نجح باحثون من جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية KAUST في السعودية، في تطوير كاشف مرن عالي الحساسية، ينتج صوراً عالية الجودة بجرعات أقل من الأشعة السينية.

والأشعة السينية أداة شائعة في التشخيص الطبي ومراقبة العمليات الصناعية، إذ تُستخدم في كل شيء؛ من فحص الأسنان إلى مسح الحقائب في المطارات. 

لكن هذه الأشعة، بفضل طاقتها العالية، تنتج أيضاً إشعاعاً مؤيناً يمكن أن يكون ضاراً عند التعرض له بكثرة. 

يقول المؤلف الرئيسي للدراسة المنشورة في دورية ACS Central Science، عمر محمد، إن هذا التقدم يقلل من حدود الكشف ويمهد الطريق لتصوير طبي ومراقبة صناعية أكثر أماناً وكفاءة في استهلاك الطاقة. كما يوضح أن الأجهزة المصممة باستخدام تقنية الكاسكيد تعزز قدرات البلورات الأحادية في الكشف عن الأشعة السينية.

على غرار الضوء المرئي والأمواج الراديوية، تُعد الأشعة السينية من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي، وتتمتع بطاقة عالية تتيح لها اختراق معظم المواد، بما في ذلك الأنسجة الرخوة في جسم الإنسان. 

لتكوين صورة شعاعية (راديوجراف) تمر الأشعة عبر الجسم لتظهر على شكل ظلال، أو تتوقف عند الأنسجة الكثيفة مثل العظام، تاركة منطقة بيضاء ساطعة. 

خطورة التعرض المتكرر للأشعة

وعلى الرغم من أن جرعة واحدة من الإشعاع ليست خطيرة، إلا أن التعرض المتكرر للأشعة السينية يمكن أن يكون ضاراً للأجهزة الإلكترونية أو للأشخاص الذين يتعرضون لها باستمرار، مثل الفنيين. لذلك؛ فإن تقليل كمية الأشعة المستخدمة في التصوير يعتبر دائماً أمراً مفضلاً. لكن المشكلة تكمن في أن تقليل كمية الأشعة المستخدمة قد يؤدي إلى انخفاض جودة الصور.

ولهذا السبب قام محمد وزملاؤه في جامعة KAUST بتصميم كاشف يزيد من حساسية الأشعة السينية، مما يسمح بإنتاج صور عالية الجودة بجرعات منخفضة.

لتعزيز حساسية كاشف الأشعة السينية، سعى الباحثون إلى تقليل التيار المظلم، وهو الضوضاء الخلفية التي قد تنتجها الأجهزة. 

ولتحقيق ذلك، قاموا باستخدام بلورات بيروفسكايت من بروميد الرصاص والمثيل أمونيوم، ووصلوا البلورات في تكوين كهربائي يعرف باسم "الكاسكيد".

تقنية "الكاسكيد" أو "التتابع المتسلسل" تستخدم طريقة خاصة لترتيب البلورات الأحادية داخل مستشعر الأشعة السينية، حيث يتم توصيل البلورات بطريقة تتيح للإشارات الكهربائية أن تنتقل بينها بشكل متتابع. 

ويعزز هذا التتابع في الإشارات، من حساسية المستشعر، ويقلل ما يسمى بـ"التيار المظلم" أو الضوضاء الخلفية التي تتداخل مع الإشارات الناجمة عن الأشعة السينية.

تقليل التيار المظلم

وعند استخدام البلورات الأحادية بشكل متتابع في تصميم الكاسكيد، يتم تقوية الإشارة الناتجة عن الأشعة السينية بشكل أكبر مقارنة باستخدام بلورة واحدة فقط أو دون الترتيب المتسلسل. يعمل هذا الترتيب على مضاعفة كفاءة الكشف بحيث تتفاعل البلورات بشكل أسرع وأكثر دقة مع الأشعة السينية، مما يتيح إنتاج صور دقيقة حتى بجرعات منخفضة من الأشعة، وبالتالي يقلل من الحاجة للتعرض لإشعاع مفرط.

وأظهرت التجارب أن تقنية "الكاسكيد"، أدت إلى تقليل التيار المظلم إلى النصف تقريباً، مما حسن حدود الكشف عن الأشعة السينية بمقدار خمسة أضعاف، مقارنة بالكواشف السابقة المصنوعة من نفس البلورات بدون هذه التقنية.

ونتج عن هذا المستشعر الجديد صور دقيقة تكشف تفاصيل صغيرة، مثل إبرة معدنية تخترق توتة وتفاصيل داخلية لكابل USB.

 ويرى الفريق البحثي أن هذه التقنية تمثل طريقة واعدة لتطوير أجهزة أشعة سينية تجارية آمنة وقابلة للطي، تساعد على تقليل التعرض للإشعاع في الإجراءات الطبية وتلتقط أدق التفاصيل في مراقبة العمليات الصناعية.