تلتقط تقنية الأشعة السينية الجديدة ضوءًا أكبر بمقدار 4.6 مرة دون فقدان الحدة

قام الباحثون بتطوير وميض بلوري فوتوني باستخدام التجميع الذاتي البيني القائم على تأثير Marangoni لتشكيل طبقة أحادية من نانوسفير البوليسترين على رقاقة GAGG:Ce المتلألئة. الائتمان: الدكتور ياو تشو من جامعة تشونغتشينغ طور العلماء طريقة جديدة للتصوير بالأشعة السينية تلتقط قدرًا أكبر من الضوء بشكل ملحوظ دون التضحية بحدة الصورة. تتمثل العقبة الرئيسية أمام صور الأشعة السينية الأكثر وضوحًا في أن الكثير من الضوء المتولد داخل أجهزة الكشف لا يصل أبدًا إلى الكاميرا. طور الباحثون سطحًا ذو بنية نانوية أدى إلى زيادة متوسط ​​إخراج الضوء بمقدار 4.64 مرة وتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء في التصوير بمقدار 13 ديسيبل. كما حافظ النظام التجريبي أيضًا على دقة مكانية أدق من 25 ميكرومتر (حوالي 0.001 بوصة). وقد تم تطوير هذا النهج من قبل علماء في جامعة تشونغتشينغ، والمعهد السادس والعشرين لـ CETC، ومعهد ستيفنز للتكنولوجيا، ويمكن أن يساعد كاشفات الأشعة السينية على إنتاج صور أكثر وضوحًا عند توفر عدد قليل جدًا من الفوتونات. تشمل التطبيقات المحتملة عمليات المسح الطبي باستخدام جرعات إشعاعية منخفضة، والفحص الأمني، وعمليات التفتيش الصناعية التفصيلية. تعمل هذه المكونات “الحساسة للضوء” بمثابة “مترجم”، حيث تحول “لغة” الإشعاع عالي الطاقة إلى إشارات ضوئية يمكن للكاميرات أو أجهزة الكشف الضوئي التقاطها وتحويلها إلى صور. وتعتبر أجهزة الوميض غير العضوية عالية الكثافة (مثل GAGG) فعالة بشكل خاص في امتصاص الأشعة السينية وتوليد الضوء، ولكن الكثير من هذا الضوء لا يمكنه الهروب. ونظرًا لأن هذه المواد لها معامل انكسار أعلى بكثير من محيطها، فإن الضوء الذي يسقط على السطح بزوايا معينة يخضع لانعكاس داخلي كلي. يمكن أن يصبح ما يصل إلى 90% من الفوتونات المولدة محاصرة في الأوضاع البصرية الموجهة، مما يقلل من كمية الضوء المتاحة للتصوير. وتصبح هذه المشكلة أكثر خطورة عندما تعمل أجهزة الكشف بإشارات أشعة سينية ضعيفة. يمكن أن تؤدي زيادة سمك الوامض إلى تحسين امتصاص الأشعة السينية، ولكنها تسمح أيضًا للضوء بالانتشار جانبًا قبل الكشف، مما يقلل من وضوح الصورة. تحافظ أجهزة الوميض الرقيقة على التفاصيل الدقيقة ولكنها يمكن أن تنتج إشارات أضعف. أظهر الباحثون أداءً محسنًا في تصوير الأشعة السينية مع تحسين مخرجات الضوء ونسبة الإشارة إلى الضوضاء مع الحفاظ على دقة مكانية عالية. الائتمان: الدكتور ياو تشو من جامعة تشونغتشينغ باستخدام البلورات الضوئية لإطلاق الضوء المحبوس تناول الباحثون هذه المقايضة عن طريق تعديل كيفية هروب الضوء من الوامض بدلاً من زيادة سمكه. يستخدم تصميمهم البلورة الضوئية، وهي بنية نانوية تتكرر بانتظام والتي تغير