В НИЯУ МИФИ разрабатывают детектор для цветной рентгенографии
Группа молодых ученых, включая сотрудников, аспирантов и студентов кафедры электроники НИЯУ МИФИ, создает пиксельный детектор PixelVision, способный регистрировать отдельные фотоны рентгеновского диапазона и измерять их энергию. Это позволит получать данные для детального анализа состава материалов и биологических тканей, а также формировать «цветные» рентгеновские изображения. Команда проекта сейчас участвует в четвертом цикле Университетского технологического акселератора «Росатома» и НИЯУ МИФИ.
Традиционная рентгенография основана на разной степени поглощения рентгеновских лучей тканями организма: плотные структуры (например, кости) задерживают излучение сильнее, мягкие ткани — слабее. Это создает контрастное черно-белое изображение, где яркость соответствует уровню поглощения. Однако такой метод не позволяет анализировать энергию отдельных фотонов. Разработка технологий, регистрирующих спектральные характеристики излучения, — ключевой шаг к созданию «цветного рентгена», способного улучшить диагностику. В России подобные решения пока отсутствуют, и проект Pixel Vision, реализуемый с поддержкой экспертов АО «ТВЭЛ» («Росатом»), призван ликвидировать этот пробел. Научным консультантом выступает руководитель лаборатории проектирования специализированных интегральных микросхем кафедры электроники НИЯУ МИФИ Эдуард Аткин.
Как пояснил руководитель проекта PixelVision, аспирант МИФИ Данила Лобанков, детектор представляет собой двухслойную структуру. Верхний слой — сенсор на основе арсенида галлия, разработанный в Томском государственном университете. При взаимодействии рентгеновских фотонов с материалом сенсора происходит ионизация, приводящая к образованию электрон-дырочных пар. Их количество пропорционально энергии поглощенного фотона.
Нижний слой — специализированная микросхема, создаваемая в МИФИ. Ее задача — считывание, обработка зарядов и преобразование сигналов в данные о пространственном распределении и энергии фотонов.
Ключевая сложность — высокая чувствительность устройства. Величина зарядов, регистрируемых сенсором, составляет порядка нескольких тысяч электронов (~1,6×10⁻¹⁶ Кл). Для работы с такими сигналами микросхема проектируется по технологии КМОП с нормами 180 нм.
Как отметил участник проекта, аспирант МИФИ Салават Ямалиев, внедрение детектора в медицину позволит не только получать «цветные» рентгеновские изображения высокой четкости, но и снизить дозу облучения пациентов за счет сокращения времени экспозиции. Технология также найдет применение в научных экспериментах (установках класса мегасайенс), системах досмотра и промышленном неразрушающем контроле.
Молодежный стартап - это проект принципиально новой конструкции отдельного пикселя для матричных преобразователей рентгеновских, а в будущем и радиочастотных томографов высокого разрешения для медицины и промышленной диагностики. Планируется внедрение предложенных решений в проектах РАН и на предприятиях Росатома и ФМБА.
Фото: пресс-служба МИФИ