Jump to content

Технология рентгеновской визуализации высокой энергии

(Перенаправлено с HEXITEC )
Сотрудничество HEXITEC

Технология рентгеновской визуализации высоких энергий ( HEXITEC ) представляет собой семейство спектроскопических пиксельных детекторов с подсчетом одиночных фотонов, разработанных для приложений рентгеновской и гамма-спектроскопии высоких энергий . [ 1 ] [ 2 ]

Консорциум HEXITEC был образован в 2006 году при финансовой поддержке Исследовательского совета инженерных и физических наук Великобритании . [ 3 ] [ 4 ] Консорциум возглавляет Манчестерский университет ; Среди других членов - Совет по науке и технологиям , Университет Суррея , Даремский университет и Лондонский университет в Биркбеке . В 2010 году консорциум расширился и включил в себя Королевскую больницу округа Суррей и Университетский колледж Лондона . Целью консорциума было «развитие в Великобритании возможностей в области технологии рентгеновской визуализации высокой энергии». Теперь он коммерчески доступен через Quantum Detectors .

Технология рентгеновской визуализации высокой энергии

[ редактировать ]

Рентгеновская спектроскопия — мощный экспериментальный метод, который предоставляет качественную информацию об элементном составе, внутренних напряжениях и деформациях внутри образца. Рентгеновские лучи высокой энергии обладают способностью глубоко проникать в материалы, что позволяет исследовать плотные объекты, такие как сварные швы в стали, геологические секции керна, содержащие нефть или газ, или для внутреннего наблюдения за химическими реакциями внутри тяжелых установок или механизмов. Различные экспериментальные методы, такие как рентгеновская флуоресцентная визуализация и рентгеновская дифракционная визуализация, требуют детекторов рентгеновского излучения, чувствительных в широком диапазоне энергий. Признанные технологии полупроводниковых детекторов на основе кремния и германия имеют превосходное энергетическое разрешение при энергии рентгеновского излучения ниже 30 кэВ, но выше этого значения из-за уменьшения коэффициента ослабления массы материала эффективность обнаружения резко снижается. Для обнаружения рентгеновских лучей высокой энергии необходимы детекторы, изготовленные из материалов с более высокой плотностью.

Сложные полупроводники высокой плотности, такие как теллурид кадмия (CdTe) , теллурид кадмия-цинка (CdZnTe) , арсенид галлия (GaAs) , йодид ртути или бромид таллия , были предметом обширных исследований для использования в обнаружении рентгеновского излучения высокой энергии. Благоприятные свойства переноса заряда и высокое электрическое сопротивление CdTe и CdZnTe сделали их идеально подходящими для применений, требующих спектроскопии при более высоких энергиях рентгеновского излучения. Приложения для визуализации, такие как ОФЭКТ , требуют детекторов с пиксельным электродом , которые позволяют отображать объекты в 2D и 3D. Для каждого пикселя детектора требуется собственная цепь считывающей электроники, а для детектора с высокой пикселизацией это требует использования высокочувствительной интегральной схемы, ориентированной на конкретное приложение .

(ASIC) HEXITEC Специальная интегральная схема была разработана для консорциума Совета по науке и технологиям Лабораторией Резерфорда Эпплтона . Первоначальный прототип состоял из массива 20 x 20 пикселей с шагом 250 мкм, изготовленного с использованием КМОП- процесса 0,35 мкм; [ 5 ] второе поколение ASIC расширило размер массива до 80 x 80 пикселей (4 см 2 ). Каждый пиксель ASIC содержит усилитель заряда , усилитель формирования CR-RC и схему отслеживания и удержания пиков. ASIC записывает положение и общий заряд, накопленный для каждого обнаруженного рентгеновского события.

Пикси ASIC

[ редактировать ]
Типичный рентгеновский/гамма-спектр, полученный детектором HEXITEC.

