Förhöjda nivåer av uran i vattenförsörjning är en miljösäkerhets- och hälsoproblem, men nuvarande metoder för att upptäcka det är besvärliga, kostsamt och tidskrävande. Gary C. Tepper, Ph.D., ordförande för institutionen för maskin- och kärnteknik, och Ph.D. Student Brandon Dodd tar sig an denna utmaning med en ny bärbar enhet som effektiviserar och påskyndar sättet att mäta uran i vatten. Eftersom deras patenterade teknik är känsligare än nuvarande teknik, den kan upptäcka låga eller spåra koncentrationer av uran i vattenförsörjning.

Uran är ett naturligt förekommande radioaktivt grundämne som kommer in i vattenkällor genom en mängd olika kanaler inklusive uranbrytning, vapenproduktion, använda kärnbränslebehållare — eller till och med jordbruk. "Närare studier visar att avrinning av gödselmedel orsakar kemiska reaktioner som frigör uran från stenar och kan höja vattenkoncentrationerna, " förklarade Tepper.

Enligt lagen om säkert dricksvatten, U.S. Environmental Protection Agency sätter standarder för säkra urannivåer i dricksvatten. Efterlevnad, dock, har hämmats av mindre än idealiska testprocedurer. "Just nu, du testar för uran genom att ta vatten ett enda prov [av vatten] och skicka ut det till ett labb, " Sa Tepper. "Det här är opraktiskt. Du behöver en enhet som tar mätningar i realtid. Det bör också lätt användas över olika regioner av vattenkällan eftersom koncentrationerna varierar från plats till plats."

Systemet som Tepper och Dodd har utvecklat använder nanoporöst material för att samla upp och koncentrera ett vattenprovs uran och ultravioletta ljus för att göra det synligt. Eftersom uranföreningar lösta i vatten är fluorescerande, ultraviolett ljus kan användas för att producera en synlig signal. "Men vatten släcker den reaktionen och gör det svårt att upptäcka och kvantifiera uran i mycket låga koncentrationer, sa Tepper.

De löste det problemet genom att införliva kiselgel - de pärlor som vanligtvis ses i små paket som används för att hålla konsumentvaror torra under frakt - i deras system. "Uranföreningarna fäster på kiselgel och ackumuleras inuti de små porerna. Detta förstärker signalen och minimerar den släckande effekten av vatten, så nu om uran är närvarande, den lyser och kan ses i det synliga spektrumet, sa Tepper.

Kombinationen av nanoporöst material, light och silikagel producerade ett bärbart allt-i-ett-system som gav avläsningar av spårkoncentrationer av uran. En tidig iteration av deras enhet designades för att doppas i ett prov och gav en tillförlitlig avläsning på ungefär en timme. Tepper och Dodd trodde att de kunde göra bättre. De lade till ytterligare en komponent, något som är bekant för alla maskiningenjörer.

"Vi sa, 'Låt oss få en liten pump och trycka vattnet genom silikagelen, "" Mindes Tepper. "Nu tar en reaktion som tog en timme ett par sekunder."

Tepper och Dodd har provisoriska amerikanska och internationella patent på sin teknologi. De arbetar med VCU Innovation Gateway när deras enhet fortsätter sin väg från prototyp till kommersiell produkt och tror att den kommer att vara av särskilt intresse för militären, tillsynsmyndigheter och konsumenter inom jordbruksindustrin.