I materiali scintillatori emettono impulsi di luce quando sono esposti a radiazioni ionizzanti o a particelle cariche ad alta energia. Essi sono ampiamente utilizzati sono utilizzati in dispostivi di sicurezza contro minacce nucleari, materiali radioattivi, per diagnostica medica e negli esperimenti di fisica delle alte energie. Per alcune di queste applicazioni, è vitale saper distinguere tra neutroni, particelle cariche e raggi 𝜸. Questa discriminazione è di solito possibile sfruttando la tecnica Pulse Shape Discrimination (PSD) una tecnica di rivelazione risolta nel tempo, che si basa sulla dipendenza della durata dell’impulso di scintillazione dalla natura della radiazione incidente. I migliori scintillatori PSD di materiali organici polimerici, che presentano diversi vantaggi rispetto ai materiali scintillatori liquidi o cristallini, tra cui la robustezza meccanica e la modellabilità, ma sono realizzati con formulazioni e tecniche poco versatili che ne limitano la sensibilità.
Nell’articolo “Sensitized Triplet–Triplet Annihilation in Nanostructured Polymeric Scintillators Allows for Pulse Shape Discrimination” (doi: 10.1002/adma.202400443), pubblicato sulla rivista Advanced Materials (Wiley, Impact Factor 29.4, 2022 Journal Impact Factor, Journal Citation Reports (Clarivate Analytics, 2023)), la Dott.ssa Irene Villa, il Prof. Francesco Meinardi e dal Prof. Angelo Monguzzi, docenti presso il Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca propongono un innovativo approccio per la realizzazione di sistemi PSD più sensibili ed efficienti nella discriminazione della radiazione, sviluppato in collaborazione con l’ Institute for Plasma Science and Technology del CNR di Milano, il centro di ricerca Adolphe Merkle di Friburgo in Svizzera.
In questo lavoro si dimostrato come sia possibile ottenere un sensore PSD più sensibile e rapido sfruttando scintillatori polimerici nanostrutturati, costituiti da una matrice polimerica solida e da nanodomini liquidi in cui è disciolto una coppia di coloranti. La natura liquida dei nanodomini rende altamente efficiente la produzione di una scintillazione ritardata attraverso l’interazione dei due coloranti quando il materiale è investito da particelle ad alta energia. In questo modo si possono discriminare le particelle 𝜶 e i neutroni dai raggi 𝜸 con sensibilità e rapidità maggiori rispetto a quella di diversi scintillatori commerciali, aprendo la strada allo sviluppo di nuovi rivelatori molto più efficienti per osservare eventi rari o particelle massive legate alla materia oscura.