Коллектив ученых МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок «Мегасайенс» БФУ им. И. Канта (МНИЦ РО) совместно с коллегами из «Института прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко» БГУ (НИИ ПФП имени А.Н.Севченко, (г. Минск)) выиграли конкурсный отбор на предоставление грантов от Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (РФ) на проведение научных исследований совместно с организациями стран СНГ и Монголии (отбор 2021 года). Поддержанный проект направлен на развитие международного сотрудничества образовательных и научных организаций, в соответствии с приоритетами научно-технологического развития РФ.

Совместная реализация проекта посвящена разработке рентгеновских методов реализуемых на базе двух лабораторных источников рентгеновского излучения: традиционной рентгеновской трубке с твердотельным анодом НИИПФП им. А. Н. Севченко БГУ и источнике на жидком аноде комплекса подготовки и проведения синхротронных исследований «SynchrotronLike» БФУ им. И. Канта.

Для достижения основной идеи проекта коллективом ученых был применён известный в оптике видимого излучения метод высокоразрешающей стереофотографии, позволяющий получить объёмное изображение исследуемого объекта в сочетании с методом рентгеновской стереомикроскопии материалов, слабо поглощающих рентгеновское излучение. Предложенное сочетание методов обеспечивает высокое пространственное и временное разрешение проводимых исследований, что на сегодняшний день является крайне актуальной задачей. Например, для получения изображений объектов с повышенной контрастностью, что способствует развитию биомедицинских и экологических исследований, а так же многих материаловедческих направлений исследований.

На первом этапе проекта каждой исследовательской группой по-отдельности  на основе имеющегося оборудования и приборной базы были разработаны макеты  экспериментальных оптических схем для проведения тестовых экспериментов. Кроме того, в МНИЦ  РО им И Канта были изготовлены различные тестовые структур из широкого спектра материалов, а также ряд биологических образцов.

На втором этапе, в период с 20 – 27 ноября на базе НИИПФП им. А. Н. Севченко БГУ была проведена серия совместных экспериментов подготовленных структур и объектов исследования с использованием рентгеновских преломляющих рентгеновских линз. В результате совместных исследований были получены изображения слабо поглощающих объектов, в том числе и биологических образцов, состоящих из легких материалов с небольшой плотностью.

Важной особенностью взаимодействия рентгеновских лучей с материалом  исследуемого объекта является то, что для получения изображения этого объекта необходимо, чтобы его различные части по-разному поглощали излучение. Это условие, как правило, не выполняется для материалов с небольшим порядковым номером (полимеров, пластиков, полимерных композитов), которые слабо поглощают рентгеновские лучи. Поэтому получение изображения слабо поглощающих материалах (показатель преломления рентгеновского излучения, больше, чем показатель ослабления), является не простой задачей в лабораторных условиях. В данной же работе, коллегами было продемонстрировано, что применение известного из оптики метода стереофотографии в рентгеновском диапазоне длин волн позволяет получать относительно просто, по сравнению с методами фазового контраста, реализуемыми на синхротронных станциях изображения слабо поглощающих рентгеновские лучи объектов с высоким пространственным контрастом в лабораторных условиях.

Следует отметить, что коллаборация БФУ им. И. Канта и «Института прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко» БГУ является результатом многолетнего научно-технического сотрудничества в области исследования элементов преломляющей рентгеновской оптики. Активную работу по данному направлению в НИИПФП им. А. Н. Севченко БГУ ведет заместитель директора по научной работе Юрий Иванович Дудчик. Реализованный ранее совместный проект* по рентгеновской микроскопии с применением преломляющей оптики продемонстрировал возможность создания сканирующего и полно полевого рентгеновского микроскопа на основе лабораторного микрофокусного источника излучения.

Юрий Дудчик, зам. директора по научной работе НИИПФП им. А. Н. Севченко:

«Одним из методов получения объемных изображений объектов является стереофотография, при котором для построения трехмерного изображения используется два плоских изображения объекта, полученные под различными углами съемки. Ранее в наших работах было продемонстрировано, что применение данного метода в рентгеновском диапазоне длин волн позволяет получить изображения слабо поглощающих объектов с использованием рентгеновских трубок. Применив наши наработки на уникальном источнике научно-образовательного комплекса «Synchrotron Like» МНИЦ РО мы сможем повысить эффективность методики получения стереоизображений»

Анатолий Снигирев, директор МНИЦ РО:

«Поддержанный проект открывает новые перспективы взаимодействия с нашими белорусскими коллегами. Благодаря имеющимуся у нас заделу и компетенциям в области рентгеновской оптики и микроскопии, в разработке и внедрении новых методов исследований на синхротронных источниках излучения, реализация проекта позволит выйти на качественно новые научные результаты с использованием лабораторного оборудования. Научно-техническая инфраструктура нашего центра, а также созданное на ее основе опытно-экспериментальное производство позволяют с уверенностью говорить о передовом характере проводимых исследований. Финансовая поддержка проекта от Минобрнауки России играет важную роль в реализации научного потенциала центра в проведении прикладных научных исследований, развитии международного сотрудничества и повышения уровня научных публикаций»

Баранников Александр, аспирант МНИЦ РО:

«Данный метод позволяет значительно повысить контраст изображений слабо поглощающих объектов. Это было продемонстрировано как на традиционной рентгеновской трубке с твердотельным анодом в НИИПФП им. А. Н. Севченко так и на нашем комплексе «SynchrotronLike» в БФУ им. И. Канта. Отработка метода производилась с использованием тестовых структур из различных материалов, а также биологических образцов. Несмотря на существенные различия в параметрах нашего источника и источника в НИИПФП им. А. Н. Севченко БГУ метод стереорентгенографии показал себя одинаково эффективно»

 
Исследования были организованы за счет средств Гранта Минобрнауки РФ № 075-15-2021-966.

Дополнительно

*РФФИ №16-52-00212 Бел_а, «Микроскопия на основе преломляющей рентгеновской оптики и лабораторного источника излучения». Конкурс проектов фундаментальных научных исследований, проводимый совместно РФФИ и Белорусским республиканским фондом фундаментальных исследований (2016—2017 гг).