Cuộc cách mạng trong hình ảnh bức xạ với neutron

Các nhà khoa học quốc tế tại Viện Nghiên cứu Neutron Heinz Maier-Leibnitz (FRM-II) của Đại học Kỹ thuật Munich (TUM) đã phát triển một công nghệ hình ảnh mới. Công nghệ này không chỉ có thể cải thiện độ phân giải của các phép đo neutron lên gấp nhiều lần mà còn có thể giảm liều bức xạ trong quá trình chụp ảnh bức xạ.

Các thiết bị chụp ảnh hiện nay vẫn dựa trên nguyên tắc truyền thống sử dụng cách đây gần 200 năm. Thay vì sử dụng phim, các thiết bị chụp ảnh đã sử dụng các cảm biến hình ảnh phơi sáng trong một khoảng thời gian nhất định để ghi lại hình ảnh chụp được. Tuy nhiên, quá trình này cũng ghi lại nhiễu từ cảm biến tạo ra. Nhiễu ghi lại đó tạo thành một nguồn sai khác đáng kể đối với hình ảnh thu được, đặc biệt là khi thời gian chụp tăng lên.

Cùng với các nhà khoa học từ Thụy Sĩ, Pháp, Hà Lan và Hoa Kỳ, Tiến sĩ Adrian Losko và các đồng nghiệp TUM tại Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) đã phát triển một phương pháp chụp ảnh mới dựa trên việc đo photon riêng lẻ theo thời gian và phân giải theo không gian. Phương pháp này cho phép tách các photon và từ đó giảm đáng kể nhiễu ghi đè hỉnh ảnh.

Tiến sĩ Adrian Losko, chuyên gia về thiết bị bức xạ tại cơ sở chụp ảnh phóng xạ neutron NECTAR của Heinz Maier-Leibnitz Zentrum của Đại học Kỹ thuật Munich cho biết: “Thiết bị mới của chúng tôi cho phép chụp từng photon riêng lẻ và do đó khắc phục được nhiều hạn chế về tính chất vật lý của các thiết bị chụp ảnh truyền thống”.

TS. Adrian Losko với thiết bị chụp ảnh bức xạ sử dụng neutron NECT

Đo đạc photon riêng lẻ

Các nhà khoa học về chụp bức xạ neutron thường sử dụng thiết bị soi chiếu trong các phép đo để phát hiện neutron, ví dụ như trong quá trình kiểm tra trứng khủng long đã hóa thạch. Thiết bị này có thể đo được các photon được tạo ra khi vật liệu scintillator hấp thụ một neutron. Cho đến nay, tất cả các thiết bị chụp ảnh này đều thu nhận photon trong toàn bộ thời gian phơi sáng, dẫn đến thiếu độ nét và phụ thuộc nhiều vào độ dày của kính soi. Losko giải thích: “Điều kiện tiên quyết là công nghệ chip mới cũng như phần cứng và phần mềm hỗ trợ tốc độ tính toán cho phép phân tích thời gian thực”. Ở đây, việc nghiên cứu neutron được tiến hành trong trường thử nghiệm và ứng dụng lý tưởng.

Thiết bị chụp ảnh có bộ tăng cường hình ảnh và ống kính thu phóng. Cáp màu hồng để gửi tín hiệu.

Giảm thời gian chụp và tăng độ chính xác phép đo

Do sự hấp thụ một neutron trong đầu dò tạo ra một số photon, phương pháp mới sử dụng phép đo trùng hợp của số photon đó để xác định các neutron riêng lẻ. Điều này đưa công nghệ ra khỏi mô hình truyền thống về thời gian phơi sáng và chỉ cần đo những sự kiện đã xảy ra. So với tất cả các công nghệ trước đây có mặt trên thị trường, phương pháp này là một cải tiến đáng kể, cho phép độ phân giải không gian tốt hơn 03 lần và giảm lượng nhiễu xuống hơn 07 lần. Losko cho biết: “Điều này làm giảm đáng kể những hạn chế do độ dày của ống chiếu, đồng nghĩa với hiệu quả sẽ cao hơn đối với các phép đo độ phân giải cao. Ánh sáng chói từ thiết bị chụp, tạo ra thứ được gọi là hình ảnh ma, cũng bị loại bỏ”.

Nhiều thiết bị đo trong các lò phản ứng nghiên cứu có thể được tận dụng tối đa với phương pháp mới này. Điển hình như thiết bị FaNGaS (Quang phổ tia gamma cảm ứng neutron nhanh): xác định chính xác khi nào một neutron đến, khoảng thời gian đo gamma có thể giảm xuống còn một phần triệu giây. Điều này sẽ làm giảm nhiễu xung quanh một phần triệu.

Giảm phơi nhiễm phóng xạ

Thiết bị mới có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực y tế, công nghiệp. Ví dụ, khi chụp điện quang xương, các cấu trúc nhỏ sẽ được phát hiện dễ hơn; đồng thời, bệnh nhân sẽ được giảm thời gian tiếp xúc với bức xạ. Losko nói: “Phương pháp của chúng tôi chắc chắn sẽ thay đổi các thiết bị chụp ảnh bức xạ trong thế giới khoa học. Và các nguyên tắc tương tự cũng sẽ được ứng dụng trong thiết bị chụp ảnh thông thường cho mục đích cá nhân. Hình ảnh tạo ra sẽ được cải thiện đáng kể, các chuyên viên chụp ảnh có thể điều chỉnh thời gian phơi sáng và độ phân giải sau khi phơi sáng, thực tế có thể loại bỏ nhiễu từ máy ảnh.