Zespół naukowców z Narodowego Centrum Badań Jądrowych opracował nowatorską technikę wykrywania wewnętrznych warstw miedzi w złożonych materiałach. Zaproponowana metoda może przynieść przełom w badaniach nieniszczących dla takich dziedzin, jak archeometria, lotnictwo i kosmonautyka, czy elektronika.

Metody spektroskopowe są jednymi z najczęściej stosowanych nieniszczących badań materiałowych. Pozwalają one na określenie składu badanego obiektu bez konieczności pobierania próbki lub uszkadzania go, co ma ogromne znaczenie w obszarach, gdzie mamy do czynienia z przedmiotami o dużej wartości np. historycznej. Dlatego metody te są powszechnie wykorzystywane m.in. w archeometrii.

Dostępne obecnie metody mają jednak swoje ograniczenia. W przypadku starożytnych monet składających się z miedzianego rdzenia pokrytego srebrem, spektroskopia nie jest w stanie wniknąć dość głęboko, by wykryć wewnętrzne warstwy miedzi. Innym rozwiązaniem jest neutronowa analiza aktywacyjna. Choć technika ta umożliwia analizę wewnętrznej struktury materiałów, do jej skutecznego wykorzystania konieczna jest wiązka neutronów z reaktora badawczego, co znacznie ogranicza jej dostępność. Do prowadzenia kompletnych badań złożonych materiałów wielowarstwowych potrzebne są nowe metody nieniszczące, które pozwolą wniknąć głębiej w ich strukturę.

Tego wyzwania podjęła się grupa naukowców z Departamentu Aparatury i Technik Jądrowych Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ). Opracowali oni nowatorską metodę bazującą na separacji neutronów pod wpływem działania wiązki elektronów z akceleratora. – Nasza autorska metoda COCONEC – Composite Core-Neutron(separation)-Electron Capture – wykorzystuje elektrony przyspieszone do energii 15 MeV, które generują promieniowanie gamma wywołujące reakcje jądrowe (γ,n). W efekcie w materiale powstaje izotop miedzi-64, który rozpada się z emisją charakterystycznego promieniowanie gamma. Dzięki temu możemy jednoznacznie wykryć obecność miedzianego rdzenia ukrytego pod warstwami innych metali. Jest to pierwsza na świecie metoda, która łączy wywoływaną elektronami separację neutronów ze spektroskopią gamma do badań nieniszczących – wyjaśnia dr Aneta Gójska z Zakładu Fizyki i Techniki Akceleracji Cząstek NCBJ, pierwsza autorka opublikowanej właśnie pracy.

Badania potwierdziły, że nowa metoda skutecznie wykrywa obecność miedzi w wewnętrznych warstwach materiału. Może ona stanowić przełom w badaniach nieniszczących dzięki pokonaniu ograniczeń typowych metod spektroskopowych oraz niskiej dostępności neutronowej analizy aktywacyjnej. Metoda COCONEC pozwala na badanie delikatnych i nieregularnych obiektów, jednak jej zastosowanie nie ogranicza się jedynie do archeometrii. Technikę będzie można zastosować m.in. w lotnictwie do badania jakości wykonania wielowarstwowych elementów, czy elektronice i inżynierii materiałów, gdzie wykorzystuje się warstwy miedziane przy produkcji komponentów. Naukowcy z NCBJ będą kontynuować badania nad możliwościami wykorzystania nowej metody. Dzięki optymalizacji parametrów akceleratora i detektorów, COCONEC znajdzie szersze zastosowania tam, gdzie istotne są nieniszczące badania materiałów.

Wyniki badań są dostępne w publikacji: A. M. Gójska, S. Wronka, K. Trela, T. Kosiński, G. Saworska, E. Miśta-Jakubowska, K. Kacperski, J. Klimaszewski, M. Matusiak, M. Staszczak, A. Wasilewski, M. Wiktorowicz, M. Wojciechowski, Ł. Kaźmierczak, COCONEC: An innovative non-destructive approach to detect composite cores and evaluate layered structures beyond conventional methods, Measurement, Volume 275, 2026, 121384, ISSN 0263-2241, https://doi.org/10.1016/j.measurement.2026.121384.