马铃薯植物辐射传感器有一天可以监测发电厂周围地区的辐射

虽然扩大核能生产将提供无碳电力并可以帮助世界各国实现其气候目标，但核能也可能带来一些固有的风险。放射性污染会破坏环境，如果没有专门的设备，几乎不可能检测到。但如果设施周边地区生长的植物能够检测到辐射污染怎么办?

目前使用的机械辐射探测器(称为剂量计)并不完全可靠——在切尔诺贝利等以前的核事故中，它们要么发生故障，要么被埋在废墟下。

我们田纳西大学的植物科学家团队希望找到这些机械辐射传感器的替代品，以帮助解决其历史性故障，因此我们决定构建一种基于植物的伽马辐射传感器。这种传感器被称为植物传感器，是一种马铃薯植物，当暴露在辐射下时会发出绿色荧光。

历史传感器问题

世界核协会认为目前的核能生产是安全的。但安全故障仍然会发生，无论是人为错误还是地震等自然灾害导致机械传感器脱机，而这正是我们的工厂传感器可以发挥作用的地方。

机械辐射探测设备需要电力和定期维护，这使得它们在紧急情况下可靠性降低。基于植物的传感器不需要这些。

导致机械传感器离线的灾难可能会损坏马铃薯传感器，但很可能不会杀死整个种植的马铃薯田。只要一些植物细胞还活着，植物就可以充当辐射传感器。

尽管马铃薯植株生命力顽强，但某些灾害(例如野火)对植物传感器的损害比对机械传感器的损害更大。虽然我们的传感器可以补充机械传感器，但它们不会完全取代机械传感器的用途。

植物作为传感器

与哺乳动物不同，植物在死亡前可以承受大量辐射。例如，马铃薯植物可以承受足以杀死人类的辐射量的10倍。

我们选择马铃薯作为我们的传感器生物体，因为马铃薯植物可以耐受高水平的辐射，它们很容易使用块茎生长，并且可以在全球各种环境中生存。

辐射暴露会损害生物体细胞内的DNA。当植物中发生这种情况时，它们会进入“红色警报”场景并激活许多DNA修复基因来解决问题。

我和我的同事选择了马铃薯植物中的DNA损伤反应途径，这样当暴露于辐射时，马铃薯叶子就会产生绿色荧光蛋白。这种荧光蛋白使传感器植物在暴露于伽马辐射时发出独特的绿色荧光。

虽然人眼看不到绿色标志，但用于农业和环境监测的无人机却可以。植物产生的绿色荧光越多，辐射强度就越高。因此，传感器可以告诉您“是的，有辐射”，以及大致有多少辐射。

在我们的测试中，植物在暴露后八小时报告了辐射，但这也是我们团队能够检查它们的最早时间。

根据我们的测试，当前的辐射植物传感器可以报告的辐射总剂量至少为10戈瑞——这对人类来说是非常致命的剂量。传感器在暴露于辐射后8小时报告辐射情况，并且根据剂量，持续报告10天或更长时间。

机械传感器可以实时检测低得多的辐射水平，而不是像植物传感器那样检测累积剂量。这使得机械传感器成为日常监测发电厂内危险辐射的理想选择，而植物传感器更适合监测发电厂周围较大面积的土地。

当前的传感器可以在紧急情况下监测公众的辐射水平，在这种情况下，放射性物质可能存在于大灾区的任何地方。切尔诺贝利核电站污染的面积相当于内布拉斯加州的面积，而福岛核电站污染的面积相当于新泽西州的面积。该地区大部分地区污染程度较低，有一些热点地区。

与机械传感器相比，植物传感器速度较慢且灵敏度较低，因此即使它们生长在室内，也无法拯救发电厂内的任何工作人员。当前的传感器可以告诉急救人员在大规模灾难期间最热的区域在哪里。灾难发生后，它可以告知监管机构工人以及最终公众可以安全返回的地方。

我们使用实验室内的激光器和摄像头测试了传感器，这些都是低功耗和低分辨率的设备。具有专门检测系统的实际无人机可能能够检测到较低的辐射阈值。

除了与机械辐射传感器类似的功能外，基于马铃薯的辐射植物传感器是一种活的、不断生长的有机体，从阳光中获取能量。这意味着植物传感器具有自我修复、自我传播和自我供电的能力，与机械传感器不同。由于土豆是从块茎中生长出来的，因此不需要每年重新种植。

当前传感器的一个明显缺点是马铃薯植物在冬天死亡，因此在那个季节您将失去传感器。我们的传感器基因可能会被植入松树等常绿物种中，但需要重新测试该传感器，以了解其检测最小值和随着时间的推移的性能。

潜在应用

当与更灵敏的机械传感器结合使用时，如果发生类似福岛第一核电站的灾难，当前的辐射植物传感器可以充当故障保护装置。

尽管将植物传感器纳入我们当前的监测系统有很多可能性，但我们的团队在将植物部署到田间之前仍然需要克服障碍。

首先，考虑到核监管机构对辐射监测设备的期望，核监管机构必须确定这项技术是否安全有用。然后，植物传感器将接受美国农业部的严格评估，以确定植物传感器如果释放是否会对生态系统产生负面影响。

克服这些障碍需要更多的研究，考虑到植物的生长时间，这可能需要几个月的时间。尽管还有很多工作要做，但随着各国继续生产核能，辐射植物传感器可以在未来帮助保护人类和环境。