Результаты работ (по этапам проекта) 2018-04-11T21:15:32+00:00

Результаты работ (по этапам проекта)

 

Ключевые слова: рентгеновское излучение, синхротронное излучение, рентгеновская оптика, «формирователи» рентгеновского пучка, формирователи амплитудно-фазовой формы рентгеновского пучка, эффект аномальной фокусировки рентгеновского излучения вблизи скачка поглощения исследуемого материала (металлов и полимеров), устройства рентгеновской оптики наноразмерного разрешения, рентгенооптическая линза, рефракционная оптика, полимерная рентгеновская микролинза, наноструктурированный материал, элементы II периода, «формирователи» рентгеновского пучка, формирователи амплитудно-фазовой формы рентгеновского пучка

Объекты исследования — новый тип устройств рентгеновской оптики (РОУ) «формирователи» рентгеновского пучка, на основе структурированного гомогенного малопоглощающего рентгенооптического материала (наноструктурированные материалы элементов второго периода) для управления пучками рентгеновского излучения:

а) Экспериментальные образцы (ЭО) элементов рентгеновской оптики (РОЭ) и РОУ на основе материалов (металлов, полимеров) с аномальными эффектами вблизи краев поглощения:

— одиночные двумерные параболические линзы;

— полимерные параболические микролинзы с рекордно малым радиусом кривизны (менее 5 мкм), изготовленные из органического фоточувствительного материала (ORMOCOMP);

— планарные одномерные рефракционные линзы, изготовленные из органического фоточувствительного материала (SU-8).

б) Экспериментальные образцы (ЭО) РОУ формирователи амплитудно-фазовой формы рентгеновского пучка для создания однородного пучка заданной формы (beam condition focusing elements или beam homogenizer elements), бимгомогенайзеры, в том числе:

— рентгеновские аксиконовые преломляющие оптические элементы (XRAR Optics);

— многолинзовые in-line интерферометры для диагностики наноструктур и прецизионной характеризации волновых фронтов когерентных рентгеновских пучков.

Цель работы — разработка и исследование оптимальных технических характеристик материалов с аномальными эффектами вблизи краев поглощения (металлов, полимеров) для изготовления РОЭ и РОУ на их основе. Кроме того, целью работы являлась разработка, теоретическое исследование и обоснование моделей функционирования нового типа рентгенооптических устройств (РОУ) – «формирователей» рентгеновского пучка, на основе структурированного гомогенного малопоглощающего рентгенооптического материала (наноструктурированные материалы элементов второго периода) и получение их экспериментальных образцов для применения на рентгеновских источниках 4-го поколения.

Задачи, решаемые на четвертом этапе проекта:

— проведение аналитического обзора, теоретических исследований вопросов, связанных с аномальной дисперсией в области скачков поглощения различных материалов. Оценка методов измерения дисперсионных поправок с помощью фокусировки рентгеновских лучей и обоснование оптимальных технических характеристик материалов с аномальными эффектами вблизи краев поглощения (металлов, полимеров) для изготовления РОЭ и РОУ на их основе, разрабатываемых и исследуемых в рамках НИР;

— разработка, теоретическое исследование и аналитическое обоснование оптимальных технических характеристик функционирования нового типа рентгенооптических устройств (РОУ) – «формирователей» рентгеновского пучка на основе наноструктурированных материалов элементов второго периода);

— проведение комплексных исследований и получение экспериментальных данных по формированию экспериментальных образцов рефракционных линз на основе материалов (металлов, полимеров) с аномальными эффектами вблизи краев поглощения;

— разработка перечня и состава ЭО РОЭ и РОУ рефракционных линз на основе материалов (металлов, полимеров) с аномальными эффектами вблизи краев поглощения для проведения исследовательских испытаний;

— разработка перечня и состава ЭО нового типа рентгенооптических устройств (РОУ) — «формирователей» рентгеновского пучка: рентгеновских аксиконовых преломляющих оптических элементов (XRAR Optics), многолинзового in-line интерферометра для диагностики наноструктур и прецизионной характеризации волновых фронтов когерентных рентгеновских пучков для проведения исследовательских испытаний;

— разработка комплекта инженерно-технической документации на ЭО РОУ и их составные части (рентгеновские рефракционные линзы на основе материалов (металлов, полимеров) с аномальными эффектами вблизи краев поглощения, рентгеновские аксиконовые преломляющие оптические элементы (XRAR Optics), многолинзовый in-line интерферометр для диагностики наноструктур и прецизионной характеризации волновых фронтов когерентных рентгеновских пучков) включающего: ТТ на экспериментальные образцы РОУ, ТЗ на экспериментальные образцы РОУ; программу и методику исследовательских испытаний экспериментальных образцов РОУ, чертежи, схемы на экспериментальные образцы РОУ и их составные части;

