Как увидеть рентгеновские лучи

Метан-водородная плазма позволила управлять спектром свечения алмазных композитов

Ученые выяснили, что в условиях СВЧ-плазмы — нагретой до нескольких тысяч градусов смеси метана и водорода — ионы европия присоединяют электроны, что приводит к изменению их спектра свечения. Светящиеся частицы, содержащие европий, входят в состав материалов для детектирования невидимого человеческому глазу рентгеновского излучения. Знание о том, какие изменения происходят с европием, позволит точнее настраивать детекторы и тем самым увеличить их эффективность. Исследование поддержано грантом президентской программы Российского научного фонда.

Процесс исследования люминесценции алмаза

Процесс исследования люминесценции алмаза

Фото: Артем Мартьянов

Процесс исследования люминесценции алмаза

Фото: Артем Мартьянов

Рентгеновское излучение широко используется в медицине для выявления опухолей, заболеваний костей и других патологий, а также в системах досмотра багажа. Кроме того, его применяют ученые при исследовании строения кристаллов, а также для определения химического состава различных веществ и отдельных молекул. В этих случаях исследователи используют очень мощное излучение — в сотни тысяч раз сильнее, чем в обычных рентгеновских аппаратах. Поскольку сами по себе рентгеновские лучи невидимы, их сложно направлять точно на нужную мишень.

Ранее ученые из Института общей физики имени А. М. Прохорова РАН (Москва) с коллегами синтезировали композиционный материал, позволяющий визуализировать рентгеновское излучение. Основой композита служил алмаз со «встроенными» в него наночастицами фторида европия и фторида стронция с добавлением европия. Чтобы поместить наночастицы в алмазную «оболочку», авторы синтезировали последовательно слои алмаза, затем европий-содержащего вещества и снