【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，東南大學多維探測與智能識別團隊自主研發(fā)了一款X射線多能探測與成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)不同于單光子X射線多能探測，采用高通量X射線，實現(xiàn)了快速的4通道X射線成像。通過引入與不同能量X射線衰減系數(shù)比值(σ(Ei)/σ(Ej))數(shù)字剪影算法，實現(xiàn)堆疊擺放目標識別。相關成果以《通過改變工作電壓調(diào)節(jié)鈣鈦礦探測器中單極性載流子收集實現(xiàn)多能x射線探測和成像》(Multi-energy X-ray detection and imaging enabled by working voltage regulating unipolar carrier collection in perovskite detector)為題發(fā)表在《科學進展》(Science Advances)上。
 

　　圖1 (A)單極性n-i-n探測器中多能探測的工作機制；(B)16cm長(320像素點)的多能X射線成像線列樣機及其讀出系統(tǒng)原理圖；(C)多能X射線成像線列樣機與商用安檢機的物質(zhì)識別結(jié)果對比。

 

　　X射線的探測與成像在醫(yī)學診斷、無損檢測、安全檢查、科學研究等方面得到了廣泛的應用。常規(guī)X射線影像僅可以提供被檢樣品形貌信息，盡管計算機斷層掃描(CT)可以獲得目標的橫截面或三維成像，但重心仍集中在對比度和形狀特征上。X射線能量分辨影像有望在形貌信息上增加一維物質(zhì)成分信息，被認為是下一代X射線成像技術。過去二十年中，雙能X射線探測，通過堆疊探測器或快速切換X射線源方式，已實現(xiàn)商業(yè)化應用，并在兒童檢測以及血管檢測中體現(xiàn)巨大優(yōu)勢。但該技術面臨著高輻射計量和多次掃描圖像對齊的挑戰(zhàn)，且能量通道不足以進行復雜材料分析。近些年，單光子計數(shù)在能量分辨X射線傳感和成像領域引起了廣泛關注。然而，這些探測器需要低X射線通量才能準確識別單個光子并避免“堆積”效應，延長了成像過程，且對探測器性能要求高，數(shù)據(jù)采集量大。亟須研發(fā)一種高性價比的多能X射線探測成像方式。
 

　　本研究繞過單光子計數(shù)，另辟蹊徑開發(fā)簡單高效的多能X射線直接型探測線列成像系統(tǒng)。本研究設計了單極性n-i-n探測器，采用Bi-MAPbBr3(n)/MAPbBr3(i)/Bi-MAPbBr3(n)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)其電子遷移率(??e)相對空穴遷移率(??h)大兩個數(shù)量級。根據(jù)光生電子的深度隨X射線能量的變化而變化，通過調(diào)節(jié)施加工作電壓來改變電場分布，從而精確調(diào)節(jié)電子漂移長度實現(xiàn)電子的選擇性收集。隨后，提出了一種簡單有效的解耦X射線能量信息的算法，通過分析不同電壓下的光電流，實現(xiàn)光電流到X射線光子能量的逆向推導。最終，開發(fā)多能X射線探測成像，實用普通X射線源(非同步輻射源)，在20秒內(nèi)實現(xiàn)4能量通道的多能圖像。該系統(tǒng)配套的不同能量X射線衰減系數(shù)比值(σ(Ei)/σ(Ej))相關的多能數(shù)字剪影算法，減輕被測物體厚度變化對投影圖像的影響，實現(xiàn)并排放置或堆疊放置物體的形態(tài)和物質(zhì)識別。
 

　　東南大學電子科學與工程學院徐曉寶教授、雷威教授、浙江大學楊旸教授為本文的共同通訊作者。東南大學電子科學與工程學院博士生李雨巍為本文的第一作者。該研究受到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和江蘇省自然科學基金等項目的資助。