|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Ультраяркий квазикогерентный рентгеновский источник на основе фемтосекундных лазерно-плазменных технологий для получения изображений методом рефракционного контрастаНИР
- Руководитель НИР: Иванов К.А.
- Участники НИР: Алферов С.В., Брантов А.В., Дубатков М.А., Коваленко Е.С., Ксенофонтов П.А., Ларькин А.С., Урюпина Д.С., Цымбалов И.Н., Шуляпов С.А.
- Подразделение: Международный учебно-научный лазерный центр
- Срок исполнения: 1 мая 2015 г. - 31 декабря 2016 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 15-32-20417 мол_а_вед
- Номер ЦИТИС: 115043040001
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Получение сверхсильных световых полей и их применение
- Направление технологического прорыва России: Медицинские технологии и лекарственные средства
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.27.15 Излучение плазмы
- 29.27.23 Пучки в плазме
- 29.27.39 Ускорение плазмы
- 29.33.47 Воздействие лазерного излучения на вещество
- 34.49.33 Радиационные методы и средства исследования в биологии и медицине
-
Ключевые слова:
фемтосекундный лазерно-плазменный источник, рефракционный контраст, жидкие мишени, квази-когерентное рентгеновское излучения
-
Описание:
Научный проект направлен на оптимизацию лазерно-плазменного квазикогерентного источника жесткого рентгеновского излучения (как тормозного, так и характеристического) на основе жидкометаллических мишеней и его применение к получению изображений объектов методом рефракционного контраста для решения фундаментальных и прикладных вопросов медицины и биологии. Исследование включает детальное экспериментальное изучение лазерно-плазменного источника, создаваемого на мишени в жидкой фазе (расплавленный металл) мощным фемтосекундным лазерным импульсом, во-первых, с точки зрения фундаментальных процессов генерации быстрых заряженных частиц и оптимизации источника на основе ранее предложенного нами метода динамического микроструктурирования поверхности жидкой мишени лазерным излучением и значительного повышения эффективности преобразования энергии лазерного импульса в энергию плазмы в рентгеновском диапазоне. Во-вторых, исследование применимости данного источника к задачам по построению изображений методом рефракционного контраста в рентгеновском диапазоне, включающее измерение абсолютного числа квантов, летящих, из плазмы, расчёты потока на исследуемом образце и получение самих изображений. К исследуемым объектам, в частности, относятся биоптаты кости и маммографические фантомы, проблема получения качественных изображений которых особенно актуальна и интересна с фундаментальной точки зрения. Для этих целей на втором этапе проекта к его реализации будут привлечены специалисты ЦИТО для детальной проработки необходимых условий построения изображений объектов, получения ценных рекомендаций по их обработке и интерпретации. Поскольку результат сильно зависит от большого числа параметров (мощность лазерного излучения, степень фокусировки, контраст лазерного импульса, характеристики мишени и др.), то для решения задачи помимо экспериментальных исследований будет также привлечено 3-х мерное моделирование взаимодействия лазерного излучения с микроструктурированными мишенями на современном научном уровне с использованием PIC кода (MANDOR) для понимания физических процессов ускорения частиц в плазме, а также гидродинамические расчёты разлета плазмы.
- Добавил в систему: Иванов Константин Анатольевич
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 мая 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Ультраяркий квазикогерентный рентгеновский источник на основе фемтосекундных лазерно-плазменных технологий для получения изображений методом рефракционного контраста |
| Результаты этапа: Проведены исследования формирования лазерного импульса с заданным поперечным распределением интенсивности в поперечном сечении с помощью фазовых элементов. Проведены эксперименты по изучению спектра жесткого рентгеновского излучения из плазмы, формируемой на поверхности жидкой металлической мишени (галлия). Получена оценка на эффективность генерации линейчатой компоненты плазмы, соответствующей К-альфа линии галлия (9.3 кэВ), которая оказалась на уровне 10^6 квантов за один лазерный выстрел в полный телесный угол. Показано, что потока квантов достаточно для формирования теневых изображений за ограниченное количество выстрелов (порядка нескольких сотен). Получены теневые изображения простых объектов. Оценён размер плазменного источника, оказавшийся на уровне 30 микрон. Проведены расчёты геометрии эксперимента по формированию изображений методом фазового контраста. | ||
| 2 | 1 мая 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Ультраяркий квазикогерентный рентгеновский источник на основе фемтосекундных лазерно-плазменных технологий для получения изображений методом рефракционного контраста |
| Результаты этапа: По итогам выполнения проекта проведены экспериментальные исследования по взаимодействию фемтосекундного лазерного излучения с пиковой интенсивностью от умеренной до релятивистской (от 10^16 до свыше 10^18 Вт/см^2) с жидкими (расплавленный галлий) и твердотельными (молибден) мишенями. Были изучены светимость в рентгеновском диапазоне горячей лазерной плазмы, образующейся при таком взаимодействии, эффективность генерации линейчатой компоненты плазмы, пространственный размер горячей области плазмы. Рентгеновская диагностика плазмы показала, что в плазме на фоне тормозного рентгеновского излучения в диапазоне энергий квантов от 2 до 100 кэВ генерируется яркая линейчатая компонента, соответствующая К-альфа линии (9.3 кэВ для галлия и 17 кэВ для молибдена). Эффективность преобразования энергии импульса в данную компоненту составляет около 10^-3%, чему соответствует поток квантов около 10^8 квантов за один лазерный выстрел в полный телесный угол. Контраст на фоне тормозного спектра превышает 10. Было показано, что на эффективность генерации линейчатой компоненты сильно влияет контраст лазерного импульса. Так для твердотельной мишени наибольший выход достигается в случае резкой границы плазма-вакуум, то есть в случае достаточно плотной плазмы. При добавлении искусственного предымпульса поток линейчатых квантов падает. Измерения по методу ножа показали, что средний размер лазерно-плазменного источника (с учётом небольшого плавания от импульса к импульсу) не превышает 25 мкм. Численные расчёты дифракционного интеграла Френеля-Кирхгофа показали, что фазоконтрастные изображения могут быть получены для адекватной геометрии эксперимента, когда расстояние от источника до объекта и от объекта до детектора составляют несколько десятков сантиметров. При таком расстоянии яркости источника достаточно для формирования картины объекта за относительно небольшое количество лазерных импульсов. С использованием рентгеновского детектора на основе кристалла LiF были получены снимки различных объектов, демонстрирующие проявление фазового контраста на границах разделов объектов при их экспонировании квантами из лазерной плазмы. Уровень контраста меняется в зависимости от геометрии эксперимента в соответствии с численными расчетами и достигает 20% в случае формирования изображений квантами с энергией около 1 кэВ и менее. Для галлиевой мишени методом теневой диагностики были получены снимки облака плазмы, формируемого импульсом с контролируемой модой и пиковой интенсивностью около 10^15 Вт/см^2. Обнаружено, что форма пламенного облака на временах около 10 нс после своего образования представляет из себя набор нескольких близко расположенных микроструй, что находится в соответствии с поперечным распределением интенсивности на поверхности мишени. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".