五角大楼雷达上的辐射传感材料内部结构

在《实力悬殊》中，我们仔细研究了国防工业的核心科学和技术——士兵和间谍的世界。

2008 年，海军的 F/A-18 战斗机出现问题：机翼出现裂缝，官员们认为问题可能不只出现在这一架飞机上。海军部门着手检查数百架昂贵的喷气式飞机，以查找同样的结构问题。

没人希望飞机机翼出现裂缝，或者飞机上任何地方出现裂缝。发现并诊断此类问题正是新公司 RadiantNano 的初衷。联合创始人 Matthew Alpert 和 Leslie Dewan 希望让射线成像（利用辐射成像）变得更简单、更便宜、更灵活。他们发明了一种技术，利用一种名为 Novskite 的新材料来实现这一目标——基本上可以对上述飞机进行 X 射线检查，发现此类结构问题。此外，这种材料还可以识别电离辐射（一种可怕的辐射）的存在，并揭示其来源的特征。

德万说：“辐射是一种非常强大但尚未得到充分利用的工具，可以帮助我们了解周围的世界。”这个想法是，通过看不见的东西，我们可以了解更多的世界。

国防部对这一愿景很感兴趣。今年早些时候，RadiantNano 被选中参与国家安全创新网络 (NSIN) 的 Propel 计划，该计划让早期公司能够接触国防部大佬，并帮助他们调整技术以适应军事应用。

军方可能出于各种原因对获取集装箱内部图像感兴趣。或者了解是否存在辐射，如果存在，是什么原因造成的。RadiantNano 等技术不仅可用于检查喷气式飞机机身是否有裂缝，还可用于检查卡车是否有脏弹。同时，如果您从溜冰鞋上摔下来，您可能会在未来的医生检查中遇到他们的创新。换句话说，RadiantNano 试图为士兵和间谍提供他们想要的东西——同时也为平民提供有用的东西。

闪亮的开端

RadiantNano 的创立部分是因为其创始人希望不仅提高成像能力，而且提高辐射检测和识别能力——改进一套已存在一个多世纪的工具。你可能熟悉盖革计数器发出的咔哒咔哒的声音。但这类设备已不再是唯一的选择。辐射探测器的几种选择之一是一种称为闪烁体的材料。闪烁体以不同的方式提醒人类注意能量发射：它们发出自己的光，然后设备内的光电探测器接收并转换成信息。光的特性——亮度、它发出的特定波长——揭示了潜伏在周围的辐射类型和水平。这就是 Novskite 的工作原理，当 X 射线击中它时，它会发出可见光。但与其他闪烁体不同，这种新材料灵敏、分辨率高，而且相对便宜。它还不依赖稀土矿物，稀土矿物通常来自国防部不愿与之打交道的国家（如中国），而且像卫生纸一样，也可能受到供应链中断的影响。

RadiantNano 最初采用探测器形式，其技术类似于老式闪烁探测器，将光线内部转化为信息。但这种材料也可以模制成薄而柔韧的薄片（高科技水果卷），便于部署。这种形式的材料可用于成像，可以像 X 射线胶片一样工作。

它的工作原理如下：将闪烁体与光电二极管阵列耦合，并用 X 射线照射闪烁体。闪烁体会吸收这些光并重新发射可见光，然后光电二极管会拾取这些光并将其转换为数字图像。如果您将一个物体放在 X 射线源和闪烁体之间，数字图像将显示该物体的 X 射线视觉图像。由于 RadiantNano 的检测设备比您医生目前拥有的设备更灵敏，因此您接受的 X 射线剂量会低于目前诊断脚踝骨折所需的剂量。

这样，它还可以拍摄射线图像，比如越过边境进入美国的车辆。当公司成立时，他们还对使用闪烁体的探测器形式来拾取和识别可能进入该国的辐射源感兴趣。

这对美国政府来说可是一笔大生意。问问太平洋西北国家实验室名誉研究员理查德·库泽斯就知道了。他从事危险检测行业已有大约半个世纪，既从事基础科学研究，也从事国家安全应用研究。太平洋西北国家实验室代表国土安全部负责在美国边境部署辐射探测器，库泽斯最初是负责制定所有过境点对此类设备要求的科学家。“如果你开车穿过加拿大边境或墨西哥边境，你可能会看到这些黄色的大柱子，”他说。这些都是他所参与项目的成果，旨在确保人们不会偷运核材料或放射性物质进出。

自从亨利·贝克勒尔 (Henri Becquerel) 于 130 年前首次发现辐射以来，此类设备已经取得了长足的进步。盖革计数器于 20 世纪初问世。但多年来，探测器的改进程度并不如你想象的那么大。“我认为这是技术发展相对缓慢的阶段，”库泽斯说。

当然，随着材料和电子设备的进步，各种仪器的灵敏度也越来越高，检测结果也越来越详细，设计也越来越灵活。“我们总是在努力做得更好，”库泽斯说。

不过，他继续说道：“如今使用的许多探测器仍然源于一些旧的探测技术。”至少在国家安全领域，仍有改进的空间和资金，因为该领域存在大量问题和担忧。

最糟糕的情况是这样的：也许有人正在将钴 60 运过加拿大边境。也许集装箱里有意外货物，比如脏弹。

与此同时，国际原子能机构必须检查和监控核电站和其他反应堆以及钚等物质的库存，以确保每个人都拥有应有的数量和类型的危险物质，而不是秘密武器计划。

太阳能销售

在公司刚起步时，其中一些棘手的问题对它来说非常迫切。但 RadiantNano 联合创始人兼首席技术官、受过专业培训的化学工程师 Alpert 根本没有打算涉足辐射探测业务。相反，他从辐射转换业务开始——将太阳光线转化为电能。

