X 射线可以帮助揭示从隐藏在行李中的炸弹到乳房中的肿瘤等任何东西,但一些潜在的关键线索可能太微弱而无法用传统方法捕捉到。现在,一种从原子对撞机改进而来的新型 X 射线技术可以解析出更多关键细节。
传统的 X 射线成像的工作原理很像传统摄影,依靠目标吸收、透射和散射的光——在这种情况下是 X 射线。为了辨别精细细节,通常需要大量的 X 射线,要么是长时间照射,这可能会使目标暴露于有害的辐射水平,要么是一次性从强大的光源(如环形粒子加速器或同步加速器)发出,但这很昂贵。
相反,伦敦大学学院的物理学家亚历山德罗·奥利沃和他的同事建议,通过观察 X 射线穿过物体时方向上的微小偏差来对物体进行成像。他们的想法是将这种 X 射线相位衬度成像技术(已在同步加速器中使用了 15 年以上)与传统的 X 射线结合使用。
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科学家们为传统的 X 射线源配备了大约 100 微米厚的金栅格——一个在目标前面,一个在目标后面。一个栅格上的孔与另一个栅格上的孔没有完全对齐,这意味着直线穿过第一个栅格的 X 射线会被第二个栅格过滤掉,从而降低背景噪音。然后,探测器仅分析穿过物体时方向发生偏差的光子。与传统成像相比,这可以带来至少 10 倍的对比度——奥利沃在最近发表在《应用光学》上的研究结果中说,“所有细节都更加清晰可见,并且传统上认为非常难以检测到的细节也变得可以检测到”。虽然炸弹通常在传统的 X 射线成像中可见,但它们可能会与其他材料(如塑料或液体)混淆。科学家们现在正在通过新的光栅设计进一步提高成像灵敏度,并正在研究通过从多个角度照射目标来进行 3D 扫描技术。
英国萨里大学的辐射物理学家大卫·布拉德利(未参与这项研究)说,该系统可以在几秒钟内生成图像,比其他 X 射线相位衬度技术快得多,后者在扫描期间无法施加那么大的功率,因此需要几分钟。但英格兰曼彻斯特大学的材料科学家菲利普·威瑟斯认为,目前尚不清楚该系统是否能足够快地用于安全扫描。威瑟斯确实认为这项技术可能会带来更好的医学成像,以及改进航空航天工作中使用的材料的缺陷检测。