X線検出器

一般的な X 線フィルムには、主に臭化銀であるハロゲン化銀結晶の「粒子」が含まれています。^{[ 2 ]}粒子のサイズと組成は、フィルムの特性に影響を与えるように調整できます。たとえば、現像画像の解像度を向上させることができます。 ^{[ 3 ]}フィルムが放射線にさらされると、ハロゲン化物はイオン化され、自由電子が結晶欠陥に捕捉されます(潜像を形成)。銀イオンはこれらの欠陥に引き寄せられて還元され、透明な銀原子のクラスターが生成されます。^{[ 4 ]}現像プロセスでは、これらは不透明な銀原子に変換され、最も多くの放射線が検出された場所が最も暗くなる可視画像を形成します。さらに現像のステップでは、感光した粒子を安定化し、感光していない粒子を除去して、さらなる露光 (たとえば可視光から) を防ぎます。^{[ 5 ] : 159 [ 6 ]}

最初のレントゲン写真（X線画像）は、感光ガラス写真乾板にX線を照射することによって作成されました。X線フィルム（写真フィルム）はすぐにガラス乾板に取って代わり、フィルムは何十年にもわたって医療および産業用画像の取得（および表示）に使用されてきました。^{[ 7 ]}徐々に、デジタルコンピュータはデジタル画像処理を可能にするのに十分なデータを保存および表示する能力を獲得しました。1990年代以降、コンピュータ化された放射線撮影とデジタル放射線撮影は、医療および歯科用途で写真フィルムに取って代わりつつありますが、フィルム技術は産業放射線撮影プロセス（溶接部の検査など）で広く使用されています。金属銀（かつて放射線撮影および写真産業に必要だった）は再生不可能な資源ですが、銀は使用済みX線フィルムから容易に回収できます。^{[ 8 ]} X線フィルムには湿式処理設備が必要でしたが、新しいデジタル技術では必要ありません。画像のデジタルアーカイブは物理的な保管スペースも節約します。^{[ 9 ]}

1970年代以降、リチウムをドープしたシリコンまたはゲルマニウム（Si(Li)またはGe(Li)）半導体検出器が開発されてきた。^{[ 15 ]} X線光子は半導体内で電子-正孔対に変換され、X線を検出するために収集される。温度が十分に低い場合（検出器はペルチェ効果またはさらに低温の液体窒素で冷却される）、X線エネルギー スペクトルを直接決定することが可能である。この方法はエネルギー分散型X線分光法（EDXまたはEDS）と呼ばれ、小型のX線蛍光分光計でよく使用される。従来の半導体製造で製造されるシリコン ドリフト検出器（SDD）は、費用対効果が高く、高分解能のパワー放射線測定を提供する。^{[ 16 ]} Si(Li)などの従来のX線検出器とは異なり、液体窒素で冷却する必要はない。これらの検出器はイメージングにはほとんど使用されず、低エネルギーでのみ効率的である。^{[ 17 ]}

医療画像における実用化は2000年代初頭に始まった。^{[ 18 ]}アモルファスセレンは、その高い空間分解能とX線吸収特性のため、マンモグラフィや一般放射線撮影用の市販の大型フラットパネルX線検出器に使用されている。 ^{[ 19 ]}しかし、セレンの原子番号が小さいため、十分な感度を得るには厚い層が必要となる。^{[ 20 ]}

テルル化カドミウム（Cd Te）とその亜鉛との合金であるテルル化カドミウム亜鉛は、広いバンドギャップと高い量子数により室温で高効率に動作するため、X線検出に最も有望な半導体材料の1つと考えられています。^{[ 21 ] [ 22 ]}現在の用途には骨密度測定とSPECTがありますが、放射線画像に適したフラットパネル検出器はまだ生産されていません。^{[ 23 ]}現在の研究開発は、CERNのMedipix検出器や科学技術施設協議会のHEXITEC検出器などのエネルギー分解ピクセル検出器を中心に進められています。^{[ 24 ] [ 25 ]}

PINフォトダイオードや1N4007などの一般的な半導体ダイオードは、 X線ビーム中に置かれると光起電力モードで少量の電流を生成します。 ^{[ 26 ] [ 27 ]}

間接検出器は、X線を可視光に変換するシンチレータと、それをTFTアレイで読み取る構成になっています。これにより、解像度が低下する可能性があるものの、現在の（非晶質セレン）直接検出器よりも感度面で優位性を得ることができます。 ^{[ 20 ]}間接フラットパネル検出器（FPD）は、現在、医療、歯科、獣医、産業用途で広く使用されています。

TFTアレイは、非晶質または無秩序な状態の薄いシリコン層で覆われたガラスシートで構成されています。微細なスケールでは、シリコンには方眼紙のグリッドのように、高度に秩序だった配列で配置された数百万個のトランジスタが刻印されています。これらの薄膜トランジスタ（TFT）のそれぞれは、個々のピクセル（画素）を構成する光吸収フォトダイオードに接続されています。フォトダイオードに入射した光子は、電子-正孔対と呼ばれる2つの電荷キャリアに変換されます。生成される電荷​​キャリアの数は入射光子の強度によって変化するため、電圧に迅速に変換され、その後デジタル信号に変換される電気パターンが生成され、コンピュータによって解釈されてデジタル画像が生成されます。シリコンは優れた電子特性を持っていますが、X線光子の吸収にはあまり適していません。このため、X線はまず、酸化硫化ガドリニウムやヨウ化セシウムなどの材料で作られたシンチレータに照射されます。シンチレーターはX線を吸収し、可視光の光子に変換して、フォトダイオードアレイに照射する。