— разработка и изготовление ЭО РОЭ и РОУ рефракционных линз на основе материалов (металлов, полимеров) с аномальными эффектами вблизи краев поглощения для проведения исследовательских испытаний;

— разработка и изготовление ЭО нового типа рентгенооптических устройств (РОУ) — «формирователей» рентгеновского пучка: рентгеновских аксиконовых преломляющих оптических элементов (XRAR Optics), многолинзового in-line интерферометра для диагностики наноструктур и прецизионной характеризации волновых фронтов когерентных рентгеновских пучков для проведения исследовательских испытаний;

— разработка комплекта чертежей на экспериментально-технологическую оснастку для проведения исследовательских испытаний экспериментальных образцов РОУ на лабораторных и синхротронных источниках рентгеновского излучения;

— разработка и изготовление экспериментально-технологической оснастки для проведения исследовательских испытаний экспериментальных образцов РОУ на лабораторных и синхротронных источниках рентгеновского излучения;

— проведение комплексных исследований структурных свойств (оценка качества профиля) и оптических свойств, изготовленных экспериментальных образцов рефракционных линз на основе материалов с аномальными эффектами вблизи краев поглощения (металлов, полимеров) и рентгенооптических устройств (РОУ) на их основе на микрофокусных лабораторных и синхротронных источниках рентгеновского излучения;

— проведение комплексных исследований структурных свойств (оценка качества профиля) и оптических свойств, изготовленных экспериментальных образцов рентгеновских аксиконовых преломляющих оптических элементов (XRAR Optics) и рентгенооптических устройств (РОУ) на их основе на микрофокусных лабораторных и синхротронных источниках рентгеновского излучения;

— проведение комплексных исследований структурных свойств (оценка качества профиля) и оптических свойств, изготовленных экспериментальных образцов многолинзового in-line интерферометра для диагностики наноструктур и прецизионной характеризации волновых фронтов когерентных рентгеновских пучков на синхротронном источнике рентгеновского излучения;

— выполнение совместных работ со сторонней организацией, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова», в том числе описание технологии изготовления РОУ (на базе рефракционных линз) на основе материалов с аномальными эффектами вблизи краев поглощения;

— выполнение совместных работ со сторонней организацией, ФГБУН «Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук» (ИПТМ РАН), в том числе описание технологии изготовления многолинзового in-line интерферометра для диагностики наноструктур и прецизионной характеризации волновых фронтов когерентных рентгеновских пучков;

— проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ Р15.011-96.

Таким образом, в 2017 году при реализации четвертого года проекта были произведены разработка и совершенствование рентгенооптических элементов (РОЭ) и рентгенооптических устройств (РОУ) нанометрового управления и разрешения рентгеновского пучка, которые могут применяться для широкого круга методик исследования на основе рентгеновского излучения синхротронных и лабораторных источников, включая рентгеновскую микроскопию, дифрактометрию, спектроскопию, рефлектометрию, интерферометрию, решение сопутствующих проблем источников синхротронного излучения 4-го поколения в области материаловедения, физики конденсированного состояния и наносистем, технических и инженерных задач.

Теоретический блок задач был направлен на анализ литературы и теоретические исследования вопросов, связанных с аномальной дисперсией в области скачков поглощения различных материалов, на оценку методов измерения дисперсионных поправок с помощью фокусировки рентгеновских лучей и выявление оптимальных технических характеристик материалов с аномальными эффектами вблизи краев поглощения (металлов, полимеров), обеспечивающих выполнение наиболее значимых теоретических моделей параметров фокусировки рентгеновского излучения, для изготовленных с их использованием элементов рентгеновской оптики наноразмерного разрешения (РОЭ) и устройств рентгеновской оптики на их основе (РОУ). Подготовлено описание теоретической модели и аналитическое обоснование оптимальных технических характеристик функционирования нового типа рентгенооптических устройств (РОУ) – «формирователей» рентгеновского пучка на основе наноструктурированных материалов элементов второго периода). Дополнительно проведены теоретические работы, связанные с программным моделированием физических явлений, а именно с разработкой программной модели, на основе алгоритмов численного интегрирования для вычисления интеграла Френеля, описывающего процессы дифракции и распространения волнового поля, и модели для выполнения расчетов дисперсионных поправок с помощью фокусировки рентгеновских лучей на основе изменения фокусного расстояния, которое коррелирует с характером изменения показателя преломления и связанной с ним величиной форм-фактора, что предоставляет возможность получать параметры исследуемого материала путем прямого измерения преломления. На основе первой программной модели разработаны программные компоненты для моделирования распространения рентгеновского излучения и его дифракции на многолинзовом in-line интерферометре и для моделирования возмущений волнового поля создаваемых рентгеновским аксиконовым преломляющим оптическим элементом (XRAR Optics). Разработанное программное моделирование необходимо для проведения численных экспериментов (программных расчетов) по исследованию характеристик функционирования нового типа рентгенооптических устройств (РОУ) – «формирователей» рентгеновского пучка на основе наноструктурированных материалов элементов второго периода и экспериментальных образцов рефракционных линз на основе материалов с аномальными эффектами вблизи краев поглощения.

