Разработка ученых позволит снимать рентгеновское «кино»

23 декабря 2019
231

Ученые Курчатовского института разработали и протестировали новый инструмент для быстрой угловой перестройки рентгеновского пучка – бидоменный актуатор. Уникальность этой системы заключается в том, что по скоростным характеристикам она значительно превосходит традиционные механические аналоги. Процесс управления лучом осуществляется настолько оперативно, что за одну секунду можно провести более 10 тысяч перестроек рентгеновского пучка. Результаты исследования опубликованы в журнале Sensors and actuators A: Physical.

Исследователи впервые предложили использовать возможности актуатора для проведения рентгеновских экспериментов и продемонстрировали его огромный потенциал в этой области. В сочетании с таким мощнейшим инструментом исследования материалов как синхротрон, новая установка позволяет визуализировать динамику процессов, происходящих на атомарном уровне.

«Благодаря нашей разработке можно в деталях в замедленном режиме наблюдать, например, как возникают трещины в материалах в процессе тепловых или механических нагрузок, или как происходит химическая реакция (чтобы понять ее природу). Перспективы направления связаны с созданием на основе бидоменных актуаторов завершенных узлов управления рентгеновским пучком и установки их на экспериментальные станции синхротрона. Это позволит превратить их из «фотоаппарата» в «видеокамеру» и проводить быструю съемку рентгеновского «кино», – пояснил один из авторов исследования, руководитель Курчатовского комплекса синхротронно-нейтронных исследований НИЦ «Курчатовский институт» Никита Марченков. По его словам, ключ к пониманию природы многих явлений лежит в наблюдении на атомарном уровне динамики их протекания. Однако интересующие ученых физические, химические, биологические процессы порой происходят очень быстро, и поэтому используемая рентгеновская «видеокамера» должна фиксировать кадры, на которых «изображена» атомная структура исследуемого объекта, с высокой скоростью. Для этого она должна содержать элемент быстрого управления рентгеновским пучком, чтобы с высокой скоростью его перенаправлять под разными углами на образец, чего требует схема эксперимента. Обычно для этого используют рентгеновское «зеркало» – монохроматор, который поворачивается с помощью механических систем, тем самым отклоняя отраженный им рентгеновский луч. Очевидно, что такие механические системы очень медленны и не могут быть использованы для быстрой съемки рентгеновского «кино».