Рентгеновская рефракционная оптика

Технология рефракционной оптики навсегда разделит научно-технический мир на до и после. Как известно, наука не может развиваться без технологий, а технологии без науки. Весь технологический прогресс человечества зависит от динамичного и продуктивного союза этих двух сфер практической и теоретической деятельности.

Любопытно, что еще недавно нанотехнологии были всего лишь научно-популярной фантастикой, а сегодня наноиндустрия с каждым днем все глубже проникает во все сферы цивилизационных основ современного мира. Ведущие экономические державы: Россия, США, Япония, Китай и страны ЕС – в настоящее время активно формируют серьезный рынок в сфере наноиндустрии, который стремительно растет с каждым днем и в будущем, несомненно, будет играть ключевую роль в мировой экономике. Что же такое нанотехнологии? Парадоксально, но четкого энциклопедического определения этого понятия до сих пор не существует. Нанотехнологии — это самые прогрессивные технологии из существующих, они позволяют реализовывать запланированные процессы на уровне отдельных молекул и атомов (то есть на «наноуровне»).

Ускоренные темпы роста рынка наноиндустрии связаны, прежде всего, с исключительной значимостью получаемых с помощью нанотехнологий новых научных знаний, находящих быстрое применение в практической области. Каждое новое открытие потенциально приближает нас к решению множества важных проблем: диагностике и лечению ранее неизлечимых заболеваний, разработке принципиально новых систем передачи и обработки компьютерных данных, усовершенствованию космических телескопов.

Все мировое научно-техническое сообщество крайне заинтересовано в разработке новых средств прямого исследования нанообъектов. Однако пока развитие наноиндустрии сталкивается с рядом сложностей, требующих технологического решения.

На данный момент единственным прямым средством измерения и анализа нанообъектов, не считая зондовых методов, является электронный пучок, которым научились управлять на низкоразмерном уровне с областью фокусировки до 1-2нм. В силу фундаментальных законов физики такой пучок может существовать только в условиях высокого вакуума, что накладывает существенные ограничения как на объект исследования, так и на геометрию аналитического эксперимента, а также очень затруднительным является получение пучка высокоэнергитичных электронов для исследования внутреннего объема объекта. Другими словами, такая технология очень сложна в реализации и сильно ограничена в возможностях. Что же делать? Ответ на этот вопрос был найден в процессе исследований целесообразности применения в данной области рентгеновского излучения. Пучок рентгеновских фотонов, таким образом, стал наиболее ожидаемым и перспективным средством для решения этой задачи.

Но и здесь обнаружились свои подводные камни. На данный момент не существует реализованных промышленных простых решений проблемы фокусировки рентгеновского пучка в области 10-100 нм в жестком излучении с одновременным соблюдением всех необходимых условий: возможностью легкого и быстрого перестроения фокусирующей системы по энергии, возможности использования такой оптики в «белом» пучке ультравысоких энергий, высокой радиационной стойкостью и легкостью настройки системы. Над этой крайне актуальной задачей неустанно работают сотни научных и промышленных центров по всему миру.

Всего насчитывается более 50 крупнейших научных центров, обладающих источниками синхротронного излучения и лазерами на свободных электронах, которые, в последние годы вплотную столкнулись с проблемой несоответствия предъявляемых требований нанотехнологий научно-аналитическим и научно-промышленным возможностям управления синхротронным излучением. Данная ситуация усугубляется текущим активным переходом таких центров на синхротронные источники излучения IV поколения, предполагающее уменьшение линейных размеров источника до 10 мкм и расходимости пучка рентгеновского излучения до 10 микрорадиан. Эффективное использование такого излучения требует повсеместного внедрения, простой и эффективной фокусирующей оптики. Таким образом, получилось, что возникает технологический конфликт и для его устранения необходима разработка новых устройств.

Задача требует скорейшего решения и в его поисках недавно был сделан интересный вывод: наиболее простым и надежным способом создания таких устройств является использование рефракционной оптики, которую экспериментально открыл российский ученый Анатолий Снигирев и его коллеги еще в 1996 году.

Рефракционная оптика, она же — оптика Снигирева, основана на эффекте фокусировки рентгеновского излучения при его преломлении на границе раздела материал\отсутствие материала. В рентгеновском диапазоне практически все материалы имеют показатель преломления близкий к единице. Поэтому отдельная линза имела бы чрезвычайно большое фокусное расстояние.

Эта проблема решается с помощью создания в материале пустот определенного размера и формы, которые ведут себя как последовательность линз. Такие устройства в английской литературе получили название Compound refractive lens (составные преломляющие линзы). При этом критически важным является использование в качестве среды наиболее рентгенопрозрачный материал, вносящий минимальные искажения в пучок излучения.

По мнению ведущих исследователей во всем мире, данный метод является самым простым и единственно возможным для фокусировки рентгеновского излучения в свете новых требований источников синхротронного излучения четвертого поколения. Рентгенооптические устройства, которые могут быть созданы на базе данной технологии, способны обладать оптимальными ключевыми характеристиками и станут своего рода технологическим прорывом.

Судьба многих исторически значимых открытий складывалась таким образом, что многие из них находили практическое применение только спустя долгие годы. Оптика Снигирева ждала своего звездного часа целых 17 лет. Реализация данной технологии откроет эру нового поколения рентгеновской оптики и определит абсолютного технологического лидера в области мирового производства рентгеновского оборудования.

Более того, в недалеком будущем применение наноразмерных устройств на основе рефракционной оптики в медицинском оборудовании может помочь найти способы диагностики и лечения неизлечимых заболеваний, что само по себе стоит во главе общечеловеческих целей.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Оцените статью
Пермский Комсомолец
Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: