Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Ученые ТУСУР работают над созданием оптического компактного рентгенаппарата и полностью оптических телекоммуникационных устройств

Читайте также:
  1. B) Капитал, который используется полностью и переносит стоимость на готовый продукт в течение одного производственного цикла.
  2. B. полностью устраняющая патологический очаг
  3. I. Требования Правил устройства электроустановок
  4. II. Работа над созданием собственного текста.
  5. II. Форма государственного устройства.
  6. Автосцепное устройство нового поколения
  7. Автосцепное устройство четырехосного вагона.
  8. Автотопливозаправщик АТЗ-10. Базовое шасси, общее устройство.
  9. Административно-территориальное устройство России. Республики в составе РФ.
  10. Административное устройство

12.12.2013

Сотрудники двух подразделений ТУСУР: кафедры сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники (СВЧ и КР) и кафедры электронных приборов (ЭП) проводят эксперименты, связанные с изучением новых эффектов, возникающих в кристаллах ниобата лития (LiNbO3). В результате данных экспериментов ученые планируют создать новый класс оптических элементов и устройств для таких сфер, как телекоммуникации, медицина.

Как поясняет аспирант кафедры СВЧ и КР Антон Перин, несмотря на то, что изучением кристалла ниобата лития уже достаточно давно занимаются исследователи во всем мире, до конца все его свойства пока не изучены, и требуется дальнейшая работа, поскольку выявленные исследователями эффекты открывают дополнительные возможности для уже существующих приборов, созданных на основе кристалла, а также позволяют разрабатывать новые.

Например, рассказывает аспирант, уже существуют дорогостоящие зарубежные устройства - оптические мультиплексоры и модуляторы, которые управляют модуляцией и разделением светового потока. Используются они в сфере телекоммуникаций:

- Такие модуляторы устанавливаются на узловых станциях, и при получении сигнала, благодаря кристаллу, модулируют его, далее происходит передача сигнала, а мультиплексор на таком же кристалле разделяет сигнал на несколько потоков. Простой пример: когда на один дом приходит, например, общий Интернет-сигнал, прибор делит его на столько сигналов, сколько потребителей Интернета расположено в этом доме. Однако в России полностью оптические мультиплексоры, разрешающая способность которых может быть очень большой, используются редко. Повсеместно распространены электрооптические приборы, где мультиплексирование не обходится без преобразования оптического сигнала в электрический и обратно, что в случае полностью оптических устройств отсутствует, а это влияет на скорость и качество передачи информации.

Преимущества использования полностью оптических устройств - в увеличении качества и скорости передачи информации по оптическому волокну. Это может быть не только Интернет, но и телефония, цифровое телевидение.

В отличие от зарубежных аналогов, цена которых измеряется в тысячах долларах, томские разработчики планируют существенно снизить ее. Так как цена складывается из стоимости самого кристалла и стоимости технологии его «обработки», ее снижение возможно за счет упрощения этой технологии - технологии оптического индуцирования в кристаллах ниобата лития одномерных и двумерных голографических дифракционных структур.

По словам Антона Перина, ему удалось разработать такую технологию, преимущество которой не только в простоте, но и в возможностях оптической реконфигурации разрабатываемых элементов: можно изменять характеристики излучения под конкретные задачи:

- Это позволяет использовать данную технологию не только в сфере телекоммуникаций, но и в создании медтехники: допустим, применять для таких устройств, как лазерные пинцеты, когда с помощью пучка света можно взять и переместить микро- или нано-частицу, - добавил аспирант.

Оригинальность методики подтверждена решением о выдаче ее автору – Антону Перину – патента на полезную модель.

Другой перспективной разработкой является создание на основе кристалла ниобата лития оптически управляемого компактного рентгеновского излучателя.

- В нашей работе исследуется легированный кристалл ниобата лития, т.е. кристалл с введенными дополнительно примесями для улучшения фотогальванических свойств кристалла, - рассказала аспирант кафедры ЭП Ксения Мамбетова. – Дополнительная обработка кристалла позволяет нам формировать в нем сильные электрические поля, за счет которых возможно создание компактных кристаллических ускорителей для генерации электронных пучков и рентгеновского излучения.

