Сибирские учёные нашли новый материал для рентгенографии

Исследователи из Института геологии и минералогии им. В.С.Соболева и Новосибирского государственного университета получили вещество, из которого в перспективе можно изготавливать чувствительные к рентгеновскому излучению пластины для медицинской рентгенографии и научных приборов. Специалисты планируют создать опытный образец и запатентовать находку на средства, полученные в рамках программы УМНИК.

— У этого проекта есть своя история, — рассказывает младший научный сотрудник лаборатории метаморфизма и метасоматоза ИГМ СО РАН и аспирант НГУ Сергей Владимирович Ращенко. —  Началось все с того, что я участвовал в работе фундаментального характера  по исследованию фторидоборатов бария, начатого нашими коллегами из лаборатории роста кристаллов под руководством Татьяны Борисовны Беккер. Моей задачей как кристаллохимика было расшифровывать структуры новых соединений. И совершенно случайно обнаружилось:  некоторые из образцов, когда их устанавливают в прибор и подвергают рентгеновскому излучению, меняют цвет— порошки из белого становятся темно-фиолетовыми. Эффект был обратимым — образцы возвращались в исходное состояние, полежав на ярком свету.  В принципе, подобное поведение (накопление в структуре кристалла особых дефектов — «центров окраски» — под воздействием ионизирующего излучения) было описано для некоторых веществ, однако, в столь яркой форме оно наблюдалось впервые.

Коллеги Сергея смогли вырастить относительно крупный монокристалл этого вещества, который также при воздействии рентгеновских лучей превращался из бесцветного в ярко-фиолетовый. Привлеченные специалисты по спектроскопии помогли описать явление и подготовить соответствующую публикацию. Ученые не задумывались о практическом применении разработки, если бы снова не вмешался случай.

— Мы бы положили этот результат «на полку», если бы в тот момент мне не пришлось детально разбираться с принципом работы одного из детекторов рентгеновского излучения, который мы используем в наших экспериментах. Я наткнулся на информацию, что он основан абсолютно на таком же эффекте, который мы пронаблюдали, но с использованием другого вещества, — рассказывает Сергей.  

В подобных детекторах, по словам Сергея, используются запоминающие пластины: при воздействии рентгеновского излучения они за счет накопления дефектов в структуре активного вещества (эффект «оптической памяти») сохраняют изображение. Затем его можно считать с помощью особого лазерного сканирования. Это наиболее современный подход, который в перспективе заменит еще широко используемые в России рентгеновские пленки ( они имеют меньшую чувствительность и поэтому требуют большего времени облучения при съёмке). Такие пластины производят только несколько фирм в Японии на основе всего одного вещества.

Сравнив его с полученным в новосибирской лаборатории, ученые поняли, что новое соединение превосходит используемый аналог и имеет большие перспективы для применения. Причем не только в научных приборах, но и медицине, дефектоскопии. Собственно, прикладной потенциал этой работы и послужил причиной подачи заявки на программу УМНИК Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Проделанная работа стала возможной благодаря тесному сотрудничеству специалистов по выращиванию кристаллов с группой кристаллохимиков-«структурщиков» из ИГМ СО РАН: ведущим научным сотрудником лаборатории метаморфизма и метасоматоза доктором геолого-минералогических наук Юрием Владимировичем Сереткиным, уже упомянутым Сергеем Ращенко. Консультативную помощь оказывает кандидат геолого-минералогических наук Владимир Васильевич Бакакин.

Исследователи уже синтезировали поликристаллические образцы и монокристаллы нового материала— фторидобората бария — из которого впоследствии, смешав его с полимерами и нанеся тонким слоем на пластину, можно получить тестовые образцы заявленного продукта.

— Соединение это необычное, в том числе и потому, что его  химический состав может очень сильно варьироваться в пределах одной структуры, — объясняет Сергей Ращенко. — Основой дизайна любых функциональных материалов является связь «состав – структура – свойства». В нашем случае мы можем «настраивать» свойства соединения, подбирая оптимальный состав, лучше всего подходящий для решения поставленных задач. Это преимущество нашего материала по сравнению с доступными аналогами.

Сейчас исследователи заняты подбором допирующей примеси. По словам Сергея, для наилучшего функционирования  такого материала нужно, чтобы в нем была добавка редкоземельного элемента, благодаря которой при сканировании изображение будет проявляться в определенном диапазоне длин волн. Затем планируется изготовление тестового образца и собственно уже сами испытания.  

— Мы можем его протестировать прямо в нашем приборе – рентгеновском дифрактометре: изготовить пластину, поставить вместо стандартной, отсканировать и посмотреть. Преимущество проекта, конечно, в том, что он базируется на экспериментальных мощностях ИГМ СО РАН, то есть у нас есть печи для синтеза, реактивы. В принципе, выделяемых средств (400 тыс.рублей на 2 года — прим. ред.) хватит на докупку некоторых других веществ и соответственно выполнение запланированных работ. Для проведения их с нуля, конечно, потребовались бы значительно большие суммы, — комментирует Сергей Ращенко.  

В конечном итоге исследователи планируют получить опытные образцы пластин для регистрации рентгеновских изображений и запатентовать их.

Юлия Позднякова

Фото: 1— автора, 2 — предоставлено С. Ращенко