Прикладной блок задач был направлен на проведение экспериментальных исследований по формированию экспериментальных образцов (ЭО) рентгенооптических элементов (РОЭ) и рентгенооптических устройств (РОУ) нанометрового управления и разрешения рентгеновского пучка, которые могут применяться для широкого круга методик исследования на основе рентгеновского излучения синхротронных и лабораторных источников. А также, на проведение исследовательских испытаний: структурных свойств (оценка качества профиля)  и оптических свойств ЭО на лабораторном источнике рентгеновского излучения Synchrotron Like (Лаборатория рентгеновской оптики и физического материаловедения БФУ им. И. Канта г. Калининград, Россия) и на синхротронных источниках рентгеновского излучения Европейского центра синхротронного излучения ESRF (European Synchrotron Radiation Facility, г. Гренобль, Франция) и PETRA III DESY (German Electron Synchrotron, г. Гамбург, Германия).

Стоит отметить, что сотрудниками БФУ им. И. Канта была разработана специальная экспериментально-технологическая оснастка для удобного и прецизионного позиционирования ЭО РОЭ и РОУ на моторизованных подвижках при проведении исследовательских испытаний на СИ ESRF (European Synchrotron Radiation Facility), PETRA III DESY (German Electron Synchrotron, г. Гамбург, Германия) и на лабораторном источнике РИ Synchrotron Like БФУ им. И. Канта

В рамках реализации проекта в составе БФУ им. И. Канта продолжает выполнять работы согласно установленному плану на четвертый год лаборатория рентгеновской оптики и физического материаловедения под руководством А. А. Снигирева, первичной ключевой теоретической задачей которой является разработка теоретических основ и моделей функционирования рентгенооптических устройств на основе наноструктурированных элементов второго периода, а ключевой экспериментальной задачей – проведение полного комплекса структурных, фазовых, морфологических и прочих исследований физико-химических свойств различного происхождения наноструктурированных элементов второго периода с целью создания элементов рефракционной оптики на основе наименее рентгеноконтрастных, наиболее стойких и функциональных материалов. Последующие задачи в комплексе разработки заявленной технологии в экспериментальной части сводятся к получению РОУ на основе выбранных материалов, проведению их функциональных исследований и созданию упрочняющих и защитных покрытий для них.

За отчетный период исполнителями проекта также были осуществлены следующие работы:

— опубликованы 14 статей, из них 7 опубликованы в журналах, входящих в первый квартиль (Q1) по импакт-фактору соответствующего JCR базы данных Web of Science. Кроме того, приняты к публикации еще 2 статьи по тематике проекта в ведущих журналах Web of Science и Scopus;

— разработаны и внедрены в учебный процесс 3 новых образовательных курса для магистров на английском языке;

— организована и проведена совместно с лабораторией когерентно-оптических измерительных систем и НОЦ «Лазерные нанотехнологии и информационная биофизика» XXX Международная школа-симпозиум по голографии, когерентной оптике и фотонике с дополнительной организацией круглого стола «О перспективах привлечения БФУ им. И. Канта и российских ученых к проектам European XFEL (GmbH, Гамбург, Германия)» с ведущими специалистами и учеными мирового уровня для дискуссии о развитии когерентной рентгеновской оптики в свете запуска Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах (англ. European X-ray Free Electron Laser, European XFEL) (Германия) и строительства нового источника синхротронного излучения 4-го поколения в Гатчине (Россия);

— принято участие и подготовлено 48 печатных работ (тезисов, постерных докладов, устных докладов) на российских и международных конференциях в конференциях по тематике исследований, в том числе 7 приглашенных докладов ведущего ученого;

— принято участие в 9 экспедициях для проведения экспериментов в ведущих исследовательских центрах (ESRF, PETRA III DESY), в том числе было принято решение о поддержки со стороны ESRF 2 пропоузела для проведения экспериментальных сессий в 2018 году;

— проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р15.011-96 (Приложения А, В);

— произведено оснащение лаборатории оборудованием для проведения исследований.

