研究人员开发能够进行高通量X射线检测的新材料

知兼 2023-10-05 22:44:54

近年来,面对日益增长的工业、科学和医疗需求,对先进X射线检测技术的需求激增。X射线具有穿透力,在从制造中的非破坏性测试到复杂的医学成像等众多应用中都不可或缺。在不改变或破坏检测对象的情况下窥视微观世界的能力凸显了X射线技术的极端重要性。然而,阻碍该领域进展的一个主要障碍是极高的X射线通量情况(extremely high X-ray flux conditions)带来的艰巨挑战。

X射线通量一词描绘了X射线光子在特定时间跨度内穿越特定区域的速度。极高的X射线通量情况,尽管对某些应用有利,但提出了一个技术难题。它们可能会超过常规探测器能力,导致饱和、分辨率降低,在某些情况下,还会导致无法修复的损坏。此外,高X射线通量带来的高能级 可以产生大量热量,需要有效的耗散机制来避免过热以及随后对探测器和周围设备的损坏。这些技术挑战导致新的材料需求,这些材料能够在保持高度灵敏度和分辨率的同时抵御高X射线通量冲击。

美国能源部阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)通过深入探索用于X射线检测的新型材料,研发了一种新材料,能够抵御明亮、高能X射线,特别是来自大型X射线同步加速器的射线,同时不影响灵敏度和成本效益。

他们发现并随后测试了用于检测高能X射线散射的溴化铯钙钛矿晶体(CsPbBr3)。这种材料的选择不是偶然的;钙钛矿拥有简单的结构,具有高度可调的特性,使它们适合各种应用。该团队使用两种不同的方法精心生长了CsPbBr3晶体——一种是需要材料熔化和冷却以诱导晶体形成,另一种是基于溶液的方法,晶体在室温下生长。

他们研发的探测器材料,不仅展示了在超高X射线通量下堪称典范的耐力,而且还表现出了卓越的检测能力。这些属性在大范围的同步加速器通量下进行了严格测试,材料毫不费力地承受通量,直到阿贡高级光子源( Advanced Photon Source,APS)的顶点,没有出现任何问题。

这一突破不仅是科学探索的胜利,也是现实世界应用的希望灯塔。新发现的材料能够辨别微妙的变化,并提供更细致的洞察力,这是开创性的。例如,CsPbBr3探测器的灵敏度和分辨率的增强可能会提高制造过程中质量控制过程的准确性和速度,有助于早期发现缺陷或不一致之处。在材料分析、研发领域,在保持灵敏度的同时承受高X射线通量条件的能力可以在分子或原子层面提供更细粒度分析。

此外,这项研究的影响还涉及医学领域,高X射线通量条件是渲染详细成像的必要条件,特别是在动态系统中。改进的成像质量可以大大提高诊断准确性和治疗计划,从而将患者护理提升到更高的水平。

展望未来,研究团队将目光投向了扩大生产规模并提高晶体质量,以进一步发展应用可能性。这种材料的潜在应用甚至延伸到探测极高能量的伽马射线,这对核安全监测是非常有意义的。

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知兼

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