- •5 Основные требования к выполнению нир 5.1 Требования к выполняемым работам
- •5.2 Требования к разрабатываемой документации
- •Чертёж общего вида в соответствии с гост 2.102-68.
- •Чертёж общего вида в соответствии с гост 2.102-68.
- •7 Технико-экономические показатели
- •7.1 Основные технико-экономические требования
- •7.2 Требования к достижению программных индикаторов и показателей
- •8 Перечень, сроки выполнения и стоимость этапов 8.1 Наименование этапов и выполняемые работы Этап 1. Техническое предложение:
- •8.2 Разрабатываемые документы, сроки исполнения и финансирование по этапам
- •9 Предполагаемое использование результатов нир
- •10 Порядок выполнения и приемки этапов нир
- •Пояснительная записка
- •Аннотация:
- •Задачи:
- •На первом этапе:
- •На втором этапе:
-
Пояснительная записка
-
Аннотация:
-
Разработка новых более чувствительных и универсальных методов использования рентгеновского излучения для проведения количественных исследований в различных областях науки и техники, как например, томография медицинских и биологических объектов, определение реальных структур совершенных/несовершенных кристаллов и наносистем. элементы микро и нано электроники, проведение экспресс-анализов геологических образцов и внедрение в технологический процесс является весьма актуальной задачей. Для решения поставленной задачи предлагается использовать монохроматические, без гармоник, пучки рентгеновского излучения с управляемыми в пространстве и во времени параметрами. Одним из перспективных методов получения таких пучков является дифракция рентгеновского излучения в кристалле со сверхрешеткой инициированной, например, акустическим полем, температурным градиентом или механическими напряжениями. Наличие сверхрешетки, резко изменяет сечение процесса рассеяния в конкретном образце и может использоваться для эффективного управления параметрами дифрагированного излучения.
-
Проект направлен на разработку и создание технических средств динамического пространственно-временного управления пучками рентгеновского излучения с целью дальнейшего их использования в различных типах рентгеновских установок (от рентгеновской трубки до источника синхротронного излучения 3 поколения) для получения пучков рентгеновского излучения с заданными спектральными и пространственно-временными характеристиками. В настоящее время в большинстве рентгеновских установках применяются статические оптические элементы, что приводит к значительному усложнению устройств и методик по исследованию образцов. Существующие базовые рентгенооптические элементы, например, зеркала, действующие на принципе полного внутреннего отражения рентгеновских лучей, зеркала с периодичной многослойной структурой, френелевские зонные пластины, кристаллические монохроматоры и др.. достигли уровня, который не позволяет повысить их эффективность, из-за поглощения рентгеновских лучей в самом рентгенооптическом элементе.
-
Перспективность заявленного проекта поддерживается теоретическими и экспериментальными исследованиями в Институте прикладных проблем физики НАН РА и результатами проекта ФЦП ГК № П1202, выполненного Томским политехническим университетом, которые показывают возможность динамического управления параметрами пучков рентгеновского излучения и увеличение интенсивности не менее чем в 5 раз монохроматизированного рентгеновского излучения на основе эффектов переброски и прозрачности. Последний эффект позволяет уменьшить коэффициент линейного поглощения, что в свою очередь приводит к уменьшению радиационных нагрузок на оптические элементы и более стабильной работе последних.
-
Необходимо отметить, что с появлением мощных источников синхротронного излучения в последнее время возрос интерес к исследованию процессов рассеяния жесткого рентгеновского излучения с временным разрешением.
-
Предлагаемые оптические элементы помогут увеличить яркость монохроматических источников, работающие на основе дифракции, в 10 раз и разрешение спектрометров в 2 раза.
-
В рамках предложенного проекта будут разработаны концепции и прототипы новых суперярких и сверхразрещающих лабораторных дифрактометров и спектрометров с использованием новых элементов адаптивной рентгеновской оптики.
-
Цель: на основе эффектов «полной переброски» [Мкртчян А.Р., Навасардян М.А., Мирзоян В.К. Полная переброска рентгеновского излучения, дифрагированного монокристаллом от направления прохождения в направление отражения под действием температурного градиента. //Письма в ЖТФ, 1982, Т.8, В.11, С.677-680] и «прозрачности» разработать и изготовить малогабаритные непоглощающие базовые элементы адаптивной рентгеновской оптики монохроматоры. линзы, коллиматоры и на их основе создать быстродействующие и обладающие высокой разрешающей способностью рентгеновские спектрометры и дифрактометры для проведения высокоточного экспресс анализа биологических объектов.
-
Возможность достижения цели продемонстрирована разными авторами из ИППФ НАН Армении и ТПУ из России [ФЦП ГК №П1202].
-
Задачи:
-
разработка и изготовление непоглощающих элементов адаптивной рентгеновской оптики;
-
выявление закономерностей влияния объемных акустических волн на процесс когерентного рассеяния рентгеновского излучения в кристалле со сверхрешеткой, в частности, детальное исследование эффекта прозрачности;
-
- адаптация разработанных элементов рентгеновской оптики к источникам рентгеновского излучения от рентгеновской трубки до источника синхротронного излучения 3 поколения.