Все перечисленные работы проводились в соответствии с поэтапным планом проекта, направленного на разработку принципиально новой технологии управления параметрами рентгеновского излучения с наноразмерным разрешением с использованием наноструктурированных материалов элементов II периода.

В рамках проекта, в 2017 году были получены российские патенты:

— Рег. № 171207 от 24.05.2017 «Элемент рентгеновской оптики на основе бериллия с защитным покрытием» заявка №2016152511 от 29.12.2016 г.  зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ. Авторы: Гойхман А. Ю., Снигирев А.А, Максимова К.Ю., Юркевич О.В, Лятун И.И, Климова Н.Б, Ершов П.А., Медведева С.С Прокопович П.А., Панормов И.Б

— Рег. № 173077 от 08.08.2017 «Камера для изучения элементов рентгеновской оптики» заявка №2016152510 от 29.12.2016 г. зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ Авторы: Снигирев А.А, Гойхман А. Ю., Прокопович П.А., Юркевич О.В, Лятун И.И, Климова Н.Б, Панормов И.Б, Ершов П.А.

В рамках проекта, в 2017 году были получены евразийский патент:

— Рег. № 028468 от 30.11.2017 «Способ определения оптических характеристик материалов на основе аномального преломления в рефракционных оптических элементах» заявка №201500151 от 27.11.2014г. Патент выдан на изобретение с формулой, опубликованной в Биллютене Евразийского патентного ведомства «Изобретения (евразийские заявки на патенты)» №11/2017 Авторы: Гойхман А.Ю., Климова Н.Б., Панормов И.Б., Прокопович П.А.

Кроме того, по результатам проведенных в 2017 году работ поданы три заявки на полезные модели:

— «Рентгеновский аксикон» Рег. №2017145381 от 22.12.2017 г. Заявитель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта». Авторы: Снигирев А.А., Снигирева И.И., Зверев Д.А., Климова Н.Б., Баранников А.А.

— «Рентгеновский планарный аксикон» Рег. №2017145382 от 22.12.2017 г. Заявитель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта». Авторы: Снигирев А.А., Снигирева И.И., Зверев Д.А., Климова Н.Б., Баранников А.А.

— «Формирователь набора рентгеновских микропучков» Рег. №2017145380 от 22.12.2017 г. Заявитель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта». Авторы: Снигирев А.А., Снигирева И.И., Зверев Д.А., Климова Н.Б., Баранников А.А.

Ключевые слова: рентгеновское излучение, синхротронное излучение, рентгеновская оптика, устройства рентгеновской оптики наноразмерного разрешения, рентгенооптическая линза, рефракционная оптика, наноструктурированный материал, защитные тонкопленочные покрытия, наноструктурированный материал, элементы II периода, экспериментальные образцы устройств рентгеновской оптики на основе алмаза.

Объекты исследования — устройства рентгеновской оптики (РОУ) для управления пучками рентгеновского излучения:

а) Экспериментальные образцы (ЭО) РОУ с защитными тонкопленочными покрытиями:

  • рентгеногомогенные окна и фильтры для каналов современных источников синхротронного излучения 3-го и 4-го поколения, позволяющие сохранять свойства когерентности пучка;
  • параболические двумерные линзы.

б) Экспериментальные образцы (ЭО) РОУ на основе алмаза:

  • планарные одномерные линзы c параболическим профилем поверхности, изготовленные из монокристаллического (IIa) алмаза;
  • планарные одномерные линзы c параболическим профилем поверхности, изготовленные из поликристаллического (CVD) алмаза;
  • одиночные одномерные линзы со сферическим профилем поверхности, изготовленные из монокристаллического (IIa) алмаза;
  • одиночные одномерные полу-линзы с параболическим профилем поверхности, изготовленные из монокристаллического (IIa) алмаза;
  • одиночные двумерные полу-линзы с параболическим профилем поверхности, изготовленные из монокристаллического (IIa) алмаза.

Задачи, решаемые на третьем этапе:

