Máy dò tia X tự cấp nguồn: Cuộc cách mạng hình ảnh trong nghiên cứu y học, an ninh

Nguyên mẫu mới đã được chế tạo và thử nghiệm thành công nhờ nỗ lực hợp tác giữa các nhà khoa học vật liệu của Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, Wanyi Nie, Hsinhan Tsai và nhóm Lý thuyết Los Alamos, Joseph Strzalka thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne X - khoa Khoa học tia.

Các máy dò tia X được chế tạo bằng màng mỏng perovskite 2 chiều chuyển đổi các photon tia X thành tín hiệu điện mà không cần nguồn điện bên ngoài, và nhạy hơn hàng trăm lần so với máy dò thông thường. Ảnh: Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos.

Theo đó, một nguyên mẫu máy dò tia X mới đã được nghiên cứu nhằm cải thiện chất lượng hình ảnh, giảm thiểu nguy cơ phơi nhiễm phóng xạ và các rủi ro sức khỏe liên quan trong máy chụp tia X của ngành y tế và máy quét an ninh.

Vật liệu perovskite của nguyên mẫu máy dò trung tâm của chúng tôi có thể được sản xuất với các kỹ thuật chế tạo chi phí thấp, ông Hsinhan (Dave) Tsai, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của Oppenheimer tại Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos cho biết. Kết quả là một máy dò hiệu quả, có độ nhạy cao và tự cấp nguồn, có thể cải thiện triệt để các máy dò tia X hiện có, mở ra khả năng của một loạt các ứng dụng trong nhiều  lĩnh vực khác.

Máy dò dựa trên silicon với cấu trúc được xây dựng xung quanh một màng mỏng của perovskite khoáng sản, mang lại độ nhạy gấp hàng trăm lần so với máy dò dựa trên silicon thông thường. Ngoài ra, máy dò perovskite mới không yêu cầu nguồn điện bên ngoài để tạo ra tín hiệu điện đáp ứng với tia X.

Các máy dò perovskite có độ nhạy cao đòi hỏi một phần nhỏ phơi sáng đi kèm, cho phép chụp và tạo ra các hình ảnh y tế cao hơn so với hình ảnh X quang thông thường., góp phần giảm phơi nhiễm cho bệnh nhân và nhân viên y tế.

Trên thực tế, các máy dò perovskite có thể được chế tạo rất mỏng, cho phép chúng cung cấp hình ảnh có độ phân giải cao, giúp cải thiện các đánh giá và chẩn đoán y tế. Các máy dò năng lượng thấp hơn với độ phân giải lớn cũng có thể góp phần vào cải tiến máy quét an ninh và các ứng dụng nghiên cứu tia X.

Do perovskite rất giàu các nguyên tố nặng như chì và iốt, cùng với việc các tia X dễ dàng đi qua silicon nên dễ dàng được hấp thụ hơn và được phát hiện trong perovskite. Kết quả đối chứng cho thấy, perovskite vượt trội đáng kể so với silicon, đặc biệt là trong việc phát hiện tia X năng lượng cao. Đây là một lợi thế quan trọng khi theo dõi tia X tại các cơ sở nghiên cứu năng lượng cao, chẳng hạn như nguồn sáng synchrotron.

Bằng cách phun các dung dịch có thể lắng đọng lên các bề mặt, lớp màng perovskite sẽ được tạo thành bởi sự lắng đọng. Các máy dò lớp mỏng dễ sản xuất và rẻ hơn nhiều so với các máy dò dựa trên silicon, vì loại vật liệu này đòi hỏi phải lắng đọng ở nhiệt độ cao và trong điều kiện chân không.

Có khả năng chúng ta có thể sử dụng các loại hệ thống phun mực để in các máy dò cỡ lớn, Tsai nói. Điều này sẽ cho phép chúng tôi thay thế các mảng máy dò silicon nửa triệu đô la bằng các lựa chọn thay thế perovskite rẻ tiền, độ phân giải cao hơn.

Ngoài khả năng ứng dụng perovskites lớp mỏng trong máy dò tia X, các lớp dày hơn cũng sẽ hoạt động tốt nếu được kèm theo một nguồn điện áp tương thích. Điều này cho thấy phạm vi hữu ích của nghiên cứu này có thể được mở rộng để phát triển tia gamma năng lượng thấp.

Theo https://scitechdaily.com/self-powered-x-ray-detector-to-revolutionize-medicine-security-and-research-imaging/