Nowa generacja detektorów promieniowania
Naukowcy z Polski i Ukrainy pracują nad innowacyjnymi detektorami promieniowania, które mogą znacząco zwiększyć precyzję pomiarów w medycynie, badaniach naukowych i ochronie radiologicznej.
Kluczową cechą nowych urządzeń ma być zdolność do jednoczesnego wykrywania i rozróżniania promieniowania alfa, beta i gamma, co dotychczas stanowiło istotne wyzwanie technologiczne.
Badania prowadzone są przez zespoły z Narodowego Centrum Badań Jądrowych, Uniwersytetu Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy, Centrum Onkologii w Bydgoszczy oraz instytucji naukowych z Ukrainy. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Crystals. Naukowcy skupili się na udoskonaleniu detektorów scyntylacyjnych, które wykorzystują zjawisko emisji światła przez niektóre materiały pod wpływem promieniowania jonizującego. Każde przejście cząstki przez taki materiał wywołuje błysk światła, który można zarejestrować i przeanalizować.
W rzeczywistych warunkach promieniowanie rzadko występuje w czystej postaci. Najczęściej mamy do czynienia z polem mieszanym, zawierającym różne typy cząstek. Tradycyjne detektory, oparte na jednym materiale, mają ograniczoną zdolność do ich rozróżniania.
„W praktyce detektory pracują często w polu promieniowania mieszanego, gdzie jednocześnie występuje promieniowanie alfa, beta i gamma. Dokładne zbadanie takiego pola wymaga więc od detektora zdolności jednoczesnej rejestracji i separacji różnego rodzaju promieniowania, co dla pojedynczego materiału detekcyjnego pozostaje dużym wyzwaniem”, czytamy w komunikacie Narodowego Centrum Badań Jądrowych.
Rozwiązaniem okazały się kompozytowe scyntylatory o strukturze warstwowej. Naukowcy stworzyli materiał złożony z dwóch różnych kryształów: bazowego GAGG:Ce oraz cienkiej warstwy TbAG domieszkowanej cerem i magnezem. Każda z warstw reaguje inaczej na promieniowanie.
„Cząsteczki promieniowania alfa oraz beta o niskiej energii nie są przenikliwe, zatrzymują się więc głównie w pierwszej warstwie scyntylatora kompozytowego. Promieniowanie o większej energii, zwłaszcza gamma, przenika dalej, więc wykrywamy je w dalszych warstwach, głównie w bazowym scyntylatorze, czyli podłożu”, wyjaśniła dr Agnieszka Syntfeld-Każuch z Zakładu Fizyki Detektorów i Diagnostyki Plazmy NCBJ, pierwsza autorka publikacji.
Dzięki temu możliwe jest nie tylko wykrycie obecności promieniowania, ale również określenie jego rodzaju na podstawie miejsca i charakteru sygnału. Testy potwierdziły, że nowy detektor skutecznie rozróżnia promieniowanie w warunkach mieszanych.
Technologia ta może znaleźć zastosowanie między innymi w nowoczesnych metodach leczenia, takich jak terapia borowo-neutronowa, gdzie precyzyjne monitorowanie dawki promieniowania ma kluczowe znaczenie. W przyszłości badacze planują dalsze udoskonalenie materiałów w celu zwiększenia wydajność i dostosowania do bardziej złożonych zastosowań.