В помощь медикам: в университете «Дубна» стремятся повысить чувствительность рентген-детекторов

Довольно редкий минерал перовскит, в состав которого входит титанат кальция, был открыт на Уралев 1839 году. Гораздо позже учеными были обнаружены его уникальные физико-химические свойства, которые в настоящее время активно изучаются.

Одним из перспективных направлений в применении этого минерала является разработка оптоэлектронных устройств на основе перовскитных полупроводников. Это открывает путь для создания дешевых высокоэффективных солнечных элементов, светодиодов и фотодетекторов, которые могут применяться в том числе для медицинской диагностической техники.Такие устройства отличаются более высокой чувствительностью по сравнению с современными аналогами, используемыми в медицине.

В университете «Дубна» исследования в этой области начались в 2015 году под руководством профессора Павла Гладышева. В течение нескольких лет при участии студентов и аспирантов кафедры химии, новых технологий и материалов создавалась лабораторная база для выполнения экспериментальных исследований. Опубликовано более десятка статей и несколько обзоров в российских и зарубежных изданиях.

С 2022 года по настоящее время исследования ведутся под руководством профессора кафедры, ведущего научного сотрудника Лаборатории теоретической физики им. Н.Н.Боголюбова ОИЯИ, доктора физико-математических наук Рашида Назмитдинова. В рамках выполнения внутренней НИР приоритетного уровня «Оптимизация методик формирования перовскитных материалов и численное моделирование процессов переноса носителей зарядов в них» исследователи разрабатывают новые подходы по созданию детекторов и изучают физико-химических процессы, отвечающие за их эффективное функционирование в широком диапазоне энергий излучения.

Среди данных работ приоритетными стали исследования, направленные на использование уникальных свойств перовскитов для создания рентгеновских детекторов нового поколения. Хорошо известно, что высокие дозы рентгеновского излучения увеличивают риск развития рака у пациентов в более позднем возрасте из-за повреждения ДНК ионизирующим излучением. Зачастую это вызывает беспокойство у пациентов и сотрудников медицинских учреждений. Низкие характеристики и высокая стоимость материалов для обнаружения результатов рентгеновского излучения по-прежнему серьезно ограничивают массовое продвижение низкодозной рентгеновской визуализации. Именно поэтому исследование новых материалов для обнаружения рентгеновского излучения со свойствами, которые превышают прежние параметры, совершенно необходимы.

Поскольку полупроводниковые перовскиты содержат элементы с высоким атомным номером, такие как цезий и свинец, они демонстрируют превосходную способность останавливать рентгеновское излучение. Эта способность оказывается большей, чем коммерчески доступные детекторы рентгеновского излучения, например, кремний (Si) и аморфный селен (α-Se), особенно в диапазоне высоких энергий свыше 50 кэВ. Более того, детекторы на основе перовскитных материалов обладают большей чувствительностью и разрешающей способностью, что позволяет получать рентгеновские изображения высокой точности. Подобные характеристики открывают возможность создания более безопасных для пациентов рентгеновских аппаратов благодаря уменьшению дозы облучения без потери качества изображения.

Конечной целью исследований, проводимых в университете, является разработка теоретических и практических подходов к созданию высокочувствительных перовскитных детекторов рентгеновского излучения для нужд биомедицины.