Polscy i ukraińscy badacze pracują nad detektorem, który ma robić coś, z czym klasyczne układy wciąż miewają problem – jednocześnie wychwytywać i odróżniać różne rodzaje promieniowania w jednym polu pomiarowym. To ważne, bo w praktyce promieniowanie rzadko pojawia się „po kolei”. W medycynie, dozymetrii i ochronie radiologicznej częściej mamy do czynienia z mieszaniną sygnałów, które trzeba szybko rozpoznać i poprawnie rozdzielić. Zespół związany z NCBJ, Uniwersytetem Kazimierza Wielkiego, Centrum Onkologii w Bydgoszczy oraz partnerami z Ukrainy opisał właśnie nową wersję takiego rozwiązania w czasopiśmie Crystals. W centrum całej koncepcji stoją kompozytowe scyntylatory, czyli warstwowe materiały, które reagują inaczej na różne typy promieniowania.
Jeden pomiar zamiast zgadywania co naprawdę trafiło w detektor
Najciekawsze w tym projekcie jest to, że nie chodzi o „silniejszy czujnik”, lecz o mądrzejsze rozpoznanie tego, co już do niego dociera. Przy promieniowaniu mieszanym samo wykrycie sygnału nie wystarcza – trzeba jeszcze ustalić, czy mamy do czynienia z cząstkami alfa, beta czy z promieniowaniem gamma. Dla pojedynczego materiału detekcyjnego to wciąż duże wyzwanie, dlatego zespół postawił na układ warstwowy. Niskoenergetyczne cząstki alfa i beta zatrzymują się głównie w pierwszej warstwie, a bardziej przenikliwe promieniowanie gamma dociera głębiej. Dodatkowo poszczególne warstwy świecą i wygaszają sygnał w innym tempie, co pozwala odróżniać rodzaj promieniowania także po kształcie impulsu świetlnego. W praktyce taki materiał ma nie tylko szybciej mierzyć promieniowanie, ale też ograniczać ryzyko błędnej interpretacji w bardziej złożonym środowisku pomiarowym.
Warstwowy kryształ pokazuje kierunek rozwoju tych detektorów
W najnowszej pracy badacze przyjrzeli się dwuwarstwowym scyntylatorom opartym na krysztale GAGG z domieszką ceru, na który naniesiono cienką warstwę TbAG – w jednej wersji z dodatkiem ceru, a w drugiej także magnezu. Warstwa była tworzona metodą epitaksji z fazy ciekłej, a gotowy materiał połączono z fotopowielaczem, tworząc detektor do pracy w mieszanym polu promieniowania. Zespół sprawdzał jego właściwości za pomocą pomiarów spektrometrycznych, analizy kinetyki zaniku scyntylacji oraz metody PSD, czyli rozróżniania sygnałów po kształcie impulsu. To nie jest zresztą pomysł wyjęty znikąd. Ten sam nurt badawczy rozwija się od kilku lat – wcześniejsze prace zespołu opisywały dwu- i trójwarstwowe kompozytowe scyntylatory zbudowane z podobnych granatów oraz ich zastosowanie do jednoczesnej rejestracji różnych składników promieniowania jonizującego. Najnowszy wynik wygląda więc bardziej jak kolejny, konkretny krok niż pojedyncza laboratoryjna ciekawostka.
Teraz stawka rośnie bo w grę wchodzi medycyna i ochrona radiologiczna
To właśnie tu ten temat robi się naprawdę ciekawy. Zespół nie ukrywa, że następne etapy badań mają iść w stronę zastosowań medycznych, w tym wyznaczania dawek w warunkach promieniowania mieszanego, oraz w stronę szerzej rozumianej ochrony radiologicznej. Równolegle badacze chcą poprawiać jasność nowych materiałów i sprawdzać, jak poradzą sobie z innymi kombinacjami promieniowania i różnymi energiami. To ważne, bo sens takich detektorów nie kończy się na samej fizyce materiałów. Jeśli uda się połączyć szybki odczyt z wiarygodnym rozdzielaniem sygnałów, zyska na tym zarówno diagnostyka i terapia, jak i monitorowanie bezpieczeństwa tam, gdzie promieniowanie trzeba oceniać na bieżąco, a nie dopiero po długiej analizie. Właśnie dlatego ten projekt warto czytać nie jako news o „nowym krysztale”, lecz jako próbę zbudowania czujnika, który lepiej rozumie to, co naprawdę dzieje się w polu promieniowania.
Źródło:
- https://naukawpolsce.pl/aktualnosci/news%2C112488%2Cnaukowcy-z-polski-i-ukrainy-pracuja-nad-nowymi-detektorami-promieniowania
- https://www.ncbj.gov.pl/aktualnosci/nowe-detektory-promieniowania-z-ncbj-krok-w-strone-dokladniejszych-pomiarow
- https://www.ncbj.gov.pl/en/news/new-radiation-detectors-ncbj-step-towards-more-accurate-measurements
- https://www.mdpi.com/2073-4352/16/4/230
- https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.cgd.4c00252