Технология получения рентгеновских изображений высокой энергии - High energy X-ray imaging technology

Сотрудничество HEXITEC

Технология получения рентгеновских изображений высокой энергии (HEXITEC) представляет собой семейство спектроскопических методов счета одиночных фотонов, пиксельные детекторы разработан для высоких энергий Рентгеновская и Ύ-спектроскопия Приложения.[1][2]

Консорциум HEXITEC был образован в 2006 году при финансовой поддержке Совет по исследованиям в области инженерных и физических наук, Великобритания.[3][4] Консорциум возглавляет Манчестерский университет; другие члены включают Совет по науке и технологиям, то Университет Суррея, Даремский университет и Лондонский университет, Биркбек. В 2010 году консорциум расширился за счет Королевская больница графства Суррей и Университетский колледж Лондона. Видение консорциума состояло в том, чтобы «развить в Великобритании возможности в области технологий высокоэнергетической рентгеновской визуализации». Сейчас имеется в наличии коммерчески через Квантовые детекторы.

Технология получения рентгеновских изображений высокой энергии

Рентгеновская спектроскопия представляет собой мощный экспериментальный метод, позволяющий получить качественную информацию об элементном составе, внутренних напряжениях и деформациях в образце. Рентгеновские лучи высокой энергии обладают способностью глубоко проникать в материалы, что позволяет исследовать плотные объекты, такие как сварные швы в стали, участки геологического керна, содержащие нефть или газ, или для внутреннего наблюдения за химическими реакциями внутри тяжелого оборудования или оборудования. Различные экспериментальные методы, такие как Рентгеновская флуоресценция визуализация и Рентгеновская дифракция требуются детекторы рентгеновского излучения, чувствительные в широком диапазоне энергий. Учредил полупроводниковый детектор технология на основе кремний и германий имеют отличное разрешение по энергии при энергиях рентгеновского излучения ниже 30 кэВ, но выше этого, за счет уменьшения содержания материала массовый коэффициент затухания, эффективность обнаружения резко снижается. Для обнаружения рентгеновского излучения высоких энергий требуются детекторы, изготовленные из материалов с более высокой плотностью.

Составные полупроводники высокой плотности, такие как теллурид кадмия (CdTe), теллурид кадмия и цинка (CdZnTe), арсенид галлия (GaAs), йодид ртути или же бромид таллия были предметом обширных исследований для использования при обнаружении рентгеновских лучей высоких энергий. 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 обработки изображений, такие как ОФЭКТ, требуются детекторы с пиксельным электрод которые позволяют отображать объекты в 2D и 3D. Каждый пиксель детектора требует своей собственной цепи считывающей электроники, а для детектора с высокой степенью пикселизации это требует использования высокой чувствительности. специализированная интегральная схема.

ASIC HEXITEC

HEXITEC специализированная интегральная схема (ASIC) был разработан для консорциума Совет по науке и технологиям Лаборатория Резерфорда Эпплтона. Первоначальный прототип состоял из массива 20 x 20 пикселей с шагом 250 мкм, изготовленного с использованием матрицы 0,35 мкм. CMOS процесс;[5] второе поколение ASIC увеличило размер массива до 80 x 80 пикселей (4 см2). Каждый пиксель ASIC содержит усилитель заряда, усилитель-формирователь CR-RC и схема отслеживания и удержания пиков. ASIC записывает положение и общий заряд для каждого обнаруженного рентгеновского излучения.

PIXIE ASIC

Типичный спектр рентгеновского / гамма-излучения, полученный детектором HEXITEC

PIXIE ASIC - это ASIC для исследований и разработок, разработанный Совет по науке и технологиям Лаборатория Резерфорда Эпплтона для консорциума. ASIC используется для исследования индукции заряда и эффекта малых пикселей в полупроводниковых детекторах, как описано в Теорема Шокли – Рамо.[6] ASIC состоит из трех отдельных массивов 3 x 3 пикселя 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.