Также как и в предыдущем проекте, главное отличие от зарубежных аналогов, - в более простой технологии создания устройства и в более управляемой технологии формирования сильного электрического поля в кристалле LiNbO3. Работа направлена не только на удешевление прибора, но и на улучшение его характеристик.

Если в обычном рентгеновском аппарате, в основе которого не кристалл, а рентгеновская трубка, при высокой мощности увеличивается и излучение, в оптических приборах именно за счет использования кристалла излучение удается существенно снизить. Это позволит делать рентгеновские снимки детям. Кроме того, небольшие размеры прибора сделают его мобильным, пригодным для использования врачами скорой помощи.

В ближайшее время, по словам Ксении Мамбетовой, ученым ТУСУР предстоит исследовать дополнительные свойства и параметры кристалла, легированного различными примесями. После чего возможно создание опытного образца прибора.

Загрузка...

Работу научных коллективов ТУСУР упрощает то, что в Томске, при участии представителей вуза, было налажено производство сегнетоэлектрического аналога и заменителя кристалла ниобата лития в нелинейно-оптических приложениях, кристалла титанил-фосфата калия (KTiOPO4) – его выпускает компания «Кристалл Т», резидент томской особой экономической зоны (ОЭЗ).

 

 

*********************************

 

Расшифровка интервью с Д.Золотухиным

 

На УМНИКе нужно показать практическую сторону, применимую к разработке. Как я вижу, мы найдем способ облучать пучком как стеклянные сосуды внутри, так и пластиковые. Основное наше преимущество в том, что мы сможем воздействовать на нестойкие к нагреванию предметы, такие как пластик. Стерилизация пластика бутылок – очень актуальна. В мире ведутся разработки по поиску альтернативных путей стерилизации, но на сегодняшний день они сводятся либо к химической, либо к плазменной. Химическая – просто химикат заливается на длительное время: это опасно тем, что некоторые химикаты могут пропитаться в пластик, там осесть, а попадая внутрь человека ни к чему хорошему это не приводит. Плазменные – более чистые, но там используется пероксид водорода – он способен вызывать ожоги при попадании на слизистые оболочки человека, кроме того, при откачке там тоже создается область вакуума, и в процессе разряда он не весь реагирует, соответственно на выхлопе тоже будет какое-то количество в воздухе, которым дышит лаборант. Кроме того, и комплектующие, и само оборудование очень дорогое.

 

У нас на сегодняшний день какие есть результаты. Нам удалось облучить пучком в течение около 5 минут чашку Петри, на которой располагались бактерии кишечной палочки с очень высокой концентрацией. Мы специально попросили, чтобы было больше, чем в стандартной ситуации. Облучали мы импульсами, чтобы не треснула, и после где-то пяти минут поставили на посев, в течение недели ждали – специалист по микробиологии этим занимался, мы ему просто отдали, попросили сказать результат. После недели она позвонила и сказала, что все погибли – все 4 наши чашки.

Но пока экспериментальных данных именно в сосуде замкнутом, в бутылке, у нас нет. В рамках «умника» это и планируется сделать. Т.е. стерилизовать стеклянные бутылки, пластиковые.

 

О воздействии:

Конечно, если пучком светить на пластмассу очень долго, естественно, она расплавится. Потому что мощность какая-то вкачивается и она никуда «не девается», соответственно, нужно искать такие режимы, чтобы хватило на убийство микробов, но не хватило, чтобы расплавить. Это очень актуальная задача. Мы считаем, что ее можно осуществить.

