NUS ontwikkelt perovskiet nanokristal scintillatoren voor nauwkeurige detectie van één proton
door Simon Mansfield
Sydney, Australië (SPX) 02 februari 2024
In een aanzienlijke sprong voorwaarts voor de detectietechnologie voor deeltjesstraling hebben onderzoekers van de Nationale Universiteit van Singapore (NUS) een innovatieve, doorlatende dunne scintillator geïntroduceerd, gemaakt van perovskiet-nanokristallen. Dit nieuwe apparaat is ontworpen voor het realtime volgen en tellen van afzonderlijke protonen, wat een aanzienlijke vooruitgang betekent op het gebied van deeltjesdetectie.
De kern van deze doorbraak is de uitzonderlijke gevoeligheid van de scintillator, die wordt toegeschreven aan bi-excitonische stralingsemissie die wordt gegenereerd door door protonen geïnduceerde opconversie en impactionisatie. Deze technologische innovatie staat op het punt een revolutie teweeg te brengen in een reeks wetenschappelijke en technologische domeinen, waaronder fundamentele natuurkunde, kwantumtechnologie, diepe ruimteverkenning en met name protonkankertherapie.
De zoektocht naar nauwkeurige dosiscontrole bij protontherapie heeft uitgebreid onderzoek naar geavanceerde protondetectoren gekatalyseerd. De ontwikkeling van het NUS-team onderscheidt zich door het aanpakken van een cruciale uitdaging in het veld: de behoefte aan real-time protonenbestraling met nauwkeurigheid van het tellen van afzonderlijke protonen. In tegenstelling tot traditionele deeltjesdetectoren, die worden gehinderd door hun omvang of onvoldoende gevoeligheid, combineert de door NUS ontwikkelde scintillator een ultradunne constructie met een ongeëvenaarde gevoeligheid.
Onder leiding van professor Liu Xiaogang van het NUS-departement Scheikunde en universitair hoofddocent Andrew Bettiol van het NUS-departement Natuurkunde heeft het onderzoeksteam een dunne-film doorlatende scintillator tentoongesteld die aanzienlijk beter presteert dan bestaande oplossingen. Met een lichtopbrengst die ongeveer het dubbele is van die van in de handel verkrijgbare BC-400 plastic dunne-film scintillatoren en tien keer groter dan conventionele bulk scintillatoren zoals LYSO:Ce, BGO en YAG:Ce kristallen, vertegenwoordigt deze innovatie een grote stap voorwaarts in de detectie en beeldvorming van afzonderlijke protonen.
De scintillatoren, met een dikte van slechts ongeveer 5 µm, bereiken een detectielimiet van 7 protonen per seconde – een gevoeligheid die verschillende ordes van grootte lager is dan de telsnelheden die klinisch relevant worden geacht. Deze mogelijkheid is cruciaal voor toepassingen waarbij nauwkeurige detectie en beeldvorming van cruciaal belang zijn.
Bovendien heeft het team een nieuwe theorie naar voren gebracht met betrekking tot de scintillatiemechanismen die worden geïnduceerd door protonen in CsPbBr3-nanokristallen, wat significante inzichten oplevert in de fundamentele processen die ten grondslag liggen aan protonenscintillatie. Dit inzicht speelt een belangrijke rol bij het benutten van het volledige potentieel van perovskiet-nanokristallen bij de detectie van deeltjesstraling.
Door gebruik te maken van de verbeterde gevoeligheid en snelle responstijd (~336 ps) van deze scintillatoren hebben de onderzoekers hun nut aangetoond in toepassingen variërend van het traceren van individuele protonen en real-time patroonbestraling tot protonenbeeldvorming met superresolutie. Op indrukwekkende wijze bereikte het onderzoek een ruimtelijke resolutie van minder dan 40 nm voor protonenbeeldvorming, wat nieuwe mogelijkheden inluidde voor materiaalkarakterisering, medische beeldvorming en wetenschappelijk onderzoek.
Professor Liu benadrukte de transformatieve impact van hun werk en merkte op: “De doorbraak die in dit werk wordt gepresenteerd, zou van aanzienlijk belang zijn voor gemeenschappen voor deeltjesstralingsdetectie, en zou zowel fundamentele inzichten bieden in nieuwe mechanismen van protonenscintillatie als technische vooruitgang op het gebied van baanbrekende detectiegevoeligheid voor afzonderlijke ionen. met behulp van ultradunne proton-transmissieve scintillatoren. In het bijzonder houden deze CsPbBr3 nanokristal scintillatoren een overweldigende belofte in voor de vooruitgang van de detectietechnologie in protontherapie en protonenradiografie.”
Dit onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Materials, draagt niet alleen bij aan de vooruitgang van detectietechnologieën, maar onderstreept ook het potentieel van perovskiet-nanokristallen bij het revolutioneren van het veld. Terwijl de wetenschappelijke gemeenschap de toepassingen van deze nieuwe technologie blijft onderzoeken, bieden de bevindingen van het NUS-team een veelbelovend pad naar verbeterde diagnostiek, therapie en begrip van de deeltjesfysica.
Onderzoeksrapport:Real-time telling van één proton met doorlatende perovskiet nanokristallen scintillatoren
Gerelateerde Links
National University of Singapore
Alles over zonne-energie op SolarDaily.com
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://www.solardaily.com/reports/NUS_develops_perovskite_nanocrystal_scintillators_for_precise_single_proton_detection_999.html
