研究人员开发新型探测器帮助检测和识别放射性同位素

安全官员的任务是防止罪犯将危险材料偷运到一个国家，而检测核物质既困难又昂贵。现在，西北大学的研究人员已经开发出了一种基于低成本材料的新设备，可帮助检测和识别放射性同位素。

研究团队使用钙钛矿晶体形式的溴化铯，发现他们能够在小型便携式设备中为现场研究人员和超大型探测器创建高效探测器。

领导该研究的教授Mercouri Kanatzidis说，除了比典型的设备便宜外，这种检测伽马射线的新方法还能够区分不同能量的射线。这种方法允许用户识别合法伽玛射线与非法伽玛射线。这类检测器对于国家安全至关重要，在这种检测器中，它们被用来检测跨境走私的非法核材料，并协助进行核法证以及医学诊断成像。

卡纳齐迪斯说：“使用钙钛矿材料，我们已经实现了使用像素化探测器设计的伽马射线能量探测的高分辨率。” “这使我们朝着创建用于医疗诊断和成像，机场安全等的电子系统迈出了一步。”

这项研究将于12月7日发表在《自然光子学》杂志上。

卡纳齐迪斯(Kanatzidis)是温伯格文理学院的Charles E.和Emma H. Morrison化学教授。他与Argonne国家实验室有共同任命。

在过去的研究中，研究小组将这种新型溴化铯铅探测器的性能与传统的碲化镉锌(CZT)探测器进行了比较，发现它在探测伽玛射线方面也表现出色。

但是，新的研究改善了晶体尺寸并利用像素而不是平面电极，从而将光谱分辨率从3.8%提高到了1.4%，远远超过了传统设计，甚至可以检测非常弱的能量。

放射性同位素发射的伽马射线能量略有不同，通常仅相差几个百分点。使用新材料，用户可以通过将差异精确到几个百分点来更好地识别伽玛射线的来源。

此外，即使使用稍微不纯的材料通常也会使检测器的效率降低或无法正常工作，并且设备的生产商必须寻求超纯CZT才能产生有效的读数。令研究人员惊讶的是，他们自己的材料所含杂质可能比CZT多5至10倍，并且仍能发挥作用，从而使其生产起来更容易且更便宜。分辨率对于像SPECT扫描这样的医学成像也至关重要。

Kanatzidis说，在这个领域有很多兴趣，特别是考虑到设备故障的成本和安全隐患。他说，但是这个领域的进展缓慢，主要是因为研究小组要么专注于材料合成，要么专注于X射线和伽马射线探测器。Kanatzidis的实验室在着陆溴化铯前研究了60多种有前途的化合物。

尽管有了新材料的推动，卡纳兹迪斯说他与西北和阿贡的合作者的工作并没有结束。卡纳齐迪斯说：“我们的货架上充满了我们尚待深入研究的新可能性。” “我的研究小组是工程学方面和晶体生长方面的罕见组合。”

何益辉(Yihui He)是Kanatzidis实验室的研究助理教授，也是该论文的第一作者。他说：“我们向密歇根大学的合作者报告的新设备制造协议可能会导致在不久的将来大规模生产溴化铯检测器。”

密歇根大学中和教授的团队参加了探测器的表征和分析。Argonne科学家Duck Young Chung是这项工作的主要合作者。

Kanatzidis及其同事成立了一家新公司Actinia，以将用于铯和X射线检测和识别的溴化铯铅检测器商业化。这些新型探测器将对医学诊断，国土安全和核安全产生广泛的影响。