  • проведение аналитического обзора и обоснование основных положений теоретических моделей и оптимальных технических характеристик за-щитных тонкопленочных покрытий РОУ, разрабатываемых и исследуемых в рамках НИР;
  • проведение комплексных исследований и получение экспериментальных данных по формированию защитных тонкопленочных покрытий ЭО РОУ методами атомно-послойного осаждения и физического распыления в условиях сверхвысокого вакуума в экспериментальной серии;
  • разработка перечня и состава ЭО РОУ с защитными тонкопленочными покрытиями;
  • разработка комплекта предварительной технической документации на ЭО РОУ с защитными тонкопленочными покрытиями;
  •  разработка и изготовление ЭО РОУ с защитными тонкопленочными покрытиями для проведения исследовательских испытаний;
  • разработка комплекта технической документации на экспозиционную камеру для проведения исследовательских испытаний экспериментальных образцов РОУ с защитными тонкопленочными покрытиями;
  • разработка и изготовление экспозиционной камеры для проведения исследовательских испытаний экспериментальных образцов РОУ с защитными тонкопленочными покрытиями;
  • изготовление экспериментальных образцов РОУ с защитными тонкопленочными покрытиями;
  • изготовление экспозиционной камеры для проведения исследовательских испытаний экспериментальных образцов РОУ с защитными тонкопленочными покрытиями на синхротронном источнике рентгеновского излучения;
  • проведение комплексных исследований функциональных свойств ЭО РОУ на синхротронном источнике рентгеновского излучения;
  • проведение комплексных исследований структурных свойств и фазового состава ЭО РОУ;
  • описание теоретической модели и аналитического обоснования влияния отклонений профиля поверхности РОУ на основе алмаза от идеального на параметры фокусировки рентгеновского излучения;
  • разработка перечня и состава ЭО РОУ на основе алмаза;
  • разработка комплекта инженерно-технической документации экспериментальные образцы РОУ на основе алмаза, включающего: ТТ на экспериментальные образцы РОУ на основе алмаза, ТЗ на экспериментальные образцы РОУ на основе алмаза; программу и методику исследовательских испытаний экспериментальных образцов РОУ на основе алмаза;
  • разработка и изготовление ЭО РОУ на основе алмаза для проведения исследовательских испытаний;
  • разработка и изготовление экспериментально-технологической оснастки для ЭО РОУ на основе алмаза;
  • проведение комплексных исследований структурных свойств (оценка качества профиля) ЭО РОУ на основе алмаза;
  • проведение комплексных исследований функциональных свойств ЭО РОУ на основе алмаза в фокусирующем и изображающем режимах на микро-
  • фокусных лабораторных и синхротронных источниках рентгеновского излучения;
  • проведение анализа производственных технологий для пост-обработки экспериментальных образцов РОУ на основе алмаза;
  • проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ Р15.011-96.

 

Таким образом, в 2016 году при реализации третьего года проекта было разработано и сформировано защитное тонкопленочное покрытие для разрабатываемых в проекте устройств рентгеновской оптики (РОУ), обеспечивающих выполнение наиболее значимых теоретических моделей параметров фокусировки рентгеновского излучения с их использованием позволяющих исследовать материалы, объекты и сложные структуры базовыми и новыми методами рентгеновской диагностики нанометрового разрешения для каналов современных источников синхротронного излучения 3-го и 4-го поколения. А
также, были разработаны и изготовлены экспериментальные образцы РОУ на основе алмаза для применения на рентгеновских источниках 4-го поколения.
Теоретические исследования были направлены на разработку и исследование оптимальных технических характеристик защитных тонкопленочных покрытий, предотвращающих появление рентгеноконтрастных примесей в разрабатываемых устройствах рентгеновской оптики наноразмерного разрешения (РОУ). Подготовлены описания теоретической модели и аналитического обоснования отклонений профиля поверхности ЭО РОУ на основе алмаза, а далее проведен анализ сопутствующих производственных технологий для пост-обработки с целью улучшения качества поверхности. Прикладные исследования были направлены проведение экспериментальных исследований по формированию защитных тонкопленочных покрытий РОУ методами атомно-послойного осаждения (АПО) и физического распыления в условиях сверхвысокого вакуума в экспериментальной серии и на изготовление экспериментальных образцов ЭО РОУ с защитными тонкопленочными покрытиями (рентгеногомогенных окон и фильтров для каналов современных источников синхротронного излучения 3-го и 4-го поколения с защитными тонкопленочными покрытиями и параболических двумерных линз). А также, на проведение исследовательских испытаний: функциональных свойств на синхротрон ном источнике рентгеновского излучения Европейского центра синхротронного излучения (ESRF, г. Гренобль, Франция) и структурных свойств, фазового состава ЭО РОУ на научном оборудовании Лаборатории рентгеновской оптики БФУ им. И. Канта (г. Калининград, Россия).
Стоит отметить, что сотрудниками БФУ им. И. Канта для проведения исследовательских испытаний была разработана специальная вакуумная камера, позволившая смоделировать условия эксперимента, приблизив их к реальным условиям использования (экстремальным для бериллиевой оптики) на источниках синхротронного излучения (СИ). Кроме того, прикладные исследования были направлены на разработку и изготовление ЭО РОУ на основе алмаза 5-ти типов (планарные одномерные линзы c параболическим профилем поверхности, изготовленные из монокристаллического алмаза; планарные одномерные линзы c параболическим профилем поверхности, изготовленные из поликристаллического алмаза; одиночные одномерные линзы со сферическим профилем поверхности; одиночные
одномерные полу-линзы с параболическим профилем поверхности; одиночные двумерные полу-линзы с параболическим профилем поверхности).
В рамках реализации проекта в составе БФУ им. И. Канта продолжает выполнять работы согласно установленному плану на третий год лаборатория
рентгеновской оптики под руководством А. А. Снигирева, первичной ключевой теоретической задачей которой является разработка теоретических основ и моделей функционирования рентгенооптических устройств на основе наноструктурированных элементов второго периода, а ключевой экспериментальной задачей – проведение полного комплекса структурных, фазовых, морфологических и прочих исследований физико-химических свойств различного происхождения наноструктурированных элементов второго периода с целью создания элементов рефракционной оптики на основе наименее рентгеноконтрастных, наиболее стойких и функциональных материалов. Последующие задачи в комплексе разработки заявленной технологии в экспериментальной части сводятся к получению РОУ на основе выбранных материалов, проведению их функциональных исследований и созданию упрочняющих и защитных покрытий для них.
За отчетный период исполнителями проекта также были осуществлены следующие работы:
— проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р15.011-96  и оформлены две заявки на выдачу российских патентов, а также были оформлены введения режимов коммерческой тайны в отно-
шении двух секретов производства (ноу-хау) по тематике проекта;
— опубликованы 12 статей и приняты к публикации 2 статьи по тематике проекта в ведущих журналах Web of Science и Scopus;
— разработаны и внедрены в учебный процесс новые образовательные курсы;
—проведены семинары и школы по тематике научного исследования;
—принято участие в конференциях по тематике исследований;
—произведено оснащение лаборатории оборудованием для проведения исследований.