У нас имеются исследования, которые говорят о том, что если очень быстро облучать, т.е. импульсами с короткой длительностью и в секунду очень много таких импульсов, то энергия приходит внутрь сосуда, а расплавиться он не успевает, потому что за это время тепло перераспределится и уйдет. И, мы считаем, что доза радиации, которую накапливают микробы, будет еще быстрее накапливаться, чем произойдет плавление или деформация структуры. Касаемо изменения структуры самой бутылки, мы считаем, что энергии очень маленькие: традиционно используются сотни килоэлектрон вольт энергии, пучки такие, которые больше рентгеном светят. Но даже при таких энергиях длины пробега составляют микроны буквально. А у нас очень маленькие энергии, поэтому значительные изменения, деформации радиационной бутылок не произойдет.

 

Существуют огромные промышленные установки, которые в атмосферу выводят пучок электронный, его стукают о преграду, из-за этого возникает тормозное рентгеновское излучение. И стерилизуют уже рентгеном. Но здесь уже совершенно другие требования к безопасности и к радиационной защите. Совершенно несравнимые с теми, что у нас есть.

У нас есть камера, плазменный источник и аппаратура питания, благодаря которым мы умеем создавать электронный пучок. Мы можем задавать длительность импульсов, осталось только поставить сосуды и искать режимы облучения. Это оборудование разработал наш коллектив полностью. Вакуумная камера выполнена по кафедральным (каф. физики) чертежам, материалы куплены в России – это нержавеющая сталь. Изготовлено на опытном производстве института сильноточной электроники, а источник спроектирован и изготовлен тоже сотрудниками кафедры физики. Блок питания разработан в Екатеринбурге, но тоже выходцем кафедры. Это научно-исследовательская такая установка. Но в конце развития технологии, которую я на «умнике» предлагаю, как я вижу, это результатом будет установка, может даже настольная, со своим плазменным источником, блоком питания, каким-то объемом откачиваемым и описанием режимов, при которых облучаются предметы/ объекты.

У нас специфика такая, что мы не работаем с высокими энергиями, с высоким радиационным излучением. Мы берем лист металла, делаем замкнутый объем и там что-то зажигаем. Этого листа хватает для того, чтобы убрать риск радиационных поражений. Наши лаборатории сертифицированы для работы подобной.

 

Про малые энергии

Здесь работают физические законы уже. У нас есть разряд, из которого вытягиваются электроны, вытягиваются тем напряжением, до которых энергией мы их ускоряем, а давления у нас высокие????? Если мы попытаемся те же самые киловольты, которые «высокие» вытянуть, у нас разряд будет. У нас не будет рабочего режима…

Изюминка нашей всей тематики кафедры, которая плазменными источниками занимается, это диапазон давлений. Обычно пучки создают в высоком вакууме и потом их выводят в атмосферу, мы откачиваем объем весь и там, где создается пучок, и там, где он ускоряется, и там. Где обработка до одного давления не очень высокого вакуума, довольно дешевым насосом, который не является сложным, и там все обрабатываем. Конкретно такими источниками занимаются не так давно – здесь у нас мировой приоритет. В плане работы с такими диапазонами давлений и таким принципом зажигания разряда. В этом уникальность, и в источниках, которые в этом диапазоне давлений работают. Имеется серия патентов как на сами источники – патенты на изобретения, так и очень много патентов у нас на полезные модели, на различные способы, допустим, мы умеем сваривать керамики пучком, металл с керамикой. Что касается моего проекта на умнике, мы подали заявку на регистрацию полезной модели и недавно получили справку о приоритете. Самого свидетельства еще пока нет.

 

