美國Los Alamos 國家實驗室和 Argonne國家實驗室合作開發(fā)了第一款自供電X射線探測器

百倍靈敏度、革命性的新型X射線探測器

即使在x射線被發(fā)現(xiàn)125年之后(即2020年)，圍繞x射線技術設備的發(fā)展還遠未結束。目前，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室和阿貢國家實驗室合作開發(fā)了第一個不需要外部能量的x射線探測器。

新的鈣鈦礦探測器不需要外部電源產(chǎn)生電信號響應x射線。該探測器用鈣鈦礦薄膜結構取代了硅基技術，其靈敏度是傳統(tǒng)硅基探測器的100倍。由于大大減少輻射劑量和相關的健康風險，它使低劑量牙科和醫(yī)學成像成為可能，并正在徹底改變醫(yī)學成像。

2020年4月20日，新墨西哥州洛杉磯洛斯阿拉莫斯——一個新的X射線探測器原型即將帶來變革性的醫(yī)學成像，大大減少了輻射暴露和相關的健康風險，同時由于洛斯阿拉莫斯國家實驗室和阿貢國家實驗室研究人員之間的合作，還提高了安全掃描儀和研究應用的分辨率。

洛斯阿拉莫斯國家實驗室的Oppenheimer博士后研究員Hsinhan（Dave）Tsai說：“探測器原型核心的鈣鈦礦材料可以用低成本的制造技術來生產(chǎn)。” “其結果是一種經(jīng)濟高效，高度靈敏且自供電的探測器，可以從根本上改善現(xiàn)有的X射線探測器，并有可能帶來許多不可預見的應用。”

該探測器用鈣鈦礦薄膜構建結構取代了硅基技術，其靈敏度是傳統(tǒng)硅基檢測器的100倍。此外，新型鈣鈦礦探測器不需要外部電源來產(chǎn)生響應X射線的電信號。

對于牙科和醫(yī)學圖像，高靈敏度的鈣鈦礦探測器僅需要常規(guī)X射線成像所需的很小一部分曝光計量。減少曝光計量可降低患者和醫(yī)務人員的輻射風險。鈣鈦礦探測器可以做得很薄，這使它們能夠提供更高的分辨率以獲得非常清晰的圖像，這將改善醫(yī)學評估和診斷的效率。更低的能耗和更高分辨率的探測器也會給安全掃描儀和X射線研究應用帶來革命性的變化。

由于鈣鈦礦富含鉛和碘等重元素，可以很好的解決X射線很容易穿過硅而不被探測到問題，鈣鈦礦探測器可以實現(xiàn)對X射線的高效率探測。因此，鈣鈦礦的性能明顯優(yōu)于硅，特別是在檢測高能X射線方面。當要在像同步輻射光源之類的高能研究設施中監(jiān)測X射線時，這是一個巨大的優(yōu)勢。

通過噴涂固化溶液，可以在表面沉積鈣鈦礦薄膜，并將材料的薄層留在后面。因此，薄層探測器將比硅基檢測器更容易和更便宜，硅基檢測器需要在真空條件下進行高溫金屬沉積

said Tsai 提到“我們可能會使用噴墨式系統(tǒng)來打印大型探測器?！?/span> “這將使我們能夠用廉價、高分辨率的鈣鈦礦替代品取代價值50萬美元的硅探測器陣列?！?/span>

除了在X射線探測器中使用薄層鈣鈦礦外，如果厚層中包含一個低電壓源，也可以很好地工作。這表明它們的有效能量探測范圍可以從X射線擴展到低能伽馬射線。

參考文獻：

Hsinhan Tsai, Fangze Liu, Shreetu Shrestha, Kasun Fernando, Sergei Tretiak, Brian Scott, Duc Ta Vo, Joseph Strzalka, Wanyi Nie. A sensitive and robust thin-film x-ray detector using 2D layered perovskite diodes. Science Advances, 2020; 6 (15): eaay0815 DOI: 10.1126/sciadv.aay0815.