Все перечисленные работы проводились в соответствии с поэтапным планом проекта, направленного на разработку принципиально новой технологии управления параметрами рентгеновского излучения с наноразмерным разрешением с использованием наноструктурированных материалов элементов II периода.

В рамках проекта, в 2016 году были получены российские патенты:
— Рег. № 162939 от 09.06.2016 «Устройство определения оптических характеристик материалов на основе аномального преломления в рефракционных оптических элементах» заявка № 2014147855 от 27.11.2014г. зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ. Авторы: Ершов П.А., Климова Н. Б., Лятун И. И., Поликарпов М. В.
— Рег. № 163227 от 22.06.2016 «Испытательный стенд для преломляющей рентгеновской оптики» заявка № 2015155999 от 25.12.2015 г. зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ Авторы: Гойхман А. Ю., Прокопович П.А., Борисов А.А., Панормов И. Б., Климова Н.Б., Ершов П.А., Серебренников Д.А., Зверев Д.А., Баранников А.А.
—Рег. № 165232 от 20.09.2016г. «Автоматизированное щелевое устройство» заявка № 2015150260 от 24.11.2015 г. зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ. Авторы: Гойхман А.Ю., Климова Н.Б., Панормов И.Б., Прокопович П.А.

Кроме того, принято решение о выдаче патента от 04.10.2016 г. в отношении заявки «Рентгеновская трубка с составным анодом» Рег. №2015150259 от 24.11.2015 г. Заявитель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта». Авторы: Гойхман А.Ю.,Климова Н.Б., Савельев С.К.

Ключевые слова: рентгеновское излучение, синхротронное излучение, рентгеновская оптика, устройства рентгеновской оптики наноразмерного разрешения, рентгенооптическая линза, рефракционная оптика, наноструктурированный материал, элементы II периода.

Объекты исследования — устройства рентгеновской оптики (РОУ) для управления пучками рентгеновского излучения, экспериментальные образцы (ЭО) РОУ:

  • параболические двумерные линзы,
  • перестраиваемые объективы — трансфокаторы;
  • рентгеногомогенные окна и фильтры для каналов современных источников синхротронного излучения3-го и 4-го поколения, позволяющие сохранять свойства когерентности пучка;
  • новое поколение in-line интерферометров для диагностики наноструктур и прецизионной характеризации волновых фронтов когерентных рентгеновских пучков.

