Détecteurs au bromure de plomb de césium offrant une identification précise des isotopes radioactifs

Les responsables de la sécurité sont chargés d'empêcher les criminels de faire passer des matériaux dangereux dans un pays ; la détection de substances nucléaires a été difficile et coûteuse. Des chercheurs ont développé de nouveaux dispositifs basés sur un matériau peu coûteux pour aider à la détection et à l'identification d'isotopes radioactifs.

En utilisant du bromure de plomb de césium sous forme de cristaux de perovskite, l'équipe a créé des détecteurs hautement efficaces tant dans de petits dispositifs portables pour les chercheurs de terrain que dans de très grands détecteurs.

En plus d'être moins coûteux que les dispositifs typiques, la nouvelle méthode pour détecter les rayons gamma est aussi hautement capable de différencier les rayons de différentes énergies. Cette méthode permet aux utilisateurs d'identifier les rayons gamma légaux versus illégaux. De tels détecteurs sont critiques pour la sécurité nationale, où ils sont utilisés pour détecter des matériaux nucléaires illégaux passés en contrebande à travers les frontières et aider dans la médecine légale nucléaire ainsi que dans l'imagerie diagnostique médicale.

En utilisant le matériau perovskite, l'équipe a atteint une haute résolution en détection d'énergie pour les rayons gamma en utilisant un design de détecteur pixelisé. Dans des recherches passées, l'équipe a comparé la performance du nouveau détecteur au bromure de plomb de césium au détecteur conventionnel de tellurure de cadmium-zinc (CZT) et a trouvé qu'il performait aussi bien dans la détection des rayons gamma. De nouvelles recherches qui ont amélioré les tailles de cristaux et exploité des pixels plutôt que des électrodes planes ont fait progresser la résolution spectrale bien au-delà de celle des designs conventionnels, de 3,8 % environ à 1,4 %, détectant l'énergie même de sources très faibles.

Les isotopes radioactifs émettent des rayons gamma qui diffèrent légèrement en énergie, souvent de quelques points de pourcentage. En utilisant le nouveau matériau, les utilisateurs peuvent mieux identifier la source des rayons gamma en identifiant des différences jusqu'à quelques points de pourcentage. De plus, l'utilisation de matériaux même légèrement impurs rend généralement les détecteurs moins efficaces ou non fonctionnels et les producteurs de dispositifs doivent chercher du CZT ultra-pur pour produire des lectures efficaces. Le matériau des chercheurs pourrait avoir cinq à dix fois plus d'impuretés que le CZT et performer encore, le rendant plus facile et moins cher à produire. La résolution est aussi critique pour l'imagerie médicale comme les scans SPECT.