以色列科學家提出量子特性X光機概念

在鑽石的幫助下,我們的X射線成像正在變得更好,使用具有特殊量子特性的X光射線成像的新方法能夠獲得具有更少的輻射,更清晰的圖像。

當使用X射線拍攝圖像時,一個大問題是背景輻射,來自其他來源的X射線會給圖像增加噪點。傳統上,我們通過儘可能保護目標區域免受輻射或使用大劑量的X射線來拍攝圖像來解決這個問題。

以色列科學家提出量子特性X光機概念

當一顆鑽石將一束輻射分成兩部分時,會產生量子X射線

以色列巴伊蘭大學物理系的高級講師沙龍·施瓦茨和他的同事已經找到了解決方法。通過將一束X射線發射到鑽石中,鑽石的內部結構將輻射分成兩束,每束都具有原始能量的一半。在所得光束之一中的每個光或光子粒子具有相似的量子特性。

被稱為“惰輪”的兩個光束中的一個被直接送向探測器。另一個被稱為信號的光線照射到要成像的物體上。在他的演示中,施瓦茨使用了一條帶有三個狹縫的薄金屬條,然後光線照射到探測器。研究人員最後比較兩個探測器的讀數。

以色列科學家提出量子特性X光機概念

實驗裝置

上圖顯示了實驗裝置方案。紫色光束是輸出光線,綠色光束分別是信號和閒散光,紅色光束代表噪聲輻射。物體由三個狹縫組成。探測器是硅漂移探測器。

以色列科學家提出量子特性X光機概念

重建三重狹縫物體的圖像

上圖通過(a)量子輻射,(b)經典輻射和(c)經典重合計數來重建三重狹縫物體的圖像。所有小組的平均計數數量相當。

因為每個散射光子對應於特定的信號光子,所以很容易確定哪些光子來自研究人員的光束,哪些光子來自背景。

知道哪些光子來自信號光束以及哪些光子來自背景,這使得研究人員能夠製作出非常清晰的圖像。他們使用這種方法拍攝的金屬條的圖像比使用單束X射線拍攝的圖像的隨機噪聲大約少一千倍。

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以色列巴伊蘭大學物理系的高級講師沙龍·施瓦茨

施瓦茨說:“如果你有更好的方法來區分哪些光子來自樣品,你就不必使用它們中的許多光子。遠期的希望是在醫學成像中使用它。”

這種裝置需要非常強大的X射線束,這種射線只能在大粒子加速器上提供,所以它還不能用於醫院。不過,目前它可以用在基礎物理學中,這些粒子對可以幫助我們更好的瞭解量子力學的工作原理。

美國物理學會出版的科學期刊《物理評論X》刊登了這篇報告。


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