Blikk for detaljer

Framtidas røntgendetektor kan sortere plasttyper, plukke ut nyttige mineraler i avfall og avsløre forurensing i mat og medisiner.

Vi har jobbet med framtidas røntgendetektor i mange år, og er nå like ved målet, sier Thor-Erik Hansen ved SINTEF IKT.

A (til venstre): En flat røntgendetektor slipper inn strålingen fra toppen, og er 0,5 mm tykk. Dette begrenser bruksområdet til lavere energier. B (til høyre): En kantbelyst detektor slipper inn fotonene fra siden og kan lages 25 mm bred. Når strålingen faller inn både fra kanten og fra overflaten, blir absorberingslengden betydelig større. Detektoren kan fange opp et langt større energiområde og får et mye bredere bruksområde. Detektorene kan ha et ulikt antall sensorer – alt etter hva som skal måles. Foto: Abrams/Lacagnina og Vince Michaels. Illustrasjon: Mats Heide/Raymond Nilsson

A (til venstre): En flat røntgendetektor slipper inn strålingen fra toppen, og er 0,5 mm tykk. Dette begrenser bruksområdet til lavere energier.
B (til høyre): En kantbelyst detektor slipper inn fotonene fra siden og kan lages 25 mm bred. Når strålingen faller inn både fra kanten og fra overflaten, blir absorberingslengden betydelig større. Detektoren kan fange opp et langt større energiområde og får et mye bredere bruksområde. Detektorene kan ha et ulikt antall sensorer – alt etter hva som skal måles.
Foto: Abrams/Lacagnina og Vince Michaels. Illustrasjon: Mats Heide/Raymond Nilsson

I mer enn 20 år har Hansen og kollegene hans på Mikro- og nanolaboratoriet ved SINTEF (MiNaLab), produsert høyenergi strålingsdetektorer. Disse har blitt brukt til å måle energi og posisjon av høyenergi partikler skapt i fysikkeksperimenter, som i Cern i Sveits. Nå vil forskerne overføre denne teknologien til framtidas røntgendeteksjon og bruke de samme prinsippene her.

Utgangspunktet er såkalte «kantbelyste detektorer» som sørger for at man kan ta opp og detektere et større energiområde enn tidligere.

– Her er vi verdensledende i utvikling og framstilling, forteller Hansen.

Det andre detektoren gjør, er å sortere strålingen i ulike energinivåer gjennom å telle antall fotoner og beregne energien av disse. Det nye apparatet som forskerne betegner som EDRD – «energidispersiv røntgendetektor», skal også benytte lavere doser av røntgenstråling.

Bruksområder

Framtidas røntgendetektor skal skille mellom materialer som er ganske like i tetthet, ved at kontrastene blir bedre. Den kan for eksempel plukke ut mineraler som er svært lønnsomme ved resirkulering. Og den kan sortere ut myk og hard plast som vil kunne gi inntekter på 500 kroner per tonn.

Forskerne ser også for seg at detektoren kan fungere som prosesskontroll i smelteverk, beregne metallkonsentrasjonen i malm, eller detektere farlige stoffer i avfall og i bagasje.

– På næringsmiddelsiden og farmasøytisk område kan røntgenteknologi i produksjonslinja fjerne risikoen for en kostbar tilbakekalling av varer. Detektoren kan nemlig oppdage forurensinger eller sammenblandinger i maskinelt ferdigpakkede produkter, opplyser Hansen.

Også medisinsk kan den nye røntgenteknologien gi fordeler: Strålingsfaren reduseres gjennom lave doser, og spesielt for mammografiundersøkelser som skjer hyppig, kan dette være av betydning.

Men det kan ta tid. Fordi detektorutviklingen fortsatt er i et tidlig stadium, vil det innebære både kostnader og investeringer før prosjekter kan komme i gang med tanke på anvendelser.

– For å bearbeide markedet og posisjonereoss som en komponentutvikler, må vi starte med å identifisere behov og utvikle krav til mulige produkter, sier Thor-Erik Hansen.

Dagens røntgenstråling (A)

Når du røntgenfotograferer handa di på et sykehus i dag, legger du den på en flat plate. Denne inneholder selve detektoren, eller – som i de gamle maskinene – røntgenfilmen. Røntgenlys fra et røntgenrør er plassert over handa og settes på i noen korte sekunder for å generere bildet. Detektorpixlene i platen under handa di mottar strålene som blir absorbert ulikt ut fra hvordan materialet er bygd opp. Kroppen vår består av små atomer (vev) som i liten grad vil absorbere strålingen, mens skjelettet er bygd opp av blant annet kalsium – et middels stort atom som tar bort mer av røntgenstrålingen. Handa avbildes derfor med hvit beinstruktur (kalsium) og grått vev (karbon).

Framtidas røntgendetektor (B)

RØNTGENSTRÅLING

Elektromagnetisk stråling består av en strøm av «lyspartikler» eller fotoner. Dette skjer i et røntgenrør der elektroner med høy hastighet bombarderer en metalloverflate og bremses opp. Elektromagnetisk stråling er av svært kort bølgelengde - betydelig kortere enn ved ultrafiolett lys. Denne strålingen sendes ned mot detektoren.

Den nye detektoren måler og teller opp elektroner, for å kunne telle energien i hvert enkelt foton og skille dem fra hverandre. Når et røntgenfoton treffer kanten på detektorbrikken, slår det løs et antall elektroner som er proporsjonalt med antall energier i røntgenfotonet. Den nye detektoren teller og sorterer fotonene etter energinivå. Akkumulert i brikken er det Asic-kretser som holder rede på dette og gir ut et sett med tall. Disse overføres til en datamaskin og kommer ut som et fargebilde i fire-fem hovedfarger og med et utall av kombinasjoner. Handa er nå avbildet med brusk, sener og blodårer.

Åse Dragland