افزایش ۴.۶ برابری نور در آشکارسازهای اشعه ایکس با فناوری نانومقیاس

پژوهشگران با دستیابی به یک فناوری نانومقیاس پیشرفته، موفق شدند بدون کاهش دقت و جزئیات، میزان نور دریافتی در آشکارسازهای اشعه ایکس را به‌طور چشمگیری افزایش دهند. این دستاورد علمی می‌تواند مسیر جدیدی در تصویربرداری پزشکی با دوزهای پایین‌تر از تابش باز کند.

تحول در حساسیت آشکارسازهای اشعه ایکس

یکی از چالش‌های دیرینه در حوزه تصویربرداری، اتلاف شدید نور در مواد سوسوزن (Scintillator) است. در این فرآیند، بخشی از نور تولیدشده به دلیل پدیده بازتاب کلی داخلی، درون ماده محبوس شده و به حسگر نمی‌رسد. فناوری جدید با استفاده از ساختار بلور فوتونی، این مشکل را حل کرده است.

این ساختار منظم در مقیاس نانو، از طریق پدیده پراش براگ، به فوتون‌های محبوس‌شده اجازه می‌دهد از سطح ماده خارج شده و به سمت دوربین هدایت شوند. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد که:

• میانگین خروجی نور ۴.۶۴ برابر افزایش یافته است.
• نسبت سیگنال به نویز تصاویر ۱۳ دسی‌بل بهبود یافته است.
• وضوح مکانی تصویر همچنان در سطح عالی (کمتر از ۲۵ میکرومتر) حفظ شده است.

روش ساخت نوین با بهره‌گیری از اثر مارانگونی

تیم تحقیقاتی که شامل دانشمندان دانشگاه چونگ‌کینگ و موسسه فناوری استیونز است، برای ساخت این ساختار پیچیده از روش خودآرایی (Self-Assembly) استفاده کرده‌اند. آن‌ها با تکیه بر اثر مارانگونی و ایجاد اختلاف کشش سطحی میان آب و اتانول، توانستند نانوکره‌های پلی‌استایرن را در آرایش منظم شش‌گوش قرار دهند.

این روش برخلاف لیتوگرافی سنتی، نیاز به تجهیزات بسیار گران‌قیمت ندارد و امکان پوشش‌دهی سطوح وسیع‌تر را با دقت بالا فراهم می‌کند. این آرایش منظم، نقش کلیدی در کنترل انتشار نور و آزادسازی فوتون‌ها از سطح سوسوزن ایفا می‌کند.

کاربردهای گسترده در پزشکی و صنعت

این فناوری نانومقیاس پتانسیل تغییر بنیادین در چندین حوزه را دارد:

اگرچه این فناوری هنوز در مراحل آزمایشگاهی قرار دارد، اما موفقیت در مدیریت نور بدون افت وضوح، گامی بزرگ به سوی نسل جدیدی از تجهیزات تصویربرداری حساس و ایمن است.

در مجموع، توسعه این ساختار نانومقیاس با استفاده از بلورهای فوتونی، راهکاری هوشمندانه برای غلبه بر محدودیت‌های فیزیکی در آشکارسازهای اشعه ایکس ارائه داده که می‌تواند کیفیت و ایمنی تصویربرداری را به طرز چشمگیری ارتقا دهد.