Halbleiterdetektor identifiziert radioaktive Isotope mit hoher Auflösung

Sicherheitsbeamte haben die Aufgabe, Kriminelle daran zu hindern, gefährliche Materialien in ein Land zu schmuggeln; Der Nachweis nuklearer Substanzen war schwierig und kostspielig. Forscher haben neue Geräte entwickelt, die auf einem kostengünstigen Material basieren, um den Nachweis und die Identifizierung radioaktiver Isotope zu unterstützen.

Unter Verwendung von Cäsiumbleibromid in Form von Perowskit-Kristallen schuf das Team hocheffiziente Detektoren sowohl in kleinen, tragbaren Geräten für Feldforscher als auch in sehr großen Detektoren.

Das neue Verfahren zum Nachweis von Gammastrahlen ist nicht nur kostengünstiger als herkömmliche Geräte, sondern kann auch sehr gut zwischen Strahlen unterschiedlicher Energie unterscheiden. Diese Methode ermöglicht es Benutzern, legale und illegale Gammastrahlen zu identifizieren. Detektoren wie diese sind entscheidend für die nationale Sicherheit, wo sie verwendet werden, um illegal über die Grenzen geschmuggeltes Nuklearmaterial aufzuspüren, und helfen bei der nuklearen Forensik sowie bei der medizinischen diagnostischen Bildgebung.

Unter Verwendung des Perowskit-Materials erreichte das Team eine hohe Auflösung bei der Energiedetektion für Gammastrahlen unter Verwendung eines pixeligen Detektordesigns. In früheren Forschungsarbeiten verglich das Team die Leistung des neuen Cäsium-Blei-Bromid-Detektors mit der des herkömmlichen Cadmium-Zink-Tellurid-Detektors (CZT) und stellte fest, dass er beim Nachweis von Gammastrahlen ebenso gut abschnitt. Neue Forschungsergebnisse, die Kristallgrößen verbesserten und Pixel statt planarer Elektroden nutzten, haben die spektrale Auflösung weit über die herkömmlicher Designs hinaus verbessert, von etwa 3,8 % auf 1,4 %, wodurch Energie selbst aus sehr schwachen Quellen erkannt wird.

Radioaktive Isotope senden Gammastrahlen aus, deren Energie sich leicht unterscheidet, oft nur um wenige Prozentpunkte. Mit dem neuen Material können Anwender die Quelle von Gammastrahlen besser identifizieren, indem sie Unterschiede bis auf wenige Prozentpunkte lokalisieren. Darüber hinaus macht die Verwendung selbst leicht unreiner Materialien Detektoren typischerweise weniger effizient oder funktionsunfähig, und Hersteller von Geräten müssen nach ultrareinem CZT suchen, um effektive Messwerte zu erhalten. Das Material der Forscher könnte fünf- bis zehnmal mehr Verunreinigungen aufweisen als CZT und dennoch leistungsfähig sein, wodurch es einfacher und billiger herzustellen wäre. Die Auflösung ist auch für die medizinische Bildgebung wie SPECT-Scans von entscheidender Bedeutung.