Вчені виявили чутливий матеріал для виявлення рентгенівського випромінювання

Рентгенівські технології відіграють життєво важливу роль у медицині та наукових дослідженнях, забезпечуючи не інвазивну медичну візуалізацію та розуміння матеріалів. Останні досягнення в галузі рентгенівських технологій дозволяють отримувати яскравіші та інтенсивніші промені та отримувати зображення все більш складних систем у реальних умовах, наприклад, усередині працюючих батарей.

Щоб підтримати ці досягнення, вчені працюють над розробкою матеріалів для детекторів рентгенівського випромінювання, які можуть протистояти яскравим рентгенівським променям високої енергії, особливо великими рентгенівськими синхротронами, зберігаючи при цьому чутливість і економічну ефективність.

Група вчених з Аргонського національної лабораторії Міністерства енергетики США (DOE) та їхні колеги продемонстрували виняткові характеристики нового матеріалу для виявлення картин розсіяння рентгенівських променів високої енергії. Маючи чудову стійкість до надвисокого потоку рентгенівського випромінювання і відносно низькою вартістю, матеріал детектора може знайти широке застосування в рентгенівських дослідженнях на основі синхротрона.

Під час експерименту розсіяння рентгенівських променів пучок фотонів (або світлових частинок) проходить через досліджуваний зразок. Зразок розсіює фотони, які потім попадають на матеріал детектора. Аналіз того, як розсіюються рентгенівські промені, дає вченим уявлення про структуру та склад зразка.

«Багато сучасних детекторних матеріалів не можуть витримувати широкий діапазон енергій променя і величезні потоки рентгенівського випромінювання, що виходять від великих синхротронних установок. Ті, які часто дорогі або їх важко вирощувати, або їх доводиться охолоджувати до дуже високої температури», — сказав Антоніно Мічелі, фізик з Аргоннського вдосконаленого джерела фотонів (APS), центру користувача Міністерства енергетики США.

Враховуючи потребу в якісніших детекторних матеріалах, команда проаналізувала характеристики кристалів перовскіту броміду цезію. Перовскіти мають просту структуру з властивостями, що легко налаштовуються, що робить їх придатними для широкого спектру застосувань.

Матеріал вирощували двома різними методами. Один із методів полягав у плавленні та охолодженні матеріалу, щоб викликати утворення кристалів, що було зроблено в лабораторії Дака Янг Чунга, вченого з відділу матеріалознавства Аргонна. Інший підхід був підхід, заснований на розчині, при якому кристали вирощуються при кімнатній температурі. Ця робота була виконана в Північно-Західному університеті в лабораторії Меркурі Канацидіса, старшого наукового співробітника Аргонна, який працює за сумісництвом у Північно-Західному університеті.

«На лінії променя 11-ID-B в APS ми оцінили кристали, виготовлені за допомогою цих двох стратегій, і їхню ефективність у широкому діапазоні синхротронних потоків», — сказав Канацідіс. «Результати були вражаючими».

Вирощений за допомогою обох методів, матеріал продемонстрував виняткові можливості виявлення та витримував потоки до межі APS без жодних проблем.

«Цей детекторний матеріал здатний розрізняти невеликі зміни, дозволяючи краще зрозуміти реальні матеріали в реальних умовах», — сказав Мічелі. «Він відносно щільний у порівнянні зі звичайними матеріалами детекторів, такими як кремній, та його структура впливає на його електричні властивості для підвищення ефективності та чутливості».

Рентгенівські промені високої енергії дозволяють дослідникам вивчати динамічні системи як реального часу. До них відносяться біологічні процеси в клітинах або хімічні реакції усередині двигуна. Завдяки здатності нового детектора виявляти тонкі зміни під час експериментів дослідники можуть отримати цінну інформацію про складну та швидку активність у матеріалах, що сприяє більш швидким та детальним дослідженням.

Чудові матеріали детекторів в APS ще важливіші зараз, коли на об’єкті проводиться масштабна модернізація, яка збільшить яскравість променів майже в 500 разів.

«Наша група змогла виростити кристали надзвичайно високої якості завдяки унікальному набору можливостей і досвіду в Аргонні, що дійсно допомогло покращити характеристики матеріалу», — сказав Чанг.

Заглядаючи у майбутнє, дослідницька група має намір зосередитись на розширенні виробництва та оптимізації якості кристалів. Вони очікують на додаткові застосування цього матеріалу, включаючи його потенційне використання для виявлення гамма-променів надзвичайно високих енергій, за підтримки Національної адміністрації з ядерної безпеки Міністерства енергетики США. Джерело