PIXIE ASIC — это ASIC для исследований и разработок, разработанный Совета по науке и технологиям Лабораторией Резерфорда Эпплтона для консорциума. ASIC используется для исследования индукции заряда и эффекта мелких пикселей в полупроводниковых детекторах, как описано в теореме Шокли-Рамо . [ 6 ] ASIC состоит из трех отдельных массивов 3 x 3 пикселей с шагом 250 мкм и одного массива 3 x 3 пикселей с шагом 500 мкм. Каждый пиксель содержит усилитель заряда и выходной буфер, позволяющий записывать импульсы индуцированного заряда каждого пикселя.

ASIC HEXITEC-МГц

[ редактировать ]

Оригинальная ASIC HEXITEC была выпущена в начале 2010-х годов и работала с максимальной частотой кадров 10 кГц. При такой скорости система детекторов могла обеспечить попиксельную рентгеновскую спектроскопию с энергетическим разрешением <1 кэВ, но была ограничена потоками 10 4 фотоны с -1 мм -2 . С разработкой синхротронов с накопительным кольцом с дифракционным ограничением интенсивность рентгеновского излучения, получаемого в типичных экспериментах, увеличилась более чем в 100 раз. Чтобы продолжать предоставлять возможности спектроскопической рентгеновской визуализации на этих объектах, необходимо было разработать новое поколение ASIC HEXITEC. Разработка ASIC HEXITEC-MHz началась в 2018 году с целью увеличения частоты кадров системы камер до 1 МГц, чтобы обеспечить возможность получения спектроскопических изображений при потоках фотонов, превышающих 10 6 фотоны с -1 мм -2 сохраняя при этом те же спектроскопические характеристики. Первые ASIC были доставлены в 2022 году и в настоящее время проходят испытания в Совета по науке и технологиям Лаборатории Резерфорда Эпплтона и Diamond Light Source . [ 7 ]

Детекторы HEXITEC

[ редактировать ]

ASIC HEXITEC представляют собой перевернутый кристалл, соединенный с полупроводниковым детектором прямого преобразования с использованием технологии отверждения серебряной эпоксидной смолы при низкой температуре (~ 100 ° C) и золотых штифтов в гибридной конструкции детектора. Слой детектора рентгеновского излучения представляет собой полупроводник, обычно теллурид кадмия (CdTe) или теллурид кадмия-цинка (CdZnTe) , толщиной от 1 до 3 мм. Детекторы состоят из плоского катода и пиксельного анода и работают под отрицательным напряжением смещения. Рентгеновские и гамма-лучи, взаимодействуя внутри слоя детектора, образуют зарядовые облака электронно-дырочных пар , которые дрейфуют от катода к пикселям анода. Заряд, дрейфующий по детекторам, индуцирует заряд на пикселях ASIC, как описано в теореме Шокли-Рамо, которые формируют обнаруженный сигнал. Детекторы способны измерять фотопик на полувысоте порядка 1 кэВ в диапазоне энергий 3–200 кэВ. [ 8 ]

Приложения

[ редактировать ]

Детекторы HEXITEC используются в различных областях применения, включая: материаловедение , [ 9 ] медицинская визуализация , [ 10 ] [ 11 ] обнаружение незаконных материалов , [ 12 ] и рентгеновская астрономия . [ 13 ]