2010 年代，作为弗吉尼亚大学的一名研究生，他正在努力研发下一代太阳能电池，试图让它们更实用、更高效。阿尔珀特帮助发明了一种可能同时实现这两个目标的新材料。它是钙钛矿的改良版，钙钛矿是一种结构像钻石一样的晶体，嵌入有核心的立方体中。钙钛矿晶体有各种成分，是太阳能电池中硅的首选替代品。但阿尔珀特的与众不同，因为他在常规配方中添加了纳米颗粒，他希望这一添加能提高其性能。该公司现在使用的配置和成分称为 Novskite，这是阿尔珀特给这种材料起的名字。

这是一个有趣的想法，但商业化存在障碍。因此，像任何优秀的初创公司创始人一样，他改变了主意。“事实证明，许多使一种材料适合太阳能电池的因素实际上也使其适合辐射检测，”他说。他加入了一家创业加速器，加入了 Dewan，并开始以不同的方式看待世界。

一开始，该团队并不太清楚军方为何会对他们的闪烁体感兴趣。他们的技术——以及国家安全创新网络支持的所有技术——被称为“双重用途”，这意味着它既可用于普通平民，也可用于军队。直到国土安全部的一位同事联系他们时，诺夫斯基特的潜在国防用途之一才引起人们的关注。据阿尔珀特回忆，这位联系人说，他需要一种用于边境安全的新型辐射探测器，想知道他们能否提供帮助。

“事实证明，我们可以做到，”阿尔珀特说。

他继续说，目前的边境探测器的工作原理有点像金属探测器。你通过它们，如果它们检测到辐射，它们就会说出来。但它们会给出是或否的二元答案。但并非每个“是”都意味着“危险”。砖块、混凝土和香蕉也会发出辐射。花岗岩台面也是如此。但 RadiantNano 的闪烁装置发出的信息既可以检测到辐射，又可以显示不同发射物质的独特指纹，因此官员们可以分辨出猫砂和铀的区别。

这是 RadiantNano 工具集的“探测器”版本，也是该公司最初愿景的一部分。

“我们的材料在用于检测时有很多潜在的好处，”Dewan 说道。“但在开发过程中，我们意识到它也非常适合射线成像，这是一个更大的市场。我们现在的大部分工作都集中在成像应用上。”

这在边境和更广泛的防御方面可能仍然有用。一辆驶入布法罗的卡车内部的射线图像可以让人们了解其货物情况。另一方面，一艘船的 X 射线照片可以在船体变得太大而沉没之前显示船体上的裂缝。另一方面，RadiantNano 成像仪可以扫描你，看看你的骨头是否有裂缝。

寻找防守角度

国家安全创新网络对该公司及其技术的潜在应用非常感兴趣，选择 RadiantNano 作为今年 Propel 队列中的 16 家初创公司之一，并为其提供指导和辅导。

NSIN 本身于 2016 年成立，目前作为国防创新部门的一部分存在，由副总经理贾斯汀·邓尼克利夫 (Justin Dunnicliff) 管理。其目标是帮助小公司应对国防承包。“目前确实没有明确的路径，”邓尼克利夫说。

这是因为，如果你不是国防部的负责人，国防部需要解决的问题可能不透明，甚至可能看不见。“一切都是机密，即使它不是一个真正的机密问题，”邓尼克利夫说。“国防部庞大而错综复杂。你怎么能找到合适的办公室来谈谈呢？”

Propel 等项目有助于将初创企业与合适的办公室联系起来，并打破政府办公室和小公司共享办公空间和学术大楼之间的僵局。

然而，要做到这一点，NSIN 首先必须找到它想要的创新者。“我们需要出现在我们想要参与的社区中，”邓尼克利夫说——也就是培养出像阿尔珀特这样的人才的大学，而阿尔珀特又培养出科技公司。“我们会把人才安置在大学里，”邓尼克利夫说。他自己在华盛顿大学呆了一段时间，了解研究人员在做什么，并集思广益，思考如何利用他们的工作来帮助国防部。

学者们并不总是意识到这是有可能的。“华盛顿的每个人都知道国防部、国家安全部门的工作，”他说。“但到了西海岸，他们就不那么容易知道机会是什么，甚至不知道这是否是他们想做的事情。”

Dunnicliff 说，许多人都对探索它感兴趣，因为这是一系列新问题，科学家喜欢这些东西（国防部获得的资金几乎比科学机构多得多，这一事实可能也没有什么坏处）。但当然，有些研究人员拒绝了。“显然有些人不想与国防部合作，这很好，”Dunnicliff 说。

RadiantNano 的创始人希望在国家安全方面开展工作，而 NSIN 的 Propel 正在铺平这条道路。联合创始人最近参加了一个演示日，展示了他们的技术，并向潜在资助者推销，与初创企业加速器会面，并与国防部要员交流。他们还定期与 Propel 合作伙伴会面，以了解如何进入五角大楼。RadiantNano 的联合创始人兼首席执行官 Dewan 表示：“有一位向导带领我们完成这个过程——这个有时错综复杂的过程对我们来说真的非常有帮助。”

某种程度上，这是一张显示物体内部运作方式的 X 射线图像。

阅读更多 PopSci+ 故事。