahlungsdetektionstechnologien, um die nationale Sicherheit und das Umweltmanagement radioaktiver Anlagen zu unterstützen.

Das Labor erinnert tatsächlich an eine Hinterhofgarage, was zum Teil an dem leuchtend roten Rolltor zu erkennen ist, das vom Bürgersteig zwischen dem White Hall Annex (WHA) und TBE-B aus zu sehen ist. Zum Maschinenhallen-Ambiente trägt auch der Maschendrahtzaun bei, der die beiden Hauptbereiche des Labors trennt, wobei ein dritter Bereich – ganz hinten im Raum – der Sicherung von Strahlungsquellen gewidmet ist.

Der erste Bereich ist der rechnerischen, hochpräzisen Modellierung von Kernreaktorphysikprojekten gewidmet. Ein von ihnen untersuchter Reaktortyp – Schmelzsalzreaktoren – befindet sich in der Entwicklung, und Simulationen ermöglichen es den Studierenden, neue Designs für die nukleare Stromerzeugung zu studieren und zu suchen.

Das Basteln beginnt auf der anderen Seite des Zauns, wo die Schüler mit Geräten wie einem Detektor für hochreines Germanium (HPGe) oder einem Detektor für Cäsium-Zink-Tellurid (CZT) arbeiten, um Strahlungsdetektionsmethoden für verschiedene Anwendungen wie die Bestimmung radioaktiver Stoffe einzusetzen Proben und Strahlungsfernerkundung mithilfe von Drohnen.

An der Wand darüber hängen zwei Drohnen der ersten Generation, eine in Tarnfarbe und eine in UNLV-Farben, und ein Beweis für eine langjährige Partnerschaft mit Woosoon Yims Drohnenlabor gleich am Ende des Flurs.

Die Starrflügeldrohnen, die wie Miniflugzeuge aussehen, sind eine Anspielung auf die Geschichte des Labors und auch darauf, wohin es geht. Der pensionierte Maschinenbauprofessor William Culbreth gründete das Labor und Barzilov übernahm die Leitung, als er vor mehr als zehn Jahren an die Universität kam.

Das Labor pflegt eine langjährige Partnerschaft mit der Nevada National Security Site (NNSS) und anderen nationalen Labors.

Diese Partnerschaften sind auch eine Anspielung auf das übergeordnete Ziel des Nuclear Engineering Lab: die Unterstützung nationaler Sicherheitsbemühungen durch die Entwicklung neuartiger Strahlungsdetektoren.

Die Detektoren basieren auf Halbleiterkristallen, die in einem sehr aufwendigen Prozess im Labor gezüchtet werden und in ihrer endgültigen Form in der Lage sind, Gammastrahlen einzufangen. Sie können an Drohnen angebracht werden – fortgeschrittenere Versionen derjenigen, die derzeit die Wände schmücken –, um die Strahlungsfernmessung zu unterstützen.

„An der Roboterplattform sind Detektoren angebracht, die fliegen oder fahren können, und dieser Roboter kann sich bewegen und Signale senden“, sagte Barzilov. „Sie können in gefährliche Bereiche vordringen, wo Menschen keinen Zugang haben. Wir lassen die Roboter für uns arbeiten.“

Als er nach seinem Hintergrund gefragt wurde, richtete Barzilov – der in den letzten Jahren bedeutende Lehr- und Forschungspreise des College of Engineering gewonnen hat – fast sofort wieder das Rampenlicht auf seine Studenten und die Arbeit.

„Mein Job ist es, coole neue Sachen zu machen, die noch niemand zuvor gemacht hat“, sagte er. „Das kann jeder Wissenschaftler sagen.“

Zehn Doktoranden – sieben Doktoranden und drei Masterstudenten – arbeiten derzeit an verschiedenen Projekten in unterschiedlichen Stadien. Barzilov arbeitet auch mit Studenten zusammen und unterstützt Studentenprojekte im Rahmen des Höhepunkts der Hochschule für Absolventen: Senior Design Competition.

Ph.D. Student Kaleab Ayelew hat mit Barzilov zusammengearbeitet, um HPGe-Detektoren durch etwas Besseres zu ersetzen. Diese Detektoren – geformt wie ein großer Zylinder – sind technisch gesehen die „modernsten“ Geräte, die Ersthelfer zur Messung der Strahlungswerte im Falle einer radiologischen Freisetzung ins Feld mitnehmen können. Damit sie funktionieren, müssen sie jedoch kryogen auf minus 196 Grad Celsius gekühlt werden.

„Es ist sehr schwierig, dies vor Ort einzusetzen“, sagte Barzilov. „Wir brauchen etwas, das kostengünstiger und effizienter ist und bei Umgebungstemperatur betrieben werden kann.“

Doktoranden und Barzilov haben versucht, eine Lösung zu finden. Zu diesem Zweck haben sie neue Materialien getestet, indem sie ihre eigenen anorganischen Halbleiterkristalle mithilfe der Bridgman-Methode und hybride organisch-anorganische Halbleiterkristalle mithilfe von Lösungstechniken züchteten.

Im Bridgman-Ofen, einem hohen, thermoskannenähnlichen Gerät, das sich wie ein Koffer öffnen lässt, züchten sie anorganische Kristalle aus ihrer eigenen Schmelze. Der Ofen ist in drei Temperaturzonen unterteilt und kann mehr als einen Kristall gleichzeitig züchten, aber normalerweise züchtet das Team sie einzeln.

„Wir bereiten ein reines Pulver vor, das erhitzt wird und flüssig wird, und dann kühlen wir es ab, damit der Kristall wächst“, sagt Barzilov. „Wir gehen vom Pulver über das Material zum Gerät und dann zur Anwendung. Wir decken das gesamte Kontinuum ab.“

Aufgrund seiner Arbeit im Labor erwartet Ayelew nach seinem Abschluss bereits ein Stellenangebot von NNSS. Das ist bei den Studenten des Barzilov-Labors üblich.

„Viele meiner Studenten finden vor ihrem Abschluss einen Job“, sagte Barzilov.

Diese positive Erfolgsbilanz kommt in einem neuen Projekt zum Ausdruck, das Barzilov 2021 ins Leben gerufen hat: dem Nuclear Security Science and Technology Consortium. Mit einer Finanzierung in Höhe von 3 Millionen US-Dollar von der National Nuclear Security Administration im Rahmen des Minority Serving Institution Partnership Program entwirft und baut das Konsortium eine nachhaltige Pipeline studentischer Talente zwischen den Standorten und Labors des Energieministeriums und den zugehörigen Institutionen auf, die Minderheiten dienen das Programm.

Das Konsortium hat neun Doktoranden vollständig finanziert. Studierende, darunter jeweils zwei Studierende der Partneruniversitäten University of New Mexico und University of Illinois Chicago.

„Wir bauen eine wirklich reibungslose Pipeline für die Personalentwicklung auf“, sagte Barzilov. „Unsere Studenten haben die Möglichkeit, Praktika und Anstellungen bei den National Laboratories zu bekommen. Das ist gut!“

Studierende der UNLV Global Entrepreneurship Experience lernen die chilenische Geschichte hautnah kennen.

Studierende der UNLV Global Entrepreneurship Experience lernen die Geschichte der Bergbaustadt Sewell kennen.

UNLV versammelt internationale Experten, um neue Themen der Gaming-Branche zu diskutieren, einschließlich der Schnittstelle zwischen Tourismus, Sport und Unterhaltung.