كيفية انتقال الضوء عبر المادة. من خلال عملية تعرف باسم حيود براغ، يوفر الهيكل الدوري زخمًا إضافيًا يسمح للضوء المحصور سابقًا بالهروب إلى الفضاء الحر. وهذا يزيد من كمية الضوء المرئي الذي يصل إلى الكاشف دون الحاجة إلى وميض أكثر سمكًا. وقد كان تصنيع مثل هذه الهياكل على مساحات كبيرة أمرًا صعبًا. توفر الطباعة الحجرية التقليدية نقشًا دقيقًا ولكنها تتطلب معدات باهظة الثمن ومعالجة معقدة، خاصة على الأسطح الوامضة الهشة. يمكن لتقنيات التجميع الذاتي الأبسط أن تغطي مساحات أكبر، لكن الشقوق والجسيمات المفقودة والمناطق البلورية سيئة المحاذاة يمكن أن تقلل من استخراج الضوء وإدخال أعمال فنية للتصوير. طريقة تصنيع جديدة مدفوعة بالتوتر السطحي طور الفريق تقنية التجميع الذاتي التي تستخدم تأثير مارانجوني، حيث تؤدي الاختلافات في التوتر السطحي إلى تحريك حركة السائل. من خلال الجمع بين الإيثانول والماء، أنشأ الباحثون تدرجات للتوتر السطحي ساعدت في تنظيم نانوسفيرات البوليسترين في طبقة مرتبة للغاية. ساعدت المواد الخافضة للتوتر السطحي على تعبئة الجزيئات بشكل أكثر إحكامًا، في حين قامت عملية تصريف خالية من الاهتزاز بنقل الهيكل المجمع إلى رقاقة GAGG الوامضة بقطر 25 مم (حوالي 0.98 بوصة). تتكون البلورة الضوئية الناتجة من طبقة أحادية متواصلة من كرات نانوية مرتبة في نمط سداسي متقارب. قاد البحث البروفيسور المشارك فنغ بينغ من جامعة تشونغتشينغ، بالتعاون مع الدكتور دينغ يوتشونغ من المعهد السادس والعشرين لمركز CETC ومرشح الدكتوراه كايفنغ ليو من معهد ستيفنز للتكنولوجيا. نُشرت ورقتهم البحثية في مجلة Opto-Electronic Advances. نحو صور أكثر وضوحًا مع إشعاع أقل. أظهرت النتائج التجريبية أن تعديل سطح جهاز الوميض يمكن أن يحسن بشكل كبير استخلاص الضوء مع الحفاظ على تفاصيل الصورة الدقيقة. يمكن أن يكون هذا النهج مفيدًا بشكل خاص في الظروف المتعطشة للفوتون، حيث يجعل التعرض المحدود للأشعة السينية من الصعب التمييز بين الإشارات الضعيفة والضوضاء الخلفية. ولا تزال هناك حاجة إلى مزيد من التطوير قبل أن يتم اعتماد التكنولوجيا على نطاق واسع. يمكن أن تؤثر العيوب الهيكلية المتبقية على الدقة المكانية، ويخطط الباحثون لتحسين عملية التجميع والتحقيق في التوافق مع المواد الوامضة الأخرى. تم دعم هذه الدراسة ماليًا من قبل مؤسسة العلوم الطبيعية في تشونغتشينغ، الصين بموجب المنحة CSTB2025NSCQ-LZX0041، ومؤسسة التطوير التابعة للمعهد السادس والعشرون لشركة مجموعة تكنولوجيا الإلكترونيات الصينية بموجب المنحة K2605ZZ2025002، ومؤسسة بكين للعلوم الطبيعية بموجب المنحة L242114 والبرنامج الوطني للبحث والتطوير الرئيسي في الصين بموجب المنحة 2019YFC0605203. لا تفوت أي إنجاز: انضم إلى النشرة الإخبارية لـ SciTechDaily. تابعنا على Google وأخبار Google.