​В России разрабатывают устройство, позволяющее с помощью обычной воды менять интенсивность терагерцового излучения. Этот вид излучения — альтернатива опасному для здоровья рентгену. Предполагается, что новое устройство сможет применяться в том числе для снимков зубов и поиска подкожных новообразований.

Терагерцы vs рентген

Сейчас при лечении зубов и проведении челюстных операций применяют рентген, чтобы сделать снимок. Современные технологии сводят вред рентгена к минимуму, но сделать его абсолютно безопасным пока невозможно. В качестве альтернативы ученые рассматривают терагерцовое излучение, которое при определенных параметрах не наносит вреда живым тканям.

Терагерцовое излучение — вид электромагнитного излучения с длиной волны от 0,1 до 1 мм.

Для создания терагерцовых систем, которые позволяют управлять интенсивностью этого вида излучения, применяют сложные и дорогие технологии, в том числе метаматериалы. Коллектив физиков из Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО, входит в проект «5-100») изучил возможность применения воды для управления свойствами терагерцового излучения. Ранее никто из исследователей не использовал это вещество, потому что вода крайне эффективно поглощает этот вид излучения. Однако оказалось, что если использовать очень тонкий слой воды, им можно управлять.

— В нашем эксперименте излучение проходило через струю дистиллированной воды толщиной всего одну десятую миллиметра, — рассказывает инженер лаборатории фемтосекундной оптики и фемтотехнологий ИТМО Мария Жукова. — Известно, что при высокой интенсивности излучения среда проявляет нелинейные свойства — особые эффекты, которые можно зафиксировать с помощью специальных методик. Эти нелинейности могут быть связаны с изменением показателя преломления — величины, равной отношению скорости света в вакууме к скорости в данной среде. Мы показали, что, пройдя через тонкий слой воды, терагерцовое излучение сильно изменяет свои свойства, а не только поглощается.

Исследователи сделали вывод, что вода и другие простые вещества в перспективе могут использоваться для управления параметрами излучения. Такие знания позволят приблизить внедрение новых технологий.

Медицинский потенциал

— Потенциал у терагерцового излучения для использования в медицине, безусловно, есть, — говорит старший научный сотрудник Института автоматики и электрометрии СО РАН Назар Николаев. — Но, вероятнее всего, оно займет в будущем определенную нишу и станет использоваться для решения узкоспециализированных задач. Дело в том, что терагерцовое излучение сильно поглощается водой и ее растворами, а человек в большой степени состоит из воды. И это затрудняет проникновение волн сквозь мягкие ткани.

Зато в эмали зубов воды практически нет, а пораженные кариесом участки содержат ее гораздо больше. Поэтому с помощью терагерцового излучения можно легко получить картину поражений зубов, где области с кариесом будут темными на фоне здоровой светлой эмали.

Вода не только поглощает, но и отражает часть падающего излучения, и на этом эффекте можно построить, например, подкожную визуализацию концентрации воды. Например, получится увидеть участки кожи, под которые интенсивно приливает кровь. Это может быть результатом травмы, а может быть вызвано онкологическим новообразованием.

Правда, что касается безопасности излучения для человека, пока для терагерцового диапазона санитарные нормы не утверждены. Научные группы проводят независимые исследования по взаимодействию его с биологическими объектами, но результаты не всегда однозначны. Однако принято считать, что терагерцовое излучение с малой энергией безопасно, поскольку сопоставимого уровня волны излучаются даже человеческим телом.

Пока рентген в строю

Несмотря на некоторые преимущества терагерцового излучения, пока от применения рентгена полностью отказаться невозможно, полагает инженер лаборатории фемтосекундной оптики и фемтотехнологий ИТМО Максим Мельник. По его словам, в содержащие воду ткани человеческого организма не повреждающее их терагерцовое излучение проникает всего на десятые доли миллиметра. Если же сделать излучение более мощным, оно разрушит живые ткани. Зато при сканировании небиологических объектов, в которых практически нет воды, можно спокойно использовать более мощное терагерцовое излучение, которое, например, может просветить чемодан насквозь.

В дальнейшем физики из ИТМО также планируют расширить диапазон используемых материалов для управления терагерцовым излучением — в том числе для создания источников, приемников и преобразователей.

Физики из ИТМО отмечают большой потенциал терагерцового излучения в самых разных областях, а не только в медицине. Например, оно может определить наличие антибиотиков и примесей в продуктах, применяться для таможенного осмотра вещей. С помощью терагерцового излучения можно также проверять толщину каждого слоя таблетки при потоковом производстве лекарств — ведь важно, чтобы оболочка растворилась не раньше и не позже, чем нужно.

