Wyniki badań naukowców z NCBJ, Uniwersytetu Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy, Centrum Onkologii w Bydgoszczy oraz z Instytutu Materiałów Scyntylacyjnych Narodowej Akademii Nauk Ukrainy i Charkowskiego Uniwersytetu Narodowego (Ukraina) ukazały się w czasopiśmie „Crystals”.

Jak podano na stronie Narodowego Centrum Badań jądrowych (NCBJ), dzięki zastosowaniu w detektorach kompozytowych scyntylatorów będzie możliwe dokładniejsze i szybsze mierzenie promieniowania.

W licznikach scyntylacyjnych wykorzystuje się zjawisko scyntylacji, które występuje w niektórych substancjach pod wpływem bombardowania ich cząstkami naładowanymi. Kiedy cząstki jonizujące przechodzą przez scyntylator, wytwarzane są jony i elektrony, które emitują fotony obserwowane w postaci błysków świetlnych.

W komunikacie NCBJ wyjaśniono, że detektory scyntylacyjne o wysokiej efektywności można wykorzystywać w pomiarach w czasie rzeczywistym. „W praktyce detektory pracują często w polu promieniowania mieszanego, gdzie jednocześnie występuje promieniowanie alfa, beta i gamma. Dokładne zbadanie takiego pola wymaga więc od detektora zdolności jednoczesnej rejestracji i separacji różnego rodzaju promieniowania, co dla pojedynczego materiału detekcyjnego pozostaje dużym wyzwaniem” – wytłumaczyli polscy i ukraińscy naukowcy.

Dlatego badacze na całym świecie pracują nad stworzeniem detektora złożonego z kilku warstw scyntylacyjnych. Badane struktury zawierają bazowy materiał scyntylacyjny o większej objętości, na którym hodowana jest cienka warstwa innego scyntylatora. Takie rozwiązanie pozwala na rozróżnianie cząstek promieniowania w zależności od ich zasięgu w danej warstwie scyntylacyjnej.

„Cząsteczki promieniowania alfa oraz beta o niskiej energii nie są przenikliwe, zatrzymują się więc głównie w pierwszej warstwie scyntylatora kompozytowego. Promieniowanie o większej energii, zwłaszcza gamma, przenika dalej, więc wykrywamy je w dalszych warstwach, głównie w bazowym scyntylatorze, czyli podłożu” – powiedziała cytowana w materiale dr Agnieszka Syntfeld-Każuch z Zakładu Fizyki Detektorów i Diagnostyki Plazmy NCBJ, pierwsza autorka publikacji.

W nowej pracy badacze przyjrzeli się bliżej kompozytowym scyntylatorom, których bazę stanowił pojedynczy kryształ GAGG:Ce (granat gadolin-aluminium-gal domieszkowany cerem), substancja o znanych właściwościach scyntylacyjnych. Na bazę naniesiono warstwę TbAG (granatu terb-aluminium) domieszkowaną jonami ceru i magnezu, wykazującą zupełnie inną odpowiedź na promieniowanie. Tak przygotowany dwuwarstwowy materiał połączono z fotopowielaczem, tworząc detektor promieniowania mieszanego.

Urządzenie poddano testom, które miały określić zdolność do rozróżniania promieniowania w polu mieszanym.

„Nasza praca pokazała, że nowy scyntylator wykazuje różną odpowiedź w zależności od rodzaju promieniowania, może więc być skutecznym narzędziem do jednoczesnej detekcji i separacji promieniowania mieszanego. Dodatkowo (…) nasz materiał kompozytowy doskonale nadaje się do jednoczesnej detekcji trzech rodzajów promieniowania alfa, beta i gamma” – opowiadał, również cytowany w materiale prasowym, współautor badania, dr Abdellah Bachiri z Zakładu Fizyki Detektorów i Diagnostyki Plazmy NCBJ.

W kolejnych etapach prac naukowcy zamierzają wykorzystać wielowarstwowe scyntylatory do określenia dawek promieniowania mieszanego w zastosowaniach medycznych, m.in. w borowo-neutronowej terapii nowotworów BNCT (Boron Neutron Capture Therapy). Dalsze badania tych materiałów mają także poprawić wydajność świetlną oraz sprawdzić ich przydatność w jednoczesnej rejestracji różnych kombinacji promieniowania o zmiennej energii. „Już teraz jednak jest widoczny potencjał do wykorzystania nowych kompozytowych scyntylatorów w ochronie radiologicznej i dozymetrii” – podsumowano w komunikacie. (PAP)

abu/ zan/