Детекторы, разработанные в Томском госуниверситете (ТГУ), установят на первом рентгеновском микроскопе, который строится в Германии; он позволит рассмотреть, что происходит на уровне атомов, а воспроизвести "картинку" помогут томские детекторы. В 2017 году только для этого проекта их поставили на 300 тысяч евро. Как высокотехнологичная наука стала прибыльной - в материале РИА Томск.

Как разглядеть молекулы и атомы

Современные микроскопы позволяют изучать объекты размерностью, равной длине волны излучения видимого света. Она составляет примерно один микрометр (одна тысячная миллиметра). Чтобы увидеть более мелкие частицы, нужно их специальным образом "подсветить".

Как объясняет заведующий лабораторией функциональной электроники ТГУ профессор Олег Толбанов, роль такой "подсветки" играет синхротронное излучение.

"Длина волны синхротронного излучения - одна десятая ангстрема (0,00000001 миллиметра), то есть объекты приблизительно такого размера можно исследовать. А что такое 0,1 ангстрема? Это размеры мельчайших молекул или очень крупных атомов. Такой суперсовременный микроскоп создается сейчас в Германии, в электрон-синхротронном центре DESY, одном из мощнейших в мире. В 2020 году должны начаться эксперименты", - говорит Толбанов.

Это, конечно, будет не настольный прибор, а огромная сложная система стоимостью 1,5 миллиарда евро, сердце которой - линейный ускоритель электронов, занимающий целый тоннель под землей.

В нем электроны ускоряются до очень высокой энергии - 17,5 гигаэлектронвольта, затем специальные ондуляторы преобразуют ее в синхротронное, или рентгеновское когерентное излучение. "Когерентное - это значит, что кванты имеют одну и ту же длину волны излучения либо одну и ту же энергию", - поясняет Толбанов.

Что для этого сделали томичи

"Для снятия "картинки", полученной с помощью рентгеновской подсветки, нужны детекторы - специальные приемники синхротронного излучения, которые эту информацию в режиме счета единичных квантов, то есть единичных "порций" энергии, воспроизводили бы в виде импульсов электрического тока. А дальше специальная аппаратура усиливала бы их, оцифровывала и воспроизводила на мониторе компьютера в фильмовом варианте", - говорит ученый.

Аппаратура для преобразования электрических импульсов существует, а вот быстродействующих квантово-чувствительных детекторов, которые бы работали в нужном энергетическом диапазоне, в мире не было - до тех пор, пока их не сделали в Томске.
Около 40 лет назад радиофизики НИИПП и СФТИ под руководством профессора Станислава Хлудкова занялись модификацией свойств арсенида галлия и получили новые свойства полупроводниковых материалов. Разработка непосредственно детекторов началась с 1993 года, группу возглавил Олег Толбанов.

"Синхротронное излучение имеет вполне определенную частоту, или энергию квантов. Мы создали материал, который чувствителен к единичным внешним воздействиям и позволяет регистрировать единичные кванты рентгеновского излучения", - рассказывает Толбанов.

Он отмечает, что технология довольно сложная: "Мы внедряем один атом хрома на миллион атомов галлия и мышьяка. Вводим в нужное место - и свойства такого материала существенно меняются. Так, способность проводить электрический ток уменьшается в 10 миллиардов раз!".

Функции детектора условно можно сравнить с цифровым фотоаппаратом.

"Фотоаппарат сжимает картинку и проецирует на приемную часть в виде сжатого изображения. При воспроизведении это изображение снова нужно развернуть на полный экран. Сам аппарат не позволяет этого делать, а позволяет схема, которая работает с этим аппаратом. Вы вставляете USB-кабель и смотрите изображение на компьютере. Вот примерно то же самое с нашими детекторами - только в других масштабах и диапазоне энергий", - говорит ученый.

Причем картинка получается цветной - в отличие от существующих на рынке аналогов, которые воспроизводят лишь черно-белое изображение. На создание одного большого детектора требуется три месяца, малого - один. Все производство находится в Томске. Часть процесса проходит в особо чистой комнате, куда доступ имеет один-единственный сотрудник. При работе он одевается в специальный скафандр.

Конкурентами томской разработки Толбанов называет в основном японские фирмы, у которых есть полупроводниковый материал теллурид кадмия (CdTe). Но он чрезвычайно капризный и дорогой - дороже томского в десятки раз.

"По физическим свойствам японский материал также нам проигрывает, так что рынок предпочитает именно наш материал. Это то направление, по которому мы действительно впереди планеты всей", - подчеркивает ученый.

Для одного только проекта в DESY радиофизики ТГУ планируют изготавливать три-пять детекторов большой площади и три-четыре малой в год, в 2017 году объем поставок составил 300 тысяч евро. В целом за год лаборатория функциональной электроники ТГУ заработала почти 10 рублей на каждый рубль бюджетного финансирования.

Что могут квантовые детекторы

Сейчас томские детекторы используются в ведущих научных центрах мира для проведения современных экспериментов по физике.

