Рентгеновские микроскопы создали в КТИ НП СО РАН для исследовательской станции СКИФ

2025-09-04 16:13

_{Фото: Анастасия Шамова}

В Конструкторско-технологическом институте научного приборостроения СО РАН (КТИ НП СО РАН) разработали и изготовили два рентгеновских микроскопа для Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ»). Оборудование будет использоваться для исследования внутренней трехмерной структуры материалов, динамических процессов и химических реакций в режиме реального времени. Ранее такие микроскопы в России не производились, их планировали приобрести во Франции, что стало невозможным после введения санкций. Микроскопы КТИ НП СО РАН не уступают зарубежным аналогам по техническим характеристикам и стоят в 4 раза дешевле.

Рентгеновский микроскоп использует рентгеновские лучи для наблюдения за структурой объекта. Его основное преимущество перед электронным микроскопом — высокая проникающая способность. Исследования, проводимые с помощью рентгеновского излучения, часто являются единственным способом изучения внутреннего строения уникальных объектов без их разрушения. В микроскопах реализована возможность получения изображений как крупных объектов (размер 100-200 мм), когда не требуется высокое пространственное разрешение, так и микрообъектов (размер 100-200 мкм).

Эксперименты с рентгеновскими микроскопами будут проводиться на станции 1-5 «Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне» для решения задач в области материаловедения, геологии, археологии, химии, биологии и медицины.

_{Кристалл,преобразующий рентгеновское излучение в видимый спектр.} _{Фото: Анна Плис}

«Рентгеновский микроскоп устроен по принципу оптического микроскопа за тем исключением, что пучок синхротронного излучения, проходя через исследуемый образец, попадает на специальный кристалл, который преобразует рентгеновское излучение в видимый спектр, который способны зарегистрировать видеокамеры. С камеры изображение передается на компьютер исследователя для дальнейшего анализа и обработки. Для того, чтобы исключить влияние внешнего освещения на регистрируемые изображения, объектив микроскопа закрыт тонкой бериллиевой фольгой. Бериллий хорошо пропускает рентгеновское излучение и не прозрачен для обычного света. Это исключает помехи и обеспечивает стабильное качество измерений», — рассказал научный сотрудник лаборатории оптических измерительных систем КТИ НП СО РАН Родион Куликов.

Первый микроскоп, оснащенный высокочувствительной камерой, будет использоваться для статичных экспериментов. Поворачивая объект и делая снимки при различных ракурсах, можно полностью восстановить трехмерную структуру образца. Этот метод называется рентгеновской томографией и позволяет исследовать микропористую структуру кернов нефтеносных пород (для оптимизации технологий извлечения углеводородов), морфологию природных алмазов, структуру конструкционных материалов для задач авиа- и машиностроения, а также анализировать уникальные предметы искусства, археологические и палеонтологические находки, не разрушая их.

Второй микроскоп оснащен высокоскоростной камерой, снимающей несколько тысяч кадров в секунду, что позволит наблюдать динамические процессы в режиме реального времени. Образец будет подвергаться воздействию извне — растяжению и сжатию, а камера — фиксировать изменение его структуры. Поведение конструкционных материалов (сплавов металлов и композитов) в условиях внешних воздействий актуально для решения задач машиностроения, космоса и авиации. Также оборудование позволит наблюдать процесс создания металлических конструкций непосредственно во время печати на 3D принтере, лазерную сварку металлов и сплавов для создания надежных и безопасных сварных соединений, способных, например, заменить клепку авиационных конструкций.

_{Директор КТИ НП СО РАН Петр Завьялов демонстрирует рентгеновские микроскопы в проектном положении на станции 1-5. Фото: Анна Плис}

«Большинство материалов не прозрачны в видимом диапазоне, поэтому рентгеновский микроскоп решает огромное количество научных задач в самых разных областях науки. Например, геологи исследуют внутреннее строение пластов угля, что позволяет им оценить концентрацию метана в угольных шахтах. Химики могут посмотреть, как меняется трехмерная структура частицы каталитического вещества до и после химической реакции. Археологи заинтересованы в неразрушающем анализе структуры уникальных исторических находок», — рассказал координатор создания станции 1-5 «Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне» ЦКП «СКИФ», к.ф.-м.н. Константин Купер.

Материал подготовлен Анастасией Шамовой