Специалисты из Физического института Академии наук совместно с томскими коллегами создали уникальный портативный прибор для рентгенографии. Новый аппарат весит всего 20 кг, при этом делает снимки того же качества, что и стационарные установки.
Еще Ампер обратил внимание, что параллельные проводники взаимодействуют друг с другом. Если токи в них протекают параллельно -- проводники притягиваются, если в разные стороны -- отталкиваются. Как рассказал Infox.ru главный научный сотрудник ФИАН доктор физико-математических наук Сергей Пикуз, эту же нехитрую идею в свое время решили использовать для термоядерного синтеза. Если пропускать ток по проводнику, то линии начнут стягиваться, будет проходить разогревание и сжатие. Такой последовательностью действий удастся получить плазму с высокой температурой и маленьким объемом, в котором пойдут процессы синтеза тяжелых ядер. Такая плазменная нагрузка получила название пинч.
Неудавшийся термояд
Впрочем, ничего не получилось. В проводнике возникали неоднородные изменения, и он неконтролируемо разрушался, превращаясь в плазму, не достигая при этом нужных параметров. В 1970-х годах интерес к подобным технологиям подогрело развитие электротехники, позволившее создавать сверхмощные и сверхкороткие импульсы. А в 1982 году в Физическом институте академии наук научились контролировать источник плазмы, сделав его из нескольких пересекающихся проволочек. Своеобразным очагом формирования плазмы становится перекрестие, через которое проходит весь ток. Такой тип источника получил название X-пинч.
Первая созданная в ФИАНе установка для исследования Х-пинчей, «Дон», давала ток до 150 kА и длительность импульса 80 наносекунд. Созданная в 1991 году установка БИН (300 kA) функционирует и в настоящее время.
И удавшийся рентгеновский источник
Помимо важных работ по исследованию плазмы, спектроскопии веществ при высокой температуре и ряда других фундаментальных исследований X-пинчу нашлось еще одно интересное применение. «Получающаяся плазма, коль скоро она горячая, является источником коротковолнового излучения. Чем горячее тело, тем более коротковолновое у нее излучение. Если вы возьмете электроплитку, то она излучает в инфракрасном диапазоне, нить лампы накаливания -- в видимом. А если вы возьмете плазму, то она излучает в рентгеновском», -- поясняет Сергей Пикуз.
«И оказалось, что наш источник имеет очень маленькие размеры, примерно 1 микрон. И такие габариты позволяют получить четкую тень от объектов и получить высокую степень их детализации», -- продолжает ведущий автор работы Пикуз.
Огромные установки, такие как БИН, поставить в биологическую, например, лабораторию крайне сложно. Во-первых, они очень объемные и тяжелые. Во-вторых, для их эксплуатации нужны высококвалифицированные специалисты. Тогда встал вопрос о том, чтобы создать компактный рентгеновский прибор.
Который можно разместить на столе
Малогабаритную рентгенографическую установку удалось создать благодаря сотрудничеству со специалистами из Томского института сильноточной электроники Сибирского отделения РАН. Они разработали и изготовили компактный генератор тока на основе сверхмалоиндуктивных конденсаторов и быстрых газовых коммутаторов. Нагрузку же генератора в виде Х-пинча разработали и оптимизировали для работы в качестве точечного источника мягкого рентгеновского излучения уже в ФИАНе.
«Параметры Х-пинча получившейся установки и по энергетике, и по размеру источника, и по длительности импульса излучения очень близки к тем, которые дают большие установки, -- поделилась с Infox.ru планами ведущий научный сотрудник ФИАНа кандидат физико-математических наук Татьяна Шелковенко. -- Но пока это только прототип мобильной установки для радиографии, его нужно еще усовершенствовать. Например, чтобы натянуть микронной толщины проволочки в виде Х-пинча, требуется достаточно высокая квалификация персонала, а их нужно перезаряжать каждый раз перед тем, как сделать следующую экспозицию. Для этого нужно открыть вакуумную камеру, перезарядить проволочки, обратно откачать воздух. На это уходит порядка часа. Мы хотим уйти от таких неудобств и работаем сейчас над разработкой системы автоматической перезарядки проволочек Х-пинча. Еще мы хотим уйти от фотопленок: в окончательном варианте генератора будет осуществляться электронная регистрация рентгенограмм».
