उच्च ऊर्जा एक्स-रे इमेजिंग तकनीक

हाई एनर्जी एक्स-रे इमेजिंग टेक्नोलॉजी (HEXITEC) उच्च ऊर्जा एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी | एक्स-रे और गामा रे स्पेक्ट्रोस्कोपी अनुप्रयोगों के लिए विकसित स्पेक्ट्रोस्कोपिक, सिंगल फोटॉन काउंटिंग, हाइब्रिड पिक्सेल डिटेक्टर का एक परिवार है। HEXITEC कंसोर्टियम का गठन 2006 में EPSRC | इंजीनियरिंग एंड फिजिकल साइंसेज रिसर्च काउंसिल, 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 और बिर्कबेक, लंदन विश्वविद्यालय | लंदन विश्वविद्यालय, बिर्कबेक शामिल हैं। 2010 में रॉयल सरे काउंटी अस्पताल और यूनिवर्सिटी कॉलेज लंदन को शामिल करने के लिए कंसोर्टियम का विस्तार हुआ। कंसोर्टियम का दृष्टिकोण उच्च ऊर्जा एक्स-रे इमेजिंग तकनीक में यूके स्थित क्षमता विकसित करना था। यह अब क्वांटम डिटेक्टरों के माध्यम से व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है।

उच्च ऊर्जा एक्स-रे इमेजिंग तकनीक
एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी एक शक्तिशाली प्रयोगात्मक तकनीक है जो एक नमूने के भीतर मौलिक संरचना और आंतरिक तनाव और तनाव के बारे में गुणात्मक जानकारी प्रदान करती 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 सेक्शन या भारी संयंत्र या मशीनरी के अंदर रासायनिक प्रतिक्रियाओं के आंतरिक अवलोकन के लिए घने वस्तुओं की परीक्षा की अनुमति मिलती है। एक्स-रे प्रतिदीप्ति इमेजिंग और सुसंगत विवर्तन इमेजिंग जैसी विभिन्न प्रायोगिक तकनीकों | एक्स-रे विवर्तन इमेजिंग के लिए एक्स-रे डिटेक्टरों की आवश्यकता होती है जो ऊर्जा की एक विस्तृत श्रृंखला पर संवेदनशील होते हैं। सिलिकॉन और जर्मेनियम पर आधारित स्थापित सेमीकंडक्टर डिटेक्टर तकनीक में 30 केवी के तहत एक्स-रे ऊर्जा पर उत्कृष्ट ऊर्जा संकल्प 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 डिटेक्टरों की आवश्यकता होती है।

कैडमियम टेल्यूराइड | कैडमियम टेल्यूराइड (CdTe), कैडमियम जिंक टेल्यूराइड | कैडमियम जिंक टेल्यूराइड (CdZnTe), गैलियम आर्सेनाइड | गैलियम आर्सेनाइड (GaAs), पारा आयोडाइड या थैलियम ब्रोमाइड जैसे उच्च घनत्व वाले मिश्रित अर्धचालक उपयोग के लिए व्यापक शोध का विषय रहे हैं। उच्च ऊर्जा एक्स-रे पहचान में। सीडीटीई और सीडीजेएनटीई के अनुकूल चार्ज ट्रांसपोर्ट 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। इमेजिंग अनुप्रयोगों, जैसे एसपीईसीटी, के लिए एक पिक्सेल वाले इलेक्ट्रोड के साथ डिटेक्टरों की आवश्यकता होती है जो वस्तुओं को 2डी और 3डी में चित्रित करने की अनुमति देते हैं। डिटेक्टर के प्रत्येक पिक्सेल को रीडआउट इलेक्ट्रॉनिक्स की अपनी श्रृंखला की आवश्यकता होती है और अत्यधिक पिक्सेल वाले डिटेक्टर के लिए उच्च संवेदनशीलता अनुप्रयोग-विशिष्ट एकीकृत सर्किट के उपयोग की आवश्यकता होती है।

हेक्सिटेक एएसआईसी
विज्ञान और प्रौद्योगिकी सुविधाएं परिषद रदरफोर्ड एपलटन प्रयोगशाला द्वारा कंसोर्टियम के लिए HEXITEC एप्लिकेशन विशिष्ट एकीकृत सर्किट (ASIC) 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 शामिल थी;<ref name= HEXITEC ASIC-CZT डिटेक्टरों के लिए एक पिक्सेलयुक्त रीडआउट चिप ASIC की दूसरी पीढ़ी ने सरणी आकार को 80 x 80 पिक्सेल (4 सेमी2). प्रत्येक ASIC पिक्सेल में एक चार्ज एम्पलीफायर, एक CR-RC शेपिंग एम्पलीफायर और एक पीक ट्रैक-एंड-होल्ड सर्किट होता है। एएसआईसी पता लगाए गए प्रत्येक एक्स-रे घटना के लिए जमा की गई स्थिति और कुल शुल्क को रिकॉर्ड करता है।

पिक्सी एएसआईसी
PIXIE ASIC कंसोर्टियम के लिए विज्ञान और प्रौद्योगिकी सुविधाएं परिषद रदरफोर्ड एपलटन प्रयोगशाला द्वारा विकसित एक अनुसंधान और विकास ASIC है। शॉकले-रेमो प्रमेय द्वारा वर्णित सेमीकंडक्टर डिटेक्टरों में चार्ज इंडक्शन और छोटे पिक्सेल प्रभाव की जांच के लिए ASIC का उपयोग किया जा रहा है। ASIC में 250μm पिच पर 3 x 3 पिक्सेल की तीन अलग-अलग सरणियाँ होती हैं और 500μm पिच पर 3 x 3 पिक्सेल की एक एकल सरणी होती है। प्रत्येक पिक्सेल में एक चार्ज एम्पलीफायर और आउटपुट बफर होता है जिससे प्रत्येक पिक्सेल के प्रेरित चार्ज दालों को रिकॉर्ड किया जा सकता है।

हेक्सिटेक डिटेक्टर
HEXITEC ASIC एक हाइब्रिड डिटेक्टर व्यवस्था में सिल्वर एपॉक्सी और गोल्ड स्टड तकनीक को ठीक करने वाले कम तापमान (~100 °C) का उपयोग करके एक प्रत्यक्ष रूपांतरण अर्धचालक  डिटेक्टर से जुड़ी  पलटें काटना |फ्लिप-चिप हैं। एक्स-रे डिटेक्टर परत एक सेमीकंडक्टर है, आमतौर पर कैडमियम टेल्यूराइड | कैडमियम टेल्यूराइड (सीडीटीई) या कैडमियम जिंक टेल्यूराइड | कैडमियम जिंक टेल्यूराइड (सीडीजेडएनटीई), 1 - 3 मिमी मोटी के बीच। डिटेक्टरों में एक प्लानर कैथोड और एक पिक्सेलयुक्त एनोड होता है और एक नकारात्मक बायस वोल्टेज के तहत संचालित होता है। एक्स-रे और गामा किरणें डिटेक्टर परत के भीतर परस्पर क्रिया करते हुए इलेक्ट्रॉन-छिद्र जोड़े के आवेश बादल बनाते हैं जो कैथोड से एनोड पिक्सेल तक बहाव करते हैं। शॉक्ले-रेमो प्रमेय द्वारा वर्णित एएसआईसी पिक्सल पर आवेश प्रवाहित होता है जो पता लगाए गए संकेत का निर्माण करता है। डिटेक्टर ऊर्जा रेंज 3 - 200 केवी में ऑर्डर 1 केवी के आधे अधिकतम पर एक फोटो-पीक पूरी चौड़ाई को मापने में सक्षम हैं।

अनुप्रयोग
HEXITEC डिटेक्टर कई विभिन्न अनुप्रयोग क्षेत्रों में उपयोग में हैं जिनमें शामिल हैं: पदार्थ विज्ञान, मेडिकल इमेजिंग, विस्फोटक पहचान, और एक्स-रे खगोल विज्ञान।