Про идею

Когда я поступил в аспирантуру, мне один из моих научных руководителей – мы с ним обсуждали, чем я буду заниматься – предположил, что я буду просто изучать пучковую плазму. Т.е. летит пучок электронов через газ и создает плазму вдоль себя. Но потом он нашел серию работ американских ученых, которые довольно подробно описали эту задачу. Как раз таким же источником как у нас, потому что он в 2004 году ездил туда, обмен опытом произошел, они переняли. Все наши работы открыты, ничего страшного в этом нет. Схемы наших источников есть в открытой печати. А потом начали думать, что же такого сделать, чего нигде нет, и потом поступила идея, а что если внутрь бутылки стрельнуть. И когда стрельнули, вроде там что-то зажглось. Начали исследования, обнаружили много интересных моментов. При наших давлениях, если светить пучок на непроводящий материал, он не теряет энергии. Это еще до моего поступления в аспирантуру было известно. Задумались, т.к. пучок не теряет энергию, может, ее использовать, допустим, для стерилизации. Зачем еще стрелять внутрь сосуда. Пока две идеи: либо что-то осаждать химически внутрь – этим тоже наверное займемся, либо стерилизовать. Пошли пока по пути стерилизации.

Сегодня бутылки чаще всего обрабатываются каким-то химикатом. Либо, когда небольшие бутылочки, их на пивзаводах сразу выплавляют и заливают. Но там тоже: что происходит после момента выплавления и до момента заливки – тоже не совсем понятно.

Существуют физрастворы для медицинских целей, которые не достаточно химически активные, чтобы убивать растворенных в них микробов. И они, как в стеклянной, так и в пластиковой таре продаются, и вот их бы стерилизовать и сразу же в этой камере налить и закрыть.

Стекло проще стерилизовать в автоклаве.

Установка не требует большого и специально оборудованного помещения и проста в работе.

 

Вопрос цены

Мы предполагаем, что адекватная цена – 1,5 – 2 млн. рублей. Для сравнения плазменная стерилизация стоит порядка 3,5 млн. Химические стерилизаторы – до 1 млн.

Это будет более универсальный аналог? Да.

В коллективе научном я занимаюсь с 2010 года со 2 курса института. А конкретно стерилизацией – с августа 2013 года.

У нас были исследования по спеканию керамических порошков в единый массив, работы по сварке керамик друг с другом и с металлом. Я участвовал еще в проекте по нанесению диэлектрических пленок на поверхности кремния. Тоже в разряд пучок шел, создавал самостоятельный разряд и на подложке из кремния мы нитридную пленку наращивали. Это для транзисторов в микроэлектронике.

Мы выигрывали гранты РФФИ, ФЦП, еще проекты Минобрнауки. Практически все наши аспиранты имеют умников.

 

Про выбор микроба

Когда мы пришли к знающему человеку, кандидату биологических наук, мы в своем выборе руководствовались тем, что т.к. мы только начинаем с этим, никаких специальных знаний нет, мы взяли микроб наименее опасный для себя, - кишечную палочку, но она одна из самых распространенных. Она вызывает довольно много болезней при попадании в организм. Эта бактерия – анаэроб, ей не нужен воздух. А у нас как раз там вакуум, мы не считаем, что убили только из-за того, что откачали воздух из камеры. Поэтому мы посчитали идеальным кандидатом.

Результаты, которые доказывают, что при облучении мы убили микробов, появились недавно. Мы уже изучили плазму, ее параметры, примерно изучили, что пучок пролазит внутрь. Буквально неделю назад мы этот результат получили.

Причина нагрева – это длительность воздействия пучка, а мы можем в широких пределах это варьировать. И мы уже для других целей занимались облучением пластика.

Пока ближайший горизонт – мы хотим убить микробов внутри действительно бутылки. Чтобы посмотреть, везде ли они внутри сосуда закрытого погибнут.

У тех же американцев в 2010 году тоже были наподобие разработки, но там они создавали пучок в высоком вакууме, и в атмосферу выводили, и накручивали на этот катод пластиковую бутылку. Но там это не пучок, там образовывалась атмосферная плазма, она за счет торможения электронов светила рентгеном. Но причиной всего этого явился электронный пучок.

Новизна в нашем методе есть, потому что в открытой литературе отсутствуют данные по плазме, по разряду, который создавался бы внутри замкнутых диэлектрических сосудов, допустим, таких как бутылка.

 

 


Дата добавления: 2015-04-11; просмотров: 5 | Нарушение авторских прав

<== 1 ==> |


lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2019 год. (0.013 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав