تشخیص فوق سریع ذرات پرانرژی با پوسته های کوانتومی
لینک وبسایت: دانشمندان می گویند پوسته های کوانتومی می توانند به تشخیص فوق سریع ذرات پرانرژی کمک کنند، چونکه تشخیص فوری پرتو ایکس با دقت بسیار زیاد همیشه مشکل بوده اما با پوسته کوانتومی ممکن است.
به گزارش لینک وبسایت به نقل از ایسنا، محققان لابراتوار ملی آرگون(ANL) پوسته های کوانتومی در مقیاس نانو ساخته اند که به عنوان سوسو زن های پیشرفته الکترونی و پرتو ایکس عمل می کنند.
این نوآوری می تواند به پیشرفت های هیجان انگیز در فیزیک ذرات، تصویربرداری پزشکی و فناوری های دفاعی مبتنی بر پرتو ایکس منجر شود.
سوسوزن(Scintillator) ماده ای است که وقتی توسط پرتوهای یونیزه کننده برانگیخته می شود، از خود سوسو زنی نشان میدهد. وقتی مواد شب تاب با ذره ای وارد شده برخورد می کنند، انرژی آنرا جذب کرده و سوسو می زنند، یعنی انرژی جذب شده را باردیگر به صورت نور ساطع می کنند. گاهی اوقات حالت برانگیخته ناپایدار است، بدین سبب بازگشت از حالت برانگیخته به حالت های پایین تر به تأخیر می افتد که بسته به نوع ماده از چند نانوثانیه تا چند ساعت متغیر است.
در حقیقت، سوسو زن ماده ای است که با برخورد ذرات پرانرژی مانند پرتو ایکس یا اشعه گاما، جرقه های نوری از خود ساطع می کند. سپس این نور شناسایی می شود و برای اندازه گیری یا تصویربرداری از انرژی و حضور این ذرات استفاده می شود.
پژوهشگران می گویند، یک کاربرد روزمره برای فناوری سوسو زن را می توان در مطب دندانپزشکی یافت، جایی که پرتوهای ایکس در دهان بیمار تابیده می شود و به نواری از یک ماده واکنشی که تصویری از دندان ها را برای دندانپزشک نشان میدهد تا نقص های احتمالی را بررسی کند، بازتابیده می شود.
سوسو زن ها در تصویربرداری پزشکی و کاربردهای مختلف دیگر که از ذرات پرانرژی استفاده می نمایند، اهمیت زیادی دارند. با این وجود، یک محدودیت بزرگ برای سوسو زن های معمولی این است که دانشمندان اغلب باید بین دو گزینه تصویربرداری سریع یا بهترین عملکرد، یکی را انتخاب کنند.
بگفته پژوهشگران، سوسو زن های پوسته کوانتومی جدید می توانند بر این مشکل غلبه کنند.
پوسته های کوانتومی سریع تر و بهتر هستند
وقتی دانشمندان از یک سوسو زن معمولی استفاده می نمایند که نتایج سریعی را ارائه می دهد، اغلب باید دقت یا وضوح را فدا کنند. به صورت مشابه، هنگامی که آنها یک سوسو زن را انتخاب می کنند که بهترین عملکرد را ارائه می دهد، روند آن آهسته و زمان بر است.
فناوری های سنتی سوسو زن با چالش هایی در دستیابی به عملکرد بهینه و عملکرد با سرعت بالا بطور همزمان مواجهند.
پژوهشگران می گویند ما ساختارهای ناهمسان پوسته کوانتومی کلوئیدی را به عنوان سوسو زن پرتو ایکس و الکترونی معرفی کرده ایم که کارایی، سرعت و دوام را با هم ترکیب می کنند.
چیزی که سوسو زن های پوسته کوانتومی را سریع و دقیق می کند این است که وقتی پرتو ایکس به آنها برخورد می کند، تنها برای چند نانوثانیه نور(درخشش) ساطع می کنند. در مقابل، سوسو زن های معمولی صدها نانوثانیه می درخشند.
زمان درخشش کوتاه تر، تصویربرداری سریع تر و دقیق تر را ممکن می کند.
بنجامین دیرول(Benjamin Diroll) یکی از پژوهشگران این مطالعه می گوید: سوزن پوسته کوانتومی به طول عمر نانوثانیه ای تک رقمی دست می یابد و در عین حال سطح کارآیی را برابر با سوسو زن های سنتی حفظ می نماید. این خصوصاً هنگام ثبت رویدادهای سریع یا در موقعیت هایی که زمان بندی حیاتی می باشد، مفیدست.
اگر درخشش بیش از اندازه بطول بیانجامد، می تواند تصویر را تار کند یا روند تشخیص را کندتر کند و مشاهده تغییرات سریع را دشوارتر کند.
علاوه بر این، سوسو زن های سنتی چند میلی متر ضخامت دارند و موجب می شوند نور از مناطق مختلف آزاد شود و در نتیجه تصاویر تار شوند. در مقابل، سوسو زن های پوسته کوانتومی بصورت لایه های نازک بر روی بستر ساخته می شوند.
بوراک گوزلتورک(Burak Guzelturk) محقق ارشد و فیزیکدان ANL اظهار داشت: ما متوجه شدیم که می توانیم سوسو زن های پوسته کوانتومی را بسیار نازک تر، در حد فقط چند میکرومتر بسازیم و در عین حال به جذب پرتو ایکس قوی و تصویربرداری با وضوح فضایی بالا نائل شویم.
سوسو زن هایی با پتانسیل بی پایان
کاربرد پوسته های کوانتومی به پرتو ایکس دندانپزشکی و سایر انواع تشخیص های پزشکی محدود نمی شود.
بگفته پژوهشگران می توان از آن در کنار منابع قدرتمند پرتو ایکس مانند منبع فوتون پیشرفته(APS) برای تشخیص فوق سریع ذرات پر انرژی و تولید تصاویر باکیفیت بالا بهره برد.
منبع فوتون پیشرفته(APS) یک مرکز فناوری پیشرفته در لابراتوار ملی آرگون(ANL) است که پرتوهای شدید پرتو ایکس را جهت بررسی ساختار و خواص طیف وسیعی از مواد همچون نمونه های بیولوژیکی، ماشین ها، فلزات و مواد دیگر تولید می کند.
به عنوان مثال، اگر می خواهید بدانید که یک موتور در صورتیکه با سوخت داخلی خود کار می کند، چگونه کار می کند، می توانید ابتدا از APS برای عکسبرداری با پرتو ایکس که از موتور عبور می کند، استفاده کنید.
سپس سوسو زن های پوسته کوانتومی پرتو ایکس را تشخیص می دهند و به ایجاد تصاویر با وضوح بالا کمک می کنند و به شما امکان می دهند ساختار داخلی موتور و نحوه عملکرد آنرا در لحظه مشاهده کنید.
پژوهشگران خاطرنشان می کنند که با بهره گیری از خواص نوری و الکترونیکی منحصر به فرد سوسو زن های پوسته کوانتومی می توانند مرزهای جدیدی را در حوزه های مختلف از فیزیک ذرات تا تشخیص پزشکی باز کنند.
این مطالعه در مجله Nature Communications انتشار یافته است.
منبع: لینك وبسایت
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب