고분해능으로 방사성 동위원소를 식별하는 반도체 검출기

보안 공무원은 범죄자가 위험한 물질을 국가로 밀수하는 것을 방지하는 임무를 띠고 있습니다. 핵 물질을 탐지하는 것은 어렵고 비용이 많이 듭니다. 연구원들은 방사성 동위 원소의 탐지 및 식별을 돕기 위해 저렴한 재료를 기반으로 한 새로운 장치를 개발했습니다.

팀은 페로브스카이트 결정 형태의 세슘 납 브로마이드를 사용하여 현장 연구원을 위한 소형 휴대용 장치와 초대형 감지기 모두에서 고효율 감지기를 만들었습니다.

감마선을 감지하는 새로운 방법은 일반적인 장치보다 비용이 적게 들 뿐만 아니라 다른 에너지의 광선을 구별하는 능력도 뛰어납니다. 이 방법을 통해 사용자는 합법 감마선과 불법 감마선을 식별할 수 있습니다. 이와 같은 탐지기는 국가 안보에 매우 중요하며, 국경을 넘어 밀수되는 불법 핵 물질을 탐지하고 핵 법의학 및 의료 진단 영상을 지원하는 데 사용됩니다.

페로브스카이트 재료를 사용하여 팀은 픽셀화된 검출기 설계를 사용하여 감마선에 대한 에너지 검출에서 고해상도를 달성했습니다. 과거 연구에서 팀은 새로운 세슘 납 브로마이드 검출기의 성능을 기존의 카드뮴 아연 텔루라이드(CZT) 검출기와 비교한 결과 감마선 검출에서도 우수한 성능을 발견했습니다. 평면 전극보다 결정 크기를 개선하고 픽셀을 활용한 새로운 연구는 스펙트럼 분해능을 기존 설계의 스펙트럼 분해능을 훨씬 뛰어넘어 약 3.8%에서 1.4%로 향상시켜 매우 약한 소스에서도 에너지를 감지합니다.

방사성 동위 원소는 에너지가 약간 다른 감마선을 방출하며 종종 몇 퍼센트 포인트 차이가 납니다. 새로운 재료를 사용하여 사용자는 차이를 몇 퍼센트 포인트까지 정확히 찾아 감마선 소스를 더 잘 식별할 수 있습니다. 또한 약간 불순한 재료를 사용하면 일반적으로 감지기가 덜 효율적이거나 작동하지 않으며 장치 제조업체는 효과적인 판독값을 생성하기 위해 초순수 CZT를 찾아야 합니다. 연구원의 재료는 CZT보다 5~10배 더 많은 불순물을 포함할 수 있으며 여전히 성능을 발휘하므로 생산이 더 쉽고 저렴할 수 있습니다. 해상도는 SPECT 스캔과 같은 의료 영상에도 중요합니다.