Ольга Коленцова

Источники

Новая волна: в России создают альтернативу рентгену
Известия (iz.ru), 26/05/2019
Новая волна: в России создают альтернативу рентгену
NewsGra.com, 26/05/2019
Российские физики создают альтернативу рентгену
Экономика сегодня (rueconomics.ru), 26/05/2019
Российские физики создают альтернативу рентгену
Seldon.News (news.myseldon.com), 26/05/2019
Российские физики создают альтернативу рентгену
ИА ОСЕАН (osean.ru), 26/05/2019
Новая волна
Академгородок (academcity.org), 27/05/2019
Новая волна
Seldon.News (news.myseldon.com), 27/05/2019
В России создают альтернативу рентгену
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 27/05/2019
Новая волна: в России создают альтернативу рентгену
Институт автоматики и электрометрии (iae.nsk.su), 27/05/2019
Системы с терагерцовым излучением
Zdrav.expert, 28/05/2019

Похожие новости

  • 15/11/2017

    Учёные обнаружили у нескольких морских существ вещества, способные уничтожать раковые клетки

    ​Ученые из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) вместе со своими коллегами из Дальневосточного отделения Российской академии наук (ДВО РАН), а также из ведущих онкологических клиник Германии и Швейцарии обнаружили в составе ряда морских организмов (гидробионтов) уникальные вещества, способные уничтожать опухолевые клетки.
    1121
  • 28/02/2019

    ИАиЭ СО РАН участвует в выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» – 2019

    ​Петербургская Техническая Ярмарка (ПТЯ) – ведущее промышленное мероприятие Северо-Запада- пройдет в Санкт-Петербурге в КВЦ «ЭКСПОФОРУМ» с 12 по 14 марта 2019 года. В 2018 г. в мероприятиях ПТЯ, HI-TECH и Партнериата приняли участие более 347 компаний из 12 стран, в числе которых Германия, Чехия, Турция, Индия, Республика Беларусь, Китай, Латвия, Италия, Эстония, Финляндия, Украина и 20 регионов России.
    421
  • 13/02/2018

    О самых примечательных, необычных и полезных достижениях российских учёных

    8 февраля отечественное научное сообщество отметило свой профессиональный праздник - День российской науки. В 1999 году он был учреждён указом президента РФ в честь даты издания другого указа: 8 февраля 1724 года (28 января по старому стилю) правительствующий Сенат по распоряжению Петра I создал в России Академию наук.
    861
  • 17/03/2017

    Сибирские физики создадут точнейшие атомные часы

    Ученые из Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и из Новосибирского государственного технического университета разработали сверхстабильный лазер для атомных часов, который позволит российским физикам создать устройства для измерения времени, не уступающие в точности западным аналогам, говорится в статье, опубликованной в Journal of Physics: Conf.
    2252
  • 10/07/2019

    В России пройдут испытания новой модели сверхзвукового самолёта

    В России в 2019 году пройдут испытания модели сверхзвукового делового самолета разработки "Туполева" со сниженным уровнем звукового удара. Его испытают в аэродинамической трубе, сообщил "Интерфаксу" источник в авиапроме.
    653
  • 18/09/2018

    Директор ИАиЭ СО РАН Сергей Бабин принял участие в заседании научно-технического совета АУ «Технопарк – Мордовия»

    13-14 сентября в Саранске прошло VI заседание Научно-технического совета (НТС) АУ «Технопарк - Мордовия». Мероприятие было посвящено рассмотрению вопроса «Цифровая повестка в волоконной оптике». Ведущие российские учёные и специалисты в сфере научно-технической и инновационной деятельности обсудили завершение проекта по созданию Инжинирингового центра волоконной оптики, работа которого напрямую связана с задачей по построению цифровой экономики, поставленной Президентом России.
    704
  • 22/06/2017

    ИАиЭ СО РАН представил принтер для 3D-металлургии

    ​На выставке, которая проходит в Новосибирске в рамках "Технопрома", представлены новые технологии и оборудование. Среди них лазерный принтер для аддитивного изготовления металлических моделей 3D ММК-1 - одна из самых ярких разработок Института автоматики и электрометрии СО РАН.
    1221
  • 15/05/2017

    В ИАиЭ СО РАН пройдет семинар-общественное обсуждение работы коллектива научной молодежи ИТ СО РАН

    ​Приглашаем принять участие в общественном обсуждении работы "Разработка и внедрение оптических систем регистрации параметров рабочих процессов для повышения эффективности энергетических технологий", представленной Институтом теплофизики им.
    2146
  • 29/03/2018

    Флагманские проекты ИАиЭ СО РАН обсудили на научно-технической сессии

    ​13-14 марта 2018 года в ИАиЭ СО РАН состоялась научно-техническая сессия "Флагманские проекты Института автоматики и электрометрии СО РАН в 2018 г. - состояние и перспективы". На сессии присутствовали представители администрации Новосибирска и области, Сибирского отделения РАН, институтов СО РАН, Новосибирского государственного университета, предприятий и организаций, сотрудничающих с ИАиЭ.
    1808
  • 22/07/2016

    Новосибирские и московские физики получили случайную генерацию в висмутовых волоконных световодах

    В журнале Scientific Reports группы Nature опубликована статья российских физиков. В ней впервые продемонстрирован случайный волоконный лазер на основе висмутового активного световода, имеющий уникальные выходные характеристики.
    1840