Созданный Лос-Аламосской и Аргоннской национальными лабораториями США прототип рентгеновского детектора позволит резко снизить радиационное облучение пациентов во время диагностики и связанные с ним риски для здоровья. При этом разрешающая способность сканеров только увеличится.

По словам Синьхана (Дейва) Цая (Hsinhan (Dave) Tsai), постдокторанта Оппенгеймера в Лос-Аламосской национальной лаборатории, перовскитный материал, который лежит в основе прототипа детектора, прост и дешев в изготовлении. Результатом работы ученых стал экономичный, высокочувствительный детектор с автономным питанием, который может радикально улучшить существующие рентгеновские сканеры.

Детектор заменяет технологию на основе кремния структурой, построенной вокруг тонкой пленки минерального перовскита, что дает в сто раз большую чувствительность. Кроме того, новый детектор из 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 дозы излучения, гораздо меньшей, чем сопровождающая обычную рентгенографию. Снижение воздействия уменьшает риски как для пациентов, так и для медицинского персонала.

Тот факт, что детекторы из перовскита могут быть сделаны очень тонкими, позволяет им демонстрировать повышенное разрешение для высокодетализированных изображений, что приведет к улучшению медицинской диагностики. Детекторы с низким энергопотреблением и повышенным разрешением могут также произвести революцию в индустрии сканеров безопасности в рентгеновских исследованиях.

Детекторы, изготовленные из двухмерных тонких пленок перовскита, преобразуют рентгеновские фотоны в электрические сигналы без внешнего источника питания и в сто раз более чувствительны, чем обычные сенсоры.

Поскольку перовскиты богаты тяжелыми элементами, такими как свинец и йод, рентгеновские лучи, которые легко проходят через кремний, 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 излучения.

Перовскитовые пленки могут быть нанесены на поверхности путем распыления растворов, которые отвердевают и формируют тонкие слои на подложке. 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 детекторов», — говорит Цай, — «Это позволило бы нам заменить кремниевые детекторные матрицы за полмиллиона долларов более дешевыми альтернативами из перовскита с более высоким разрешением».

В дополнение к перспективному использованию тонкослойных перовскитов в рентгеновских детекторах, более толстые слои хорошо работают при условии, что к ним подводится небольшое напряжение. Это говорит о том, что диапазон их применения может может быть расширен за пределы рентгеновского излучения до низкоэнергетического гамма-излучения.

www.popmech.ru