Цель работы — исследование и анализ технических характеристик ЭО РОУ, в том числе выявление и обоснование концепции конструктивных и технических решений вариантов РОУ

Задачи, решаемые на втором этапе:

  • проведение аналитического обзора современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках НИР;
  • проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ Р15.011-96;
  • описание концепции конструктивных и технических решений вариантов РОУ;
  • разработка перечня и состава экспериментальных образцов РОУ;
  • разработка комплекта инженерно-технической документации на РОУ и их составные части;
  • разработка и изготовление ЭО РОУ для проведения исследовательских испытаний;
  • разработка и изготовление экспериментально-технологической оснастки для ЭО РОУ;
  • проведение комплексных исследований функциональных свойств ЭО РОУ на микрофокусных лабораторных и синхротронных источниках рентгеновского излучения;
  • проведение комплексных исследований структурных свойств и фазового состава ЭО РОУ;
  • обоснование конструктивных и технических решений РОУ по результатам анализа исследовательских испытаний макетов РОУ.

Таким образом, в 2015 году при реализации второго года проекта были разработаны и изготовлены экспериментальные образцы устройств фокусировки рентгеновского излучения, позволяющие исследовать материалы, объекты и сложные структуры базовыми и новыми методами рентгеновской диагностики нанометрового разрешения. Теоретические исследования были направлены на проведение аналитических исследований конструктивных и технических решений вариантов устройств рентгеновской оптики наноразмерного разрешения (РОУ), обеспечивающих выполнение наиболее значимых теоретических моделей параметров фокусировки рентгеновского излучения с их использованием. Прикладные исследования были направлены на выполнение расчетов функциональных показателей устройств рентгеновской оптики наноразмерного разрешения (РОУ) для определения наиболее перспективных конструкций, на изготовление экспериментальных образцов устройств рентгеновской оптики наноразмерного разрешения (РОУ), а также, на проведение исследовательских испытаний функциональных свойств экспериментальных образцов РОУ на микрофокусном лабораторном источнике рентгеновского излучения Научно-образовательного многофункционального комплекса подготовки и проведения синхротронных исследований Synchrotron Like (НОЦ «Функциональные наноматериалы» БФУ им. И. Канта, г. Калининград, Россия) и на синхротронном источнике рентгеновского излучения Европейского центра синхротронного излучения (ESRF, г. Гренобль, Франция). Проведена разработка и обоснование конструктивных и технических решений, обеспечивающих показатели надежности выбранных вариантов конструкции РОУ. Определены основные критерии выбора материала для рентгенооптических приложений, выявлены наиболее значимые для применений в устройствах технические характеристики, разработано и успешно применено программное обеспечение для определения интенсивности лучей, выходящих из источника излучения, проходящих через исследуемый объект и попадающих в поле линейного, плоскостного или объемного детектора.

Кроме того, сотрудниками НОЦ «Функциональные наноматериалы» был разработан и успешно применен алгоритм, на основании которого была в дальнейшем разработана среда для изучения влияния формы рентгенооптических элементов в составе РОУ на качество их работы, путем выявления геометрических характеристик и их численного описания.

В рамках реализации проекта в составе Научно-образовательного центра «Функциональные наноматериалы» БФУ им. И. Канта продолжает выполнять работы согласно установленному плану на второй год лаборатория рентгеновской оптики под руководством А. А. Снигирева, первичной ключевой теоретической задачей которой является разработка теоретических основ и моделей функционирования рентгенооптических устройств на основе наноструктурированных элементов второго периода, а ключевой экспериментальной задачей – проведение полного комплекса структурных, фазовых, морфологических и прочих исследований физико-химических свойств различного происхождения наноструктурированных элементов второго периода с целью создания элементов дифракционной оптики на основе наименее рентгеноконтрастных, наиболее стойких и функциональных материалов. Последующие задачи в комплексе разработки заявленной технологии в экспериментальной части сводятся к получению РОУ на основе выбранных материалов, проведению их функциональных исследований и созданию упрочняющих и защитных покрытий для них.

За отчетный период исполнителями проекта также были осуществлены следующие работы:

— проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р15.011-96 и оформлены заявки на выдачу российских патентов, а также было оформлено введение режима коммерческой тайны в отношении секрета производства (ноу-хау) по тематике проекта;
— опубликованы 12 статей и приняты к публикации 3 статьи по тематике проекта в ведущих журналах Web of Science и Scopus;
— разработаны и внедрены в учебный процесс новые образовательные курсы;
— проведены семинары и школа по тематике научного исследования;
— принято участие в конференциях по тематике исследований;
— произведено оснащение лаборатории оборудованием для проведения исследований.

Все перечисленные работы проводились в соответствии с поэтапным планом проекта, направленного на разработку принципиально новой технологии управления параметрами рентгеновского излучения с наноразмерным разрешением с использованием наноструктурированных материалов элементов II периода.

В рамках проекта, в 2015 году был получен российский патент Рег. № 155377 от 09. 09.2015г. «Устройство для определения оптических характеристик по интерференционной картине» заявка № 2014147857 от 27.11.2014 г. зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ Авторы: Ершов П. А., Климова Н. Б., Лятун И. И., Поликарпов М. В.

