Данные об энергии отдельных фотонов позволят точнее анализировать материалы и биологические ткани, исследуемые с помощью рентгеновского излучения. По словам участников команды, внедрение устройства в медицинских организациях позволит снизить дозу облучения пациентов за счет сокращения времени экспозиции.
Классические рентгеновские снимки формируются за счет разницы поглощения излучения тканями организма: плотные кости блокируют больше фотонов, мягкие ткани — меньше. Измерение энергии отдельных частиц света с помощью пиксельного детектора позволяет детализировать информацию о составе тканей с высокой четкостью.
Хотя в мире подобные устройства используют на протяжении десятилетий, в России собственные решения пока отсутствуют. Исследователи при поддержке экспертов АО «ТВЭЛ» («Росатом») хотят ликвидировать этот пробел.
Устройство состоит из двух слоев. Сверху — сенсор на основе арсенида галлия, разработанный в Томском государственном университете. При взаимодействии рентгеновских фотонов с этим материалом происходит ионизация, в результате которой образуются электрон-дырочные пары, количество которых пропорционально энергии поглощенного излучения.
Второй компонент — микросхема, разрабатываемая в МИФИ. Она должна считывать и обрабатывать заряды, преобразовывать сигналы в данные о пространственном распределении и энергии фотонов. Планируется, что окончательная версия микросхемы размером 20×20 мм будет содержать 65 536 пикселей (матрица 256×256). Однако на первом этапе команда создаст прототип с матрицей 32×32 пикселя.
Сложность в разработке связана с необходимостью обеспечить высокую чувствительность устройства, поскольку величина регистрируемых зарядов составляет всего несколько тысяч электронов (~1,6×10⁻¹⁶ Кл). Для работы с такими сигналами микросхема проектируется по технологии КМОП с нормами 180 нм.
Команда планирует представить прототип детектора и подготовить бизнес-модель проекта к началу 2026 года. Они считают, что технология помимо медицинской диагностики найдет применение в экспериментах на установках класса мегасайенс, в системах безопасности и промышленного контроля.
Читать далее:
Вселенная внутри черной дыры: наблюдения «Уэбба» подтверждают странную гипотезу
Испытания ракеты Starship Илона Маска вновь закончились взрывом в небе
Сразу четыре похожих на Землю планеты нашли у ближайшей одиночной звезды
На обложке: Изображение от Drazen Zigic на Freepik, сведения о лицензии