Регистрация / Вход
Прислать материал

Развитие методов и оборудования сверхбыстрой томографии и стробоскопии для времяразрешающего имиджинга с использованием синхротронных и лабораторных источников

Номер контракта: 14.616.21.0005

Руководитель: Асадчиков Виктор Евгеньевич

Должность: заведующий лабораторией

Организация: Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук"
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт кристаллографии им. А.В.Шубникова Российской академии наук

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
рентгеновская томография, сверхбыстрые рентгеновские исследования, методы и аппаратура рентгеновских исследований в реальном времени, математические методы обработки, детекторы излучений, рентгеноакустические взаимодействия, стробоскопия.

Цель проекта:
Разработка технических инструментов, процедур и компонентов, требующихся для создания высокоскоростных и саморегулируемых систем для получения рентгеновских трёхмерных изображений на специализированных рентгеновских станциях и установках. Создание научного задела в области быстрого управления рентгеновскими и синхротронными пучками для обеспечения временного и элементного разрешения в экспериментах дифракционной топографии и томографии, с применением рентгеновской акустооптики. Предоставление научно-исследовательским организациям новых и эффективных методов и средств проведения исследований пространственной структуры объектов.

Основные планируемые результаты проекта:
Идея и окончательный проект должны воплотиться в научно-технических требованиях и эскизной технической документации двух специализированных экспериментальных станциях синхротронного излучения и исследовательского комплекса на лабораторном рентгеновском источнике. Первая станция будет спроектирована на синхротроне ANKA на канале IMAGE с ондулятором/вигглером в Технологическом Институте Карлсруэ (KIT). Вторая станция будет рассчитана для источника Курчатовского Института Сибирь-2 в Москве. Исследовательский комплекс с лабораторным источником будет разработан и создан в Институте кристаллографии РАН.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Ожидаемые результаты проекта:
В рамках проекта будут разработаны две уникальные и лидирующие в мировой науке станции для получения рентгеновских изображений. На этих станциях будут проведены первые эксперименты по исследованию вещества, исследованию надежности устройств и биотехнологии, которые продемонстрируют возможности сверхбыстрых изображающих рентгеновских методов в разнообразных научных и технологических прикладных областях. Эти разработки будут перенесены на лабораторные установки.
Общий принцип саморегулируемого управления измерениями на синхротронной станции может послужить примером для других станций и каналов.
Разработка методов устройств рентгеновской акустооптики для управления пучками в томо-томографических и экспериментов.
В число научных задач, которые будут решаться в рамках данного проекта входит исследования биологических объектов, исследование материалов, анализ дефектов и т.д.
Эти исследования будут проводиться методами времяразрешающей рентгеновской томографии, томо-томографии и сверхбыстрых рентгеновских изображений.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Применение оригинальных решений по регистрации рентгеновского пучка, после взаимодействия с исследуемым объектом позволяет представить изучаемый процесс в виде набора последовательных кадров (рентгеновское кино) – последовательности дифракционных картин или спектров поглощения, отражающего динамику изменения объекта исследования во времени. Эта информация востребована в исследовательских центрах, специализирующиеся на проблемах энтомологии, микробиологии, физиологии, биомедицины, пищевой промышленности а также и в промышленных предприятиях, специализирующиеся в области разработки и производства микро- и нанотехнологических устройств и систем.

Текущие результаты проекта:
1 На основе проведенного анализа существующих рентгеновских детекторов с учетом требований по быстродействию и разрешению была произведена разработка детекторов двух конструкций – на основе CMOS-сенсора с использованием сцинтиллятора и CCD-сенсора прямого преобразования фотонов. Созданная оптическая система в совокупности с разрабатываемым быстрым рентгеновским детектором позволили провести лабораторные томографические исследования с параметрами, удовлетворяющими техническому заданию.
2 Проведен анализ существующих вариантов реализации параллельных вычислительных процессов сборки и обработки данных. Определены наиболее скоростные решения и выяснено, что наиболее подходящими вариантом реализации для выполнения настоящего проекта является решение, основанное на использовании графических процессоров, которые обладают высоким быстродействием и все чаще, наряду с обработкой графического ядра в разнообразных компьютерных программах, применяются для научных целей.
3 Разработаны рентгенооптические схемы, обеспечивающие проведение томографических экспериментов с использованием адаптивных рентгеноакустических элементов. Предложены две удобные и эффективные схемы реализации.
4 Проведены численные расчеты размеров рентгеноакустических элементов, которые будут обеспечивать требуемые характеристики перестройки параметров рентгеновского пучка в томографических экспериментах со стробоскопическим трактом.
5 В соответствии с планом-графиком исполнения обязательств проведены испытания макета микротомографа-дифрактометра. Полученные результаты показали, что макет удовлетворяет требованиям технического задания.