Ключевые слова: рентгеновское излучение, синхротронное излучение, рентгеновская оптика, устройства рентгеновской оптики наноразмерного разрешения, рентгенооптическая линза, рефракционная оптика, наноструктурированный материал, элементы II периода.

Объекты исследования — устройства рентгеновской оптики (РОУ) для управления пучками рентгеновского излучения, макеты РОУ, изготовленные из различных видов рентгенооптических материалов (РОСМ).

Цель работы — исследование и анализ технических характеристик РОУ, изготовленных из различных видов РОСМ, выявление наиболее значимых для применений в устройствах рентгеновской оптики технических характеристик РОСМ.

Задачи, решаемые на первом этапе:
  • проведение аналитического обзора современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках НИР;
  • проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ Р15.011-96;
  • аналитические исследования устройств рентгеновской оптики и определение наиболее перспективных конструкций РОУ;
  • разработка и изготовление макетов простых РОУ из различных видов РОСМ для проведения исследовательских испытаний;
  • комплексные исследования влияния конструктивных параметров на фокусирующие характеристики элементов и устройств рентгеновской оптики;
  • проведение комплексных исследований структурных свойств и фазового состава РОСМ;
  • проведение комплексных исследований влияния параметров РОСМ на фокусирующие характеристики элементов и устройств рентгеновской оптики;
  • исследование и определение технических характеристик РОУ из различных видов РОСМ по результатам анализа исследовательских испытаний макетов РОУ;
  • разработка комплекта предварительной технической документации на РОУ, в том числе:

—свод основных положений теоретических моделей и оптимальных технических характеристик;
—проведение расчетов по показателям работоспособности, надежности РОУ и по экономическим показателям;
—оценка разрабатываемого РОУ по показателям технологичности, стандартизации и унификации, эргономики и технической эстетики;
—проверка соответствия вариантов РОУ требованиям техники безопасности и производственной санитарии (прилагается к отчетной документации по первому этапу).

На первом этапе получены результаты теоретических исследований и обоснование оптимальных технических характеристик устройств рентгеновской оптики наноразмерного разрешения (РОУ) и рефракционной оптики на базе различных видов РОСМ. По результатам исследовательских испытаний на лабораторных и синхротронных источниках посредством испытания функциональных, структурных свойств и фазового состава макетов простых РОУ, изготовленных из различных видов РОСМ, выявлены наиболее значимые для применений в устройствах рентгеновской оптики технические характеристики, а также наиболее перспективные виды РОСМ в составе простых макетов РОУ. Рентгенооптические элементы хорошо зарекомендовали себя в указанных выше экспериментах.

Однако необходимо отметить ряд недостатков предложенных подходов по формированию РОУ на основе преломляющих линз:

– достижимые радиусы кривизны преломляющей поверхности составляют порядка 50 — 100 микрон, что приводит к необходимости использования большого числа единичных линз и, соответственно, к потерям интенсивности;
– неоптимальный профиль и большая шероховатость преломляющей поверхности при изготовлении линз способами механической обработки;
– недостаточная радиационная устойчивость при использовании полимерных материалов для изготовления линз;
– необходимость точной юстировки набора линз для сохранения соосности отдельных элементов.

Таким образом, актуальность проведения дальнейших исследовательских испытаний макетов РОУ, изготовленных из различных видов РОСМ, обусловлена необходимостью разработки и создания новых преломляющих рентгенооптических элементов, свободных от вышеперечисленных недостатков, изучения фокусирующих свойств данной оптики и исследования возможности коллимации ею рентгеновского излучения. Успешное решение этих проблем позволит поднять качество проводимых исследований на новый уровень.

В рамках реализации проекта в составе Научно-образовательного центра «Функциональные наноматериалы» БФУ им. И. Канта была создана лаборатория рентгеновской оптики под руководством А. А. Снигирева. За отчетный период исполнителями проекта также были осуществлены следующие работы:
— проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р15.011-96 и оформлены заявки на выдачу российских и зарубежных патентов по тематике проекта;
— опубликованы статьи по тематике проекта;

— разработаны и внедрены в учебный процесс новые образовательные курсы;
— проведены семинары и школа по тематике научного исследования;
— принято участие в конференциях по тематике исследований;
— произведено оснащение лаборатории оборудованием для проведения исследований.Все перечисленные работы проводились в соответствии с поэтапным планом проекта, направленного на разработку принципиально новой технологии управления параметрами рентгеновского излучения с наноразмерным разрешением с использованием наноструктурированных материалов элементов II периода.