Рентгеновский детектор с автономным питанием произведет революцию в медицине

Новый прототип рентгеновского детектора находится на пороге революционной медицинской визуализации с резким снижением радиационного облучения и связанных с ним рисков для здоровья, а также повышением разрешающей способности в сканерах безопасности и исследовательских приложениях. Все это стало возможным благодаря сотрудничеству между Лос-Аламосской национальной лабораторией и Аргоннской Национальной лабораторией исследователей.

“Перовскитный материал, лежащий в основе нашего прототипа детектора, может быть изготовлен с использованием недорогих методов изготовления”, – сказал Синьхан (Дейв) Цай, научный сотрудник Оппенгеймера в Лос-Аламосской национальной лаборатории. – “Результатом является экономичный, высокочувствительный детектор с автономным питанием, который может радикально улучшить существующие рентгеновские детекторы и потенциально привести к множеству непредвиденных применений”.

Детектор заменяет технологию на основе кремния структурой, построенной вокруг тонкой пленки минерального перовскита, что дает в сто раз большую чувствительность, чем обычные детекторы на основе кремния. Кроме того, новый детектор перовскита не требует внешнего источника питания для получения электрических сигналов в ответ на рентгеновские лучи.

Высокочувствительные детекторы перовскита могут давать стоматологические и медицинские изображения, которые требуют незначительной доли экспозиции, которая сопровождает обычную рентгенографию. Снижение воздействия снижает риски как для пациентов, так и для медицинского персонала. Тот факт, что детекторы перовскита могут быть сделаны очень тонкими, позволяет им предлагать повышенное разрешение для высокодетализированных изображений, что приведет к улучшению медицинских оценок и диагностики. Детекторы с низким энергопотреблением и повышенным разрешением могут также революционизировать сканеры безопасности и изображения в приложениях для рентгеновских исследований.

Поскольку перовскит богат тяжелыми элементами, такими как свинец и йод, рентгеновские лучи, которые легко проходят через незаметный кремний, легче поглощаются и обнаруживаются в перовските. В результате перовскит значительно превосходит кремний, особенно при обнаружении высокоэнергетического рентгеновского излучения. Это является решающим преимуществом, когда речь идет о мониторинге рентгеновских лучей на мощных исследовательских объектах, таких как источники синхротронного света.

Перовскитовые пленки могут быть нанесены на поверхности путем распыления растворов, которые затвердевают и оставляют тонкие слои материала позади. В результате тонкослойные детекторы будут намного проще и дешевле в производстве, чем кремниевые детекторы, которые требуют высокотемпературного осаждения металла в условиях вакуума.

“Потенциально мы могли бы использовать струйные системы для печати крупномасштабных детекторов”, – сказал Цай. – “Это позволило бы нам заменить кремниевые детекторные матрицы за полмиллиона долларов более дешевыми альтернативами перовскита с более высоким разрешением”.

В дополнение к перспективному использованию тонкослойных перовскитов в рентгеновских детекторах более толстые слои хорошо работают при условии, что они содержат небольшой источник напряжения. Это говорит о том, что диапазон их полезной энергии может быть расширен за пределы рентгеновского излучения до низкоэнергетического гамма-излучения.

Новый прототип был изготовлен и успешно испытан благодаря совместным усилиям ученых из Национальной лаборатории Лос-Аламоса, возглавляемых Ваньи Ни и Синьханом Цаем, и группой по теории Лос-Аламоса во главе с Сергеем Третьяком совместно с Джозефом Стрзалкой из Аргоннской национальной лаборатории.