Факт и комментарий

Для создания "умных" детекторов

В Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН, Женева, Швейцария) было подписано соглашение о создании международной исследовательской коллаборации Medipix-4, в состав которой впервые вошли сотрудники Объединенного института ядерных исследований.

Коллаборация Medipix-4 (как и три предшествующих) ставит своей целью разработку семейства микросхем для разработки пиксельных детекторов ионизирующих излучений. Эти уникальные аналого-цифровые микросхемы размером 14х14 мм используют передовые достижения микроэлектроники и содержат более 65 тысяч независимых каналов для усиления и оцифровки электрических сигналов. Микросхемы Medipix - это яркая демонстрация наметившейся в последнее время тенденции создания "умных" детекторов, которые не только регистрируют излучение, но и могут проводить обработку сигнала. Основная задача коллаборации Medipix-4 состоит в переходе на технологический процесс 65 нм, значительном повышении быстродействия и функциональности, а также в реализации технических решений, позволяющих создавать детекторы произвольно большой площади. Естественно, при этом будут широко использоваться опыт и разработки предшествующих этапов.

Пиксельный детектор больше всего похож на ПЗС-матрицу обычного цифрового фотоаппарата, но отличается гораздо более высокой чувствительностью и существенно более низким уровнем шума. Детекторы на основе микросхемы Medipix позволяют не только регистрировать сигналы от отдельных частиц (например, рентгеновских гамма-квантов или ядерных излучений), но и определять их энергию. В результате, кроме изображения очень высокого качества (размер пикселя детектора составляет всего 55 микрон) можно определить спектр падающего на детектор излучения.

Это открывает новые и потенциально очень привлекательные возможности применения подобных детекторов не только в аппаратуре для фундаментальных физических исследований, но и в прикладных областях, в частности при создании медицинской техники нового поколения. Например, они позволяют использовать тот факт, что рентгеновские лучи по-разному поглощаются различными химическими элементами в зависимости от энергии квантов. Это свойство рентгеновских лучей давно и успешно используется в исследовании химического (точнее, элементного) состава веществ при рентгеноспектральном анализе. Однако сочетание с возможностью формирования рентгеновского изображения высокого разрешения, которую дают детекторы Medipix, открывает такую перспективу, как распознавание веществ в томографическом изображении. Это дает возможность разработки новых рентгеноконтрастных веществ для медицинских исследований, новых способов изучения доставки лекарственных препаратов, а также новых методов неинвазивной диагностики, основанных на анализе внутренней микроструктуры и элементного состава исследуемых тканей.

Научно-исследовательские работы с детекторами Medipix ведутся в ОИЯИ с 2008 года. За это время накоплен серьезный опыт их использования в различных областях, включая создание гибридных пиксельных детекторов с чувствительным элементом из модифицированного арсенида галлия, разработанного в Томском университете, и построение на их основе системы мониторинга радиационного фона в эксперименте ATLAS на Большом адронном коллайдере. Официальное участие в коллаборации Medipix-4 - это не только признание успешной работы группы ОИЯИ, но и инструмент для более эффективной и результативной научной работы. Особенно привлекательно, что это впервые дает возможность не только использовать микросхемы Medipix для создания аппаратуры, но и принимать непосредственное участие в их разработке.

Алексей ЖЕМЧУГОВ