СКИФ: Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне
«Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне» – одна из станций первой очереди Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП СКИФ). Она предназначена для решения научно-исследовательских и прикладных задач с использованием высокоразрешающей рентгеновской микроскопии, дифракции и рассеяния рентгеновских лучей. Результаты исследований могут быть полезны в области материаловедения, геофизики, археологи, палеонтологии и медицины.
Инициатором создания станции выступил Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН. В нем сложилась целая школа по использованию жесткого излучения для структурных исследований различных материалов. По словам исследователей, в большинстве международных центров синхротронного излучения (СИ) источники жесткого рентгеновского излучения – вигглеры (многополюсные магнитные структуры) были созданы учеными ИЯФ СО РАН. Разработкой оборудования станции занимается Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН.
Станция состоит из трех основных блоков: оптического (где происходит подготовка пучка) и двух секций с оборудованием для проведения исследований. Ближайшая к источнику секция нацелена на исследования, проводимые с использованием рентгенофлуоресцентного и рентгеноструктурного анализа в высокоэнергетическом диапазоне. В конце канала размещается секция, позволяющая получать высококонтрастные изображения биологических тканей в рентгеновском диапазоне. Там планируется проводить медицинские исследования на лабораторных животных, поэтому в здании секции будет оборудован виварий. Высокоэнергетическим называют излучение, длины волн которого намного короче одного ангстрема. Для него характерна высокая проникающая способность (чем меньше длина волны, тем она выше). Благодаря этому можно просвечивать достаточно крупные и слабо прозрачные объекты.
Предполагается, что станция будет оснащена микроскопами, работающими в рентгеновском диапазоне. Это позволит получать изображения с субмикронным разрешением. А применение метода рентгеновской вычислительной томографии даст возможность проводить неразрушающие исследования трехмерной структуры любых объектов. В частности, такие работы будут очень интересны палеонтологам при изучении уникальных образцов окаменелостей древней флоры и фауны.
Помимо этого, используя энергодисперсионный детектор, ученые смогут проводить рентгенофлуоресцентный анализ, позволяющий понять, из каких элементов состоит исследуемый образец.
Одно из главных направлений работы станции связано с медициной и биологией, что особенно важно при диагностике злокачественных опухолей на ранней стадии. Так специалисты смогут контролировать ход развития различных патологий в течение процесса лечения.
По словам координатора разработки и создания станции, старшего научного сотрудника ИЯФ СО РАН, кандидата физико-математических наук Константина Эдуардовича Купера, рентгенооптические схемы на установке будут действовать по принципу рефракции. «Мы сможем увидеть, где отклонилось рентгеновское излучение внутри лабораторного животного и проследить, какие изменения происходят в его организме. При таком подходе тело лабораторного животного будет почти прозрачно для используемого рентгеновского диапазона, а поглощенная доза излучения окажется минимальной. Это позволит многократно делать высокоразрешающие рентгеновские снимки животных, не нанося большого вреда их здоровью. В частности, появится возможность наблюдать, как лекарственные препараты распространяются в теле и через какие системы выводятся из организма», – сказал Константин Купер.
Ожидается, что результаты исследований на станции помогут при конструировании и создании различных металлических изделий и конструкций. Используя методы рентгеноскопии и рентгеноструктурного анализа, можно будет предсказать, как поведут себя металлические конструкции при механической и термической нагрузке. Эти исследования будут наиболее актуальны в авиа- и машиностроении.
Также одним из пользователей станции совместно с компаниями авиационной и нефтегазовой отрасли будет Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН (ИТПМ СО РАН). Исследователи института имеют богатый опыт использования СИ на действующих источниках ИЯФ СО РАН (ВЭПП-3 и ВЭПП-4). Они исследуют структурно-фазовые состояния лазерно-сварных соединений в статике. Ученым удалось получить прочные сварные соединения алюминий-литиевых сплавов – такие соединения создаются с помощью технологии лазерной сварки и чрезвычайно востребованы в авиастроении.
В настоящее время завершены этапы эскизного проектирования станции и разработки конструкторской документации. Начался следующий этап по изготовлению комплектующих материалов, его должны закончить уже в этом году.
Фото: предоставлено исследователями
Источник: Наука в Сибири