"В синхротронных центрах (их в мире 59, два из них в России, а самый мощный - в Гренобле) ставятся эксперименты при очень высоких давлениях и очень высоких температурах. Таким образом моделируются процессы, происходящие в недрах Земли, в недрах звезд. И наши детекторы используются в том числе и для выполнения таких экспериментов", - говорит Толбанов.

Разработка томских радиофизиков позволяет решать проблемы цифровизации изображений в рентгеновских и гамма-лучах. Например, их коллеги из Объединенного института ядерных исследований (Дубна) купили американо-новозеландский микротомограф, вытащили оттуда кремниевые детекторы и заменили их на томские.

А во Фрайбургском университете (Германия) в сотрудничестве с томичами сделан новый рентген-аппарат. Толбанов показывает полученный с помощью него снимок головы мыши, где четко "прорисованы" твердые и мягкие ткани, кровеносные сосуды и даже видна какая-то точка, возможно, опухоль.

"Медики смотрят на это изображение и говорят: "Это томография?" Когда узнают, что это просто проекционный снимок, удивляются. Эксперименты пока идут только на мышах, но это всего лишь вопрос времени, когда такие технологии дойдут до людей", - отмечает ученый.

Елена Тайлашева

Похожие новости

  • 09/01/2017

    ТГУ создает 3D-фильм о раскопках курганов в тувинской Долине царей

    ​Сотрудники Томского госуниверситета (ТГУ) планируют в 2017 году выпустить фильм в 3D об археологических раскопках в тувинской Долине царей, сообщила РИА Томск завлабораторией "Артефакт" Ольга Зайцева.
    1075
  • 04/10/2016

    В Airbus Safran Launchers заинтересовались созданным в Томске наноматериалом

    ​Airbus Safran Launchers (совместное предприятие авиакосмического концерна Airbus Group и французской корпорации Safran) заинтересовалась разработанной в Томском госуниверситете технологией получения наноматериала - легкого, как алюминий, и прочного, как сталь, сообщил завлабораторией высокоэнергетических и специальных материалов ВУЗа Александр Ворожцов.
    1230
  • 02/06/2017

    Алтайский госуниверситет встречает молодых ученых - участников Всероссийского конкурса СНО

    ​1 июня Алтайский государственный университет встречает участников III Всероссийского конкурса студенческих научных обществ и конструкторских бюро, в котором примут участие более 60 студенческих научных объединений со всей России.
    1262
  • 28/06/2016

    3D-технологии завоевывают мир

    ​Вслед за автомобилями с автопилотом на дороги выходят самоуправляемые маршрутки. Первенцем новой концепции стал микроавтобус "Olli", созданный компанией Local Motors в сотрудничестве с IBM.  Как сообщает 3Dtoday, Local Motors наиболее известна в качестве первого производителя 3D-печатных автомобилей, а IBM предоставила необходимое аппаратное и программное обеспечение для интеграции 3D-печатного транспорта в облачный искусственный интеллект IBM Watson.
    1698
  • 03/07/2017

    Абитуриенты Томского госуниверситета создали бота для Telegram, сообщающего результаты ЕГЭ

    ​Абитуриенты Владимир Лебедев и Денис Шарапов подали документы в ТГУ одними из первых. Для поступления они выбрали недавно созданный Институт прикладной математики и компьютерных наук. Такой выбор не был спонтанным - ребята давно уже занимаются программированием, а примерно месяц назад они создали бота для Телеграм, который сообщал о результатах ЕГЭ.
    987
  • 20/03/2018

    Способ активации нанопорошка алюминия, разработанный учеными ТПУ, вошел в 100 лучших изобретений России

    ​Способ активации нанопорошка алюминия путем термического воздействия, разработанный научным коллективом Томского политехнического университета, вошел в число ста лучших изобретений России за 2017 год.
    444
  • 13/03/2018

    В Томске создают безэкипажный катер для работы с подводными аппаратами

    ​Безэкипажный катер, который разрабатывают ученые и магистранты Томского политехнического университета (ТПУ), позволит обслуживать подводные аппараты и навигационное оборудование для них, сообщил ТАСС научный руководитель проекта, заведующий лабораторией телекоммуникаций, приборостроения и морской геологии ТПУ Юрий Чурсин.
    357
  • 07/07/2016

    В ТПУ разработали универсальный порошок для дактилоскопии

    ​Универсальный порошок для дактилоскопии разработали в Томском политехническом университете. Авторами идеи стали студенты Энергетического института ТПУ. Основные преимущества новой разработки - получение более четкого следа отпечатка и универсальность.
    1329
  • 06/07/2016

    В Томском политехе разработали агроробота

    Ученые Юргинского технологического института (ЮТИ) Томского политехнического университета вместе со студентами разрабатывают агроробота, который сможет пахать землю, обрабатывать растения от вредителей и косить траву.
    1392
  • 07/08/2017

    Магистрант ТПУ будет разрабатывать алгоритмы для работы с большими данными

    ​Абитуриент Томского политехнического университета Алексей Кульневич - выпускник Северного (Арктического) федерального университета имени имени М. В. Ломоносова (г. Архангельск) - стал победителем олимпиады "Прорыв".
    780