Детекторы HEXITEC

ASIC HEXITEC - это флип-чип связаны с прямым преобразованием полупроводник детектор, использующий низкотемпературную (~ 100 ° C) отверждающуюся серебряную эпоксидную смолу и золотую шпильку в гибридной схеме детектора. Слой детектора рентгеновского излучения представляет собой полупроводник, обычно теллурид кадмия (CdTe) или же теллурид кадмия и цинка (CdZnTe) толщиной от 1 до 3 мм. Детекторы состоят из плоского катода и пиксельного анода и работают при отрицательном напряжении смещения. Рентгеновское и-лучи, взаимодействуя в слое детектора, образуют зарядовые облака электронно-дырочные пары которые дрейфуют от катода к анодным пикселям. Заряд, дрейфующий через детекторы, вызывает заряд на пикселях ASIC, как описано в Теорема Шокли – Рамо которые формируют детектируемый сигнал. Детекторы способны измерять фотопик рентгеновского /-излучения. FWHM порядка 1 кэВ в диапазоне энергий 3 - 200 кэВ.[7]

Приложения

Извещатели HEXITEC используются в различных областях, включая:материаловедение,[8] медицинская визуализация,[9][10] обнаружение незаконных материалов,[11]и Рентгеновская астрономия.[12]

Рекомендации

  1. ^ «Трехмерные цветные пятна на рентгеновских лучах, коррозия, рак и контрабанда». Photonics.com. 2013-01-09.
  2. ^ «Камера делает цветные трехмерные рентгеновские снимки почти в реальном времени». theengineer.co.uk. 2013-01-07.
  3. ^ «Новые материалы для получения цветных рентгеновских изображений с высокой энергией». EPSRC. 2006-06-01.
  4. ^ «Грант HEXITEC Translation. Применение цветного рентгеновского изображения». EPSRC. 2011-01-04.
  5. ^ Джонс, Лоуренс; Продавец, Пол; Уилсон, Мэтью; Харди, Алек (июнь 2009 г.). «HEXITEC ASIC - чип пиксельного считывания для детекторов CZT». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях Секция А. 604 (1–2): 34–37. Дои:10.1016 / j.nima.2009.01.046.
  6. ^ Вел, Мэтью; Белл, Стивен Дж .; Джонс, Лоуренс Л .; Продавец, Пол; Уилсон, Мэтью Д.; Allwork, Кристофер; Кито, Димитрис; Селлин, Пол Дж .; и другие. (Октябрь 2011 г.). «ASIC для исследования эффектов разделения заряда в детекторах рентгеновского излучения с малыми пикселями CdZnTe». IEEE Transactions по ядерной науке. 58 (5): 2357. Дои:10.1109 / TNS.2011.2162746.
  7. ^ Продавец, Пол; Белл, S; Черник, Р. Дж .; Christodoulou, C; Иган, К. К.; Гаскин, Дж. А; Жак, S; Пани, S; и другие. (Декабрь 2011 г.). "Pixellated Cd (Zn) Te высокоэнергетический рентгеновский аппарат". Журнал приборостроения. 6 (12): C12009. Дои:10.1088 / 1748-0221 / 6/12 / C12009. ЧВК  3378031. PMID  22737179.
  8. ^ Жак, Симон; Иган, Кристофер К .; Уилсон, Мэтью Д.; Вел, Мэтью С .; Продавец, Пол; Черник, Роберт Дж. (Ноябрь 2012 г.). «Лабораторная система для получения гиперспектральных рентгеновских изображений по элементам». Аналитик. 138 (3): 755–9. Дои:10.1039 / c2an36157d. PMID  23145429.
  9. ^ Скаффхэм, Джеймс; Уилсон, доктор медицины; Продавец, P; Veale, M C; Селлин, П. Дж .; Жак, С Д М; Черник, Р. Дж. (Август 2012 г.). «Детектор CdTe для гиперспектральной ОФЭКТ-визуализации». Журнал приборостроения. 7 (8): P08027. Дои:10.1088 / 1748-0221 / 7/08 / P08027.
  10. ^ Алхатиб, Шима; Abdelkader, Mohamed H .; Брэдли, Дэвид А .; Продавец, Пол; Вел, Мэтью С .; Уилсон, Мэтт Д .; Пани, Сильвия (февраль 2013 г.). Нисикава, Роберт М; Уайтинг, Брюс Р. (ред.). «Энергодисперсионная рентгенодифракционная компьютерная томография фантомов, имитирующих грудь, и образца ткани» (PDF). Медицинская визуализация SPIE. Медицинская визуализация 2013: Физика медицинской визуализации. 8668: 86684G. Дои:10.1117/12.2007710.
  11. ^ О'Флинн, Дэниел; Десаи, Хемант; Рид, Кэролайн Б; Христодулу, Кристиана; Уилсон, Мэтью Д; Veale, Мэтью C; Продавец, Пол; Холмы, Дэниел; Вонг, Бен; Спеллер, Роберт Д. (июль 2013 г.). «Идентификация имитаторов взрывчатых веществ с использованием пиксельной дифракции рентгеновских лучей». Криминалистика. 2: 4. Дои:10.1186/2193-7680-2-4.
  12. ^ "Реплицированная оптика высоких энергий - HERO". НАСА. Получено 19 июля 2013.