تولید آشکارساز ‌پرتو X با قدرت تفکیک بالا در کشور

این آشکارساز که از جنس نانوسیم اکسیدروی در قالب پلی‌کربنات تهیه شده است، قابلیت استفاده در سیستم‌های تصویربرداری تشخیصی پزشکی و سیستم‌های درمانی مبتنی بر استفاده از ذرات باردار مانند الکترون، پروتون و آلفا را دارد.

علیرغم کاربرد فراوان آشکارسازهای سوسوزن در صنایع مختلف، پخش‌شدگی و به دنبال آن پراکندگی فوتون‌های نوری تولید شده و در نتیجه عدم توانایی آن‌ها در تفکیک مکانی مناسب از مشکلات آن‌ها به شمار می‌رود.

با توجه به ویژگی‌های منحصر بفرد نانوسیم‌های اکسیدروی نظیر راندمان کوانتومی بالا، زمان فروپاشی کوتاه، سختی تابش بالا و عدم سمیت، محققان کشورمان بر آن شدند تا نوع جدیدی از آشکارساز سوسوزن پرتو ایکس و ذرات باردار سنگین را با استفاده از این نانوسیم‌های یک بعدی به منظور بهبود قدرت تفکیک مکانی آشکارساز تولید کنند.

دکتر علی طاهری، فارغ التحصیل مهندسی هسته‌ای از دانشگاه صنعتی امیرکبیر و محقق طرح در این مورد گفت: برای دستیابی به این هدف در ابتدا به منظور حصول اطمینان از عملکرد مناسب طرح پیشنهادی، از شبیه سازی مونته کارلو استفاده کرده و در مرحله بعد به ساخت الگودار الکتروشیمیایی نانوسیم‌های اکسیدروی پرداختیم.

وی افزود: با استفاده از این روش نانوسیم‌هایی با نسبت ابعادی بالا در قالب‌های پلی‌کربناتی رشد داده شد. سپس لایه پلی‌کربناتی حاوی نانوسیم‌ها با یک حسگر نوری CMOS قدرتمند ترکیب شده تا جهت انجام آزمون‌های تجربی به کار گرفته شود. لازم به ذکر است که در بخش آزمون‌ها از منبع آلفازای Pu 238 و یک مولد اشعه ایکس با هدف مسی استفاده شد.

طاهری اظهار کرد: نتایج نشان داد که داده‌های تجربی توافق بسیار خوبی با نتایج شبیه‌سازی شده داشته و بیانگر این نکته بود که نانوسیم‌های اکسید روی به کار رفته درون غشای پلی‌کربنات می‌تواند بعنوان یک آشکارساز پرتو X و ذرات آلفا با قدرت تفکیک مکانی بالا عمل کنند.

وی در ادامه تصریح کرد: نانوسیم‌های اکسیدروی به کار رفته در این آشکارسازها، بعد از تولید فوتون‌های نوری، مانند یک فیبر نوری عمل کرده و آن‌ها را به انتهای خود منتقل می‌کنند. این مکانیسم باعث جلوگیری از پراکنده شدن نور در داخل آشکارساز شده و علاوه بر این سبب می‌شوند فوتون‌های نوری دقیقا در راستای برخورد ذره پرانرژی به روی حسگر نوری خارجی CMOS منتقل شده و در نتیجه محل برخورد ذره با دقت فوق‌العاده‌ای توسط سیستم الکترونیکی ثبت شود.

محقق طرح یادآور شد: با توجه به سادگی و هزینه پایین تولید این آشکارساز و با بهینه‌سازی راندمان نوری نانو سوسوزن به کمک افزایش تخلخل غشاء، طول نانوسیم‌ها و افزودن ناخالصی مناسب به منظور افزایش بهره نوری، می‌توان از این آشکارساز برای تصویربرداری‌های پزشکی فوق دقیق بهره گرفت.

نتایج این کار که توسط دکتر علی طاهری و با همکاری دکتر شهیار سرامد و دکتر سعید ستایشی از اعضای هیات علمی دانشکده مهندسی انرژی و فیزیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر صورت گرفته، در The European Physical Journal منتشر شده است.