-
- разработка и создание лабораторных рентгеновских спектрометра и дифрактометра нового поколения для проведения высокоточного экспресс анализа состава и структуры веществ, в частности, биологических объектов.
-
План:
-
На первом этапе:
-
полноценный обзор проделанных работ в области дифракции рентгеновских лучей на пьезоэлектрических образцах в геометрии Лауэ при наличии внешних воздействий за период с 2000 до 2011 гг.;
-
патентное исследование;
-
- по результатам обзора и патентного исследования корректировка выбранного направления исследований;
-
разработка технического предложения на разработку модулей на основе активного кварцевого элемента для фазоконтрастного и сверхразрешающего спектрального экспресс анализа;
-
заказ и подготовка образцов и оборудования необходимые для экспериментов,
-
автоматизация ряда узлов и регистрирующих приборов.
-
На втором этапе:
-
- разработка и изготовление добротных кварцевых резонаторов разных толщин, приспособление линейного и кругового движения соответствующей точности для создания экспериментальных образцов;
-
проведение предварительных экспериментальных исследований процесса когерентного рассеяния рентгеновского излучения в монокристалле кварца с объемными акустическими волнами;
-
анализ результатов исследований в рамках существующих теорий;
-
обоснование выбранного технического решения;
-
разработка эскизной документации;
-
изготовление компактных генераторов и усилителей для возбуждения акустических волн в пьезоэлектрических образцах.
-
На третьем этапе:
-
определение оптимальных параметров кристалла и акустического воздействия для изготовления модулей на основе активного кварцевого элемента для фазоконтрастного и сверхразрешающего спектрального экспресс анализа;
-
детальное исследование влияния акустических полей в кристаллах на коэффициент поглощения (эффект прозрачности) и отражения рентгеновского излучения в изготовленных модулях;
-
- проведение экспериментальных работ необходимых для тестирования базовых элементов гамма-оптики, коррекция и модификация системы для освобождения от недостатков, выявленных в процессе тестирования;
-
На четвертом этапе:
-
- исследование прямой и обратной задачи рассеяния рентгеновских лучей в кристаллах со сверхрешеткой в зависимости от ее параметров;
-
- создание баз данных необходимых для разработки дифрактометра и спектрометра нового поколения (спектры поглощения, структурные факторы монокристаллов и т.д.);
-
- создание прототипа дифрактометра и спектрометра нового поколения с использованием новых элементов рентгеновской оптики;
-
- разработка рекомендаций по использованию результатов НИР;
-
- оценка перспектив использования разработанных элементов для управления рентгеновскими пучками для медицинских целей.
-
В основе создания активных непоглощающих элементов рентгеновской оптики лежит явление полной переброски рентгеновских лучей из направления прохождения в направление отражения при определенных параметрах внешних акустических полей. В обычном поглощающем кристалле интенсивности падающего. проходящего и дифрагированного рентгеновского излучения связаны следующим образом /0 > / +^-Шф • В
-
условии полной переброски, с учетом эффекта прозрачности, это условие будет: /0 = /диф,
-
Новизна и оригинальность предложенного метода дают возможность получить адаптивные оптические элементы в рентгеновском диапазоне: недорогие, стабильные во времени, коллимирующие, сильно монохроматизирующие (без гармоник), без поглощения, фокусирующие (размеры фокуса порядка долей микрона), с большой светосилой, не имеющие аналогов в рентгеновском диапазоне излучения, на основе которых существенно расширяются возможности для решения фундаментальных и прикладных задач.
-
Все работы будут выполнены на сертифицированном оборудовании.
-
Необходимые расчеты и обработка данных будут выполнены методами математической статистики с использованием лицензионного программного обеспечения.
-
Имеющийся у коллектива научный задел по предлагаемому проекту:
-
В данной области со стороны группы ИППФ НАН РА проведены исследования и получены многочисленные результаты, на основе которых созданы отдельные элементы рентгеновской оптики. Наблюдены новые явления, результаты которых были успешно использованы в науке и технике, что поспособствует благополучной реализации представленной темы.
-
Отметим самые важные из них. Проведены исследования зависимости коэффициента линейного поглощения рентгеновских лучей от параметров внешних воздействий. Было выявлено, что в условии дифракции Лауэ коэффициент линейного поглощения заметно изменяется в зависимости от амплитуды акустического поля и геометрии рассеяния рентгеновских лучей. Показано, что при определенных условиях коэффициент линейного поглощения стремится к нулю. Вынужденные колебания атомов приводят к подавлению
-
коэффициента линейного поглощения (эффект прозрачности) или. что то же самое, при воздействии вынужденных возбуждений атомов образуется единая система электронов, на которых рентгеновские лучи когерентно рассеиваются. Фактически образуется среда с сильно связанной системой электронов, т.е. двустенная акустическая нанотрубка с одинаковыми стенками.
-
Теоретическим и экспериментальным путем исследовалась зависимость коэффициента линейного поглощения рентгеновских лучей от величины значения температурного градиента. Показано что с увеличением температурного градиента коэффициент линейного поглощения в области Брэгговских углов значительно уменьшается. При определенном значении температурного градиента коэффициент поглощения принимает свое минимальное значение, затем возрастает с увеличением значения температурного градиента.
-
Проректор по научной работе и инновациям (В.А. Власов)