拍X片，有害辐射有望极大减少！西工大国际团队X射线闪烁体研究获重大突破
▲西北工业大学黄维院士。
人们在医院做X光检查时，总是希望把X射线对自己的有害辐射减少到最大限度。最近，西北工业大学黄维院士与新加坡国立大学刘小钢教授及福州大学杨黄浩教授联合带领的国际合作团队，在X射线闪烁体研究领域取得突破性的重大进展，他们发现了一类全无机钙钛矿纳米晶闪烁体，这种纳米晶闪烁体在可见光区可调谐。与传统闪烁体相比，这种新型闪烁体对X射线具有非常高效的辐射发光响应，不仅实现了彩色辐射发光显示，还证实了该纳米材料在超灵敏X射线检测和高分辨X射线成像技术领域的应用。这一原创性成果8月27日在线发表在《自然》杂志上。
研究人员利用钙钛矿纳米晶闪烁体特征制造出的柔性和高灵敏的X-射线探测器，探测极限最低数值是普通医学成像辐射剂量的1/400。就是说，医院拍片后对人体辐射剂量的1/400，就可以被这个探测器探测到，极大地减少了每次X光检查对人体的有害辐射。
闪烁体是一类吸收高能粒子或射线后能够发光的材料，可用于辐射探测和安全防护，将它加工成晶体，就是常说的“闪烁晶体”。在医学上，闪烁体是核医学影像设备如X光、CT等检查设备的核心部件。此外，在行李安检、集装箱检查、大型工业设备无损探伤、石油测井、放射性探测和环境监测等领域，闪烁体均发挥着不可替代的作用。
闪烁体材料是X射线技术应用中的核心器件，它可将高能X光子转化为低能量的可见光，以实现X射线检测与成像。常用闪烁体材料为块状晶体，制备工艺复杂、成本较高、发光相对单一，且难以形成大面积柔性薄膜。绝大多数的闪烁体材料在高温条件下煅烧合成，不仅价格昂贵，而且对X射线光子能量的转化效率有限，同时其辐射发光性能很难在可见光区调谐。为此，研发一类对X射线敏感度高、柔性好、可采用低温溶液法制备的新型纳米晶闪烁体，有望克服X射线检测与成像技术中的关键技术挑战。
▲西北工业大学黄维院士正在指导学生。
▲新加坡国立大学刘小钢教授。
▲福州大学杨黄浩教授。
黄维院士国际合作团队针对这一世界性的重大科学难题展开研究。他们研究发现一种含有铯和铅重原子成分的钙钛矿纳米晶闪烁体，具有较强的X射线吸收能力、高效的三重态发光特征、可调控的电子能级结构以及较快的辐射发光速率。
与其它无机闪烁体不同的是，这些钙钛矿纳米晶是通过溶液制得，合成温度相对较低，因此可以产生X射线诱导的激发，通过对合成前驱体中阴离子的改变就可实现在可见光区的可调谐。
这种辐射发光颜色可调的钙钛矿纳米晶闪烁体，为X射线的可视化探测提供了更为简便的方法，只需要通过数码相机记录相关图片即可。还可以和商业平板成像仪集成，用于检测电子电路板的低剂量X-射线辐射。此外，该类钙钛矿纳米晶闪烁体的发现，为制备大面积柔性闪烁体膜提供了可能性，可极大地提高X射线检测与成像灵敏度，降低X射线在医学诊断和X光机安全检查等方面的辐射使用剂量，使得基于X光的应用更加安全。
▲基于钙钛矿纳米晶闪烁体的平板探测仪用于X射线成像。
据了解，该研究成果对X射线闪烁体材料的发展与应用具有极为重要的科学意义，为实现闪烁体材料的性能调控提供了全新思路和途径。这类钙钛矿纳米晶闪烁体的出现，不仅能够大大促进X射线检测技术与成像原理在医学成像、国防科技、安全检查和高能物理研究等众多传统领域的进一步发展，同时也将推动纳米发光材料新兴领域在国计民生中的应用。
相关研究工作以“All-inorganic Perovskite Nanocrystal Scintillators”为题于《自然》杂志在线发表，黄维为该论文的共同通讯作者。该研究工作得到了国家重大科学研究（973）计划（2015CB932200 钙钛矿型太阳电池的基础研究）和国家自然科学基金（21635002, 21471109, 21210001、21405143）的支持。
据悉，2014年以来，黄维院士领衔的创新团队已相继在《自然》《自然.材料》《自然.纳米技术》《自然.光子学》等国际顶尖学术期刊上发表一系列重要学术成果。此次发现的全无机钙钛矿纳米晶闪烁体，实现多彩辐射发光和超灵敏X射线检测，是该团队取得的又一重大科研成果。
文：报驻陕记者韩 宏 通讯员王凡华
图：西北工业大学
编辑制作：韩 宏
责任编辑：朱 辉
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