उच्च ऊर्जा एक्स-रे इमेजिंग तकनीक

उच्च ऊर्जा एक्स-रे प्रतिबिंब तकनीक (HEXITEC) उच्च ऊर्जा एक्स-रे और गामा रे स्पेक्ट्रोस्कोपी अनुप्रयोगों के लिए विकसित स्पेक्ट्रोस्कोपिक, एकल फोटॉन गणना, पिक्सेल अधिनायक का एक वर्ग होता है। HEXITEC कंसोर्टियम का गठन 2006 में EPSRC अभियांत्रिकी और भौतिक विज्ञान अनुसंधान परिषद, यूके द्वारा वित्त पोषित किया गया था। कंसोर्टियम का नेतृत्व मैनचेस्टर विश्वविद्यालय द्वारा किया जाता है, अन्य सदस्यों में विज्ञान और प्रौद्योगिकी सुविधाएं परिषद, सरे विश्वविद्यालय, डरहम विश्वविद्यालय, लंदन विश्वविद्यालय, बिर्कबेक सम्मलित है। 2010 में रॉयल सरे काउंटी अस्पताल और यूनिवर्सिटी कॉलेज लंदन को सम्मलित करने के लिए कंसोर्टियम का विस्तार हुआ था। कंसोर्टियम का दृष्टिकोण उच्च ऊर्जा एक्स-रे प्रतिबिंब तकनीक में यूके स्थित क्षमता विकसित करना था। यह अब क्वांटम अधिनायकों के माध्यम से व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है।

उच्च ऊर्जा एक्स-रे प्रतिबिंब तकनीक
एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी एक ऊर्जशील प्रयोगात्मक तकनीक है जो एक नमूने के भीतर मौलिक संरचना और आंतरिक तनाव के बारे में गुणात्मक जानकारी प्रदान करता है। उच्च ऊर्जा एक्स-रे में सामग्री में गहराई से प्रवेश करने की क्षमता होती है, जिससे स्टील में वेल्ड, तेल या गैस वाले भूवैज्ञानिक कोर अनुभाग या भारी संयंत्र या यांत्रिकी के अंदर रासायनिक प्रतिक्रियाओं के आंतरिक अवलोकन के लिए घने वस्तुओं के परीक्षण की अनुमति मिलती है। एक्स-रे प्रतिदीप्ति प्रतिबिंब और सुसंगत विवर्तन प्रतिबिंब जैसी विभिन्न प्रायोगिक तकनीकों के लिए एक्स-रे अधिनायकों की आवश्यकता होती है जो ऊर्जा की एक विस्तृत श्रृंखला पर संवेदनशील होते है। सिलिकॉन और जर्मेनियम पर आधारित स्थापित अर्द्धसुचालक अधिनायक तकनीक में 30 केवी के अनुसार एक्स-रे ऊर्जा पर उत्कृष्ट ऊर्जा संकल्प होती है, लेकिन इसके ऊपर, भौतिक द्रव्यमान क्षीणन गुणांक में कमी के कारण, पता लगाने की दक्षता नाटकीय रूप से कम हो जाती है। उच्च ऊर्जा एक्स-रे का पता लगाने के लिए, उच्च घनत्व सामग्री से निर्मित अधिनायकों की आवश्यकता होती है।

कैडमियम टेल्यूराइड (CdTe), कैडमियम जिंक टेल्यूराइड (CdZnTe), गैलियम आर्सेनाइड (GaAs), पारा आयोडाइड या थैलियम ब्रोमाइड जैसे उच्च घनत्व वाले मिश्रित अर्धचालक उपयोग के लिए व्यापक शोध का विषय रहे है। सीडीटीई और सीडीजेएनटीई के अनुकूल आवेश परिवहन गुणों और उच्च विद्युत प्रतिरोधकता ने उन्हें उच्च एक्स-रे ऊर्जा पर स्पेक्ट्रोस्कोपी की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए आदर्श रूप से उपयुक्त बना दिया है। प्रतिबिंब अनुप्रयोगों, जैसे एसपीईसीटी, के लिए एक पिक्सेल वाले इलेक्ट्रोड के साथ अधिनायकों की आवश्यकता होती है जो वस्तुओं को 2डी और 3डी में चित्रित करने की अनुमति देते है। अधिनायक के प्रत्येक पिक्सेल को विद्युत की अपनी श्रृंखला की आवश्यकता होती है और अत्यधिक पिक्सेल वाले अधिनायक के लिए उच्च संवेदनशीलता अनुप्रयोग-विशिष्ट एकीकृत परिपथ के उपयोग की आवश्यकता होती है।

हेक्सिटेक एएसआईसी
विज्ञान और प्रौद्योगिकी सुविधाएं परिषद रदरफोर्ड एपलटन प्रयोगशाला द्वारा कंसोर्टियम के लिए HEXITEC प्रयोग विशिष्ट एकीकृत परिपथ (एएसआईसी) विकसित किया गया था। प्रारंभिक प्रोटोटाइप में 0.35μm CMOS प्रक्रिया का उपयोग करके निर्मित 250μm पिच पर 20 x 20 पिक्सेल की एक सरणी सम्मलित थी, एएसआईसी की दूसरी सरणी आकार को 80 x 80 पिक्सेल (4 cm2) प्रत्येक एएसआईसी पिक्सेल में एक आवेश प्रवर्धक, एक CR-RC प्रवर्धक परिपथ होता है। एएसआईसी पता लगाए गए प्रत्येक एक्स-रे परिणाम के लिए जमा की गई स्थिति और कुल आवेश को अंकित करता है।

पिक्सी एएसआईसी
PIXIE एएसआईसी कंसोर्टियम के लिए विज्ञान और प्रौद्योगिकी सुविधाएं परिषद रदरफोर्ड एपलटन प्रयोगशाला द्वारा विकसित एक अनुसंधान और विकास एएसआईसी होता है। शॉकले-रेमो प्रमेय द्वारा वर्णित अर्द्धसुचालक अधिनायकों में आवेश छोटे पिक्सेल प्रभाव की जांच के लिए एएसआईसी का उपयोग किया जाता है। एएसआईसी में 250μm पिच पर 3 x 3 पिक्सेल की तीन अलग-अलग सरणियाँ होती है और 500μm पिच पर 3 x 3 पिक्सेल की एक एकल सरणी होती है। प्रत्येक पिक्सेल में एक आउटपुट होता है जिससे प्रत्येक पिक्सेल के प्रेरित आवेश को अंकित किया जा सकता है।

हेक्सिटेक अधिनायक
HEXITEC एएसआईसी एक अधिनायक व्यवस्था में सिल्वर एपॉक्सी और गोल्ड स्टड तकनीक को ठीक करने वाले कम तापमान (~100 °C) का उपयोग करके एक प्रत्यक्ष रूपांतरण अर्धचालक अधिनायक से जुड़ी फ्लिप-चिप होती है। एक्स-रे अधिनायक परत एक अर्द्धसुचालक होता है, जो सामान्यतः कैडमियम टेल्यूराइड (सीडीटीई) या कैडमियम जिंक टेल्यूराइड (सीडीजेडएनटीई), 1 - 3 मिमी के बीच होता है। अधिनायकों में एक कैथोड और एक पिक्सेलयुक्त एनोड होता है और एक नकारात्मक वोल्टेज के अनुसार संचालित होता है। एक्स-रे और गामा किरणें अधिनायक परत के भीतर परस्पर क्रिया करते हुए इलेक्ट्रॉन-छिद्र जोड़े के आवेश बनाते है जो कैथोड से एनोड पिक्सेल तक प्रवाह करते है। शॉक्ले-रेमो प्रमेय द्वारा वर्णित एएसआईसी पिक्सल पर आवेश प्रवाहित होता है जो पता लगाए गए संकेत का निर्माण करता है। अधिनायक ऊर्जा सीमा 3 - 200 केवी में 1 केवी के आधे अधिकतम पर चौड़ाई को मापने में सक्षम होता है।

अनुप्रयोग
HEXITEC अधिनायक कई विभिन्न अनुप्रयोग क्षेत्रों में उपयोग में है जिनमें सम्मलित है: पदार्थ विज्ञान, चिकित्सा प्रतिबिंब, विस्फोटक पहचान, और एक्स-रे खगोल विज्ञान।