МОСКВА, 17 сен. Первый шаг к созданию рентгеновских аппаратов размером со смартфон сделали специалисты НИУ БелГУ. Ученые выявили, при каких условиях портативное устройство будет стабильным и долговечным. Результаты представлены в Scientific Reports.
Большие размеры медицинских и промышленных рентгеновских аппаратов обусловлены массивными внутренними элементами: рентгеновской трубкой, которая генерирует излучение при подаче высокого напряжения, и детектором в защитном кожухе, рассказали в Белгородском государственном национальном исследовательском университете (НИУ БелГУ).
Из-за этого такие устройства сложны в перемещении, громоздки и потребляют большое количество электроэнергии, добавили в вузе.
Увеличение трубки позволяет наращивать мощность и проникающую способность рентгеновских лучей, а детектора — улавливать большее количество сигналов и получать точную картину исследуемого объекта. Однако во многих задачах медицинской диагностики и анализа материалов нет необходимости в повышении этих характеристик, добавил доцент кафедры теоретической и экспериментальной физики НИУ БелГУ Андрей Олейник.
Ученые НИУ БелГУ совместно с коллегами из Армении, Великобритании и Германии определили условия, при которых кристалл танталата лития (LiTaO3) размером 1 см способен стабильно и воспроизводимо генерировать рентгеновские лучи достаточной для медицинских целей энергии. При повышении температуры на 10 º — 20 ºС в условиях вакуума подобные кристаллы становятся источниками сильного электрического поля, что и приводит к генерации рентгеновского излучения.
«»Мы нашли ответственный за успех параметр — это закон циклического изменения температуры кристалла, напоминающий по форме синусоиду. Он позволяет плавно менять амплитуду генерируемого поля и резко снижает вероятность электрических пробоев, которые и приводили к нестабильностям. Тонкая настройка геометрии эксперимента, давления остаточного газа, закона изменения температуры и позволяет добиваться стабильного режима работы, или наоборот, сваливаться в нестабильный», — пояснил Олейник.
Специалист отметил, что около 20 лет назад был представлен подобный источник рентгеновских лучей, который на какое-то время произвел фурор благодаря своему функционалу, питанию от девятивольтовой батарейки и размерам, немногим больше спичечного коробка. Однако из-за нестабильности излучения через несколько лет производство подобных источников прекратилось и больше никто не пытался производить пироэлектрические источники, считая их неэффективными и неконтролируемыми.
«Мы поставили перед собой цель избавиться от причин, вызывающих нестабильность генерации частиц, и нам это удалось, но теперь эти принципы надо перенести в компактную форму для реального использования вне лабораторий. Такие устройства могут быть рабочими лошадками в автомобилях скорой помощи, травмпунктах, сталелитейных цехах и даже в ювелирном деле», — прокомментировал ученый.
В будущем специалисты планируют собрать прототип переносного устройства для анализа реальных объектов с помощью рентгеновского излучения, а также изучить фундаментальные вопросы, связанные с механизмами испускания рентгеновских лучей. Также коллектив НИУ БелГУ совместно с английскими учеными изучит материалы, способные эффективно превращать тепловую энергию в электричество.
Свежие комментарии