量子物質が高エネルギーX線イメージングと粒子検出の未来を拓くかもしれない(A quantum material could be the future of high-energy X-ray imaging and particle detection)

2024-10-09 アルゴンヌ国立研究所(ANL)

アルゴンヌ国立研究所の研究者らは、量子シェルを用いた新しいシンチレーター素材を開発し、高速かつ高解像度のX線撮影を可能にしました。この量子シェルは、ナノスケールの球状粒子で構成され、従来のシンチレーターと同等の効率を保ちながら、応答時間を数ナノ秒に短縮します。これにより、粒子物理学や医療診断、エンジン内のX線撮影など、幅広い応用が期待されます。この技術は、既存のシンチレーターの限界を超え、より薄く耐久性のある撮像材料として注目されています。

<関連情報>

コロイド量子殻からの明るく耐久性のあるシンチレーション Bright and durable scintillation from colloidal quantum shells

Burak Guzelturk,Benjamin T. Diroll,James P. Cassidy,Dulanjan Harankahage,Muchuan Hua,Xiao-Min Lin,Vasudevan Iyer,Richard D. Schaller,Benjamin J. Lawrie & Mikhail Zamkov
Nature Communications  Published:20 May 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-024-48351-9

量子物質が高エネルギーX線イメージングと粒子検出の未来を拓くかもしれない(A quantum material could be the future of high-energy X-ray imaging and particle detection)

Abstract

Efficient, fast, and robust scintillators for ionizing radiation detection are crucial in various fields, including medical diagnostics, defense, and particle physics. However, traditional scintillator technologies face challenges in simultaneously achieving optimal performance and high-speed operation. Herein we introduce colloidal quantum shell heterostructures as X-ray and electron scintillators, combining efficiency, speed, and durability. Quantum shells exhibit light yields up to 70,000 photons MeV−1 at room temperature, enabled by their high multiexciton radiative efficiency thanks to long Auger-Meitner lifetimes (>10 ns). Radioluminescence is fast, with lifetimes of 2.5 ns and sub-100 ps rise times. Additionally, quantum shells do not exhibit afterglow and maintain stable scintillation even under high X-ray doses (>109 Gy). Furthermore, we showcase quantum shells for X-ray imaging achieving a spatial resolution as high as 28 line pairs per millimeter. Overall, efficient, fast, and durable scintillation make quantum shells appealing in applications ranging from ultrafast radiation detection to high-resolution imaging.

2004放射線利用
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