  1. ^ «Цветной трехмерный рентгеновский снимок обнаруживает коррозию, рак и контрабанду» . Фотоника.com. 09.01.2013.
  2. ^ «Камера делает цветные 3D-рентгеновские снимки практически в реальном времени» . theengineer.co.uk. 07.01.2013.
  3. ^ «Новые материалы для цветной рентгеновской визуализации высокой энергии» . ЭПСРК. 01.06.2006.
  4. ^ «Грант на перевод HEXITEC. Применение цветной рентгеновской визуализации» . ЭПСРК. 04.01.2011.
  5. ^ Джонс, Лоуренс; Продавец, Пол; Уилсон, Мэтью; Харди, Алек (июнь 2009 г.). «HEXITEC ASIC — пиксельный чип считывания для CZT-детекторов». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях . Секция А. 604 (1–2): 34–37. Бибкод : 2009NIMPA.604...34J . дои : 10.1016/j.nima.2009.01.046 .
  6. ^ Вил, Мэтью; Белл, Стивен Дж.; Джонс, Лоуренс Л.; Продавец, Пол; Уилсон, Мэтью Д.; Олворк, Кристофер; Кито, Димитрис; Селлин, Пол Дж.; и др. (октябрь 2011 г.). «ASIC для исследования эффектов распределения заряда в небольших пиксельных детекторах рентгеновского излучения CdZnTe». Транзакции IEEE по ядерной науке . 58 (5): 2357. Бибкод : 2011ИТНС...58.2357В . дои : 10.1109/TNS.2011.2162746 . S2CID   23658071 .
  7. ^ Клайн, Бен (сентябрь 2023 г.). «HEXITECMHz - Спектроскопическая детекторная система рентгеновского изображения с непрерывной частотой кадров 1 МГц». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел A : 168718. doi : 10.1016/j.nima.2023.168718 . S2CID   262222711 .
  8. ^ Продавец, Пол; Белл, С; Черник, Р.Дж.; Христодулу, К; Иган, СК; Гаскин, Дж.А.; Жак, С; Пани, С; и др. (декабрь 2011 г.). «Пикселлированный высокоэнергетический рентгеновский прибор Cd(Zn)Te» . Журнал приборостроения . 6 (12): C12009. Бибкод : 2011JInst...6C2009S . дои : 10.1088/1748-0221/6/12/C12009 . ПМЦ   3378031 . ПМИД   22737179 .
  9. ^ Жак, Симон; Иган, Кристофер К.; Уилсон, Мэтью Д.; Вил, Мэтью С.; Продавец, Пол; Черник, Роберт Дж. (ноябрь 2012 г.). «Лабораторная система для элементной гиперспектральной рентгеновской визуализации». Аналитик . 138 (3): 755–9. дои : 10.1039/c2an36157d . ПМИД   23145429 .
  10. ^ Скаффхэм, Джеймс; Уилсон, доктор медицины; Продавец, П; Вил, MC; Селлин, П.Дж.; Жак, СДМ; Черник, Р.Дж. (август 2012 г.). «Детектор CdTe для гиперспектральной ОФЭКТ». Журнал приборостроения . 7 (8): P08027. дои : 10.1088/1748-0221/7/08/P08027 . S2CID   250665467 .
  11. ^ Альхатиб, Шима; Абделькадер, Мохамед Х.; Брэдли, Дэвид А.; Продавец, Пол; Вил, Мэтью С.; Уилсон, Мэтт Д.; Пани, Сильвия (февраль 2013 г.). Нисикава, Роберт М; Уайтинг, Брюс Р. (ред.). «Энергодисперсионная рентгеновская дифракционная компьютерная томография фантомов, имитирующих грудь, и образца ткани» (PDF) . Медицинская визуализация SPIE . Медицинская визуализация 2013: Физика медицинской визуализации. 8668 : 86684Г. дои : 10.1117/12.2007710 . S2CID   120523203 .
  12. ^ О'Флинн, Дэниел; Десаи, Хемант; Рид, Кэролайн Б; Христодулу, Кристиана; Уилсон, Мэтью Д.; Вил, Мэтью С; Продавец, Пол; Хиллз, Дэниел; Вонг, Бен; Спеллер, Роберт Д. (июль 2013 г.). «Идентификация имитаторов взрывчатых веществ методом пиксельной рентгеновской дифракции» . Криминология . 2 :4. дои : 10.1186/2193-7680-2-4 .
  13. ^ «Высокоэнергетическая тиражируемая оптика – ГЕРОЙ» . НАСА. Архивировано из оригинала 16 ноября 2005 года . Проверено 19 июля 2013 г.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 6745c0e9c29f3f40aa47d370258748c4__1700099580
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/67/c4/6745c0e9c29f3f40aa47d370258748c4.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
High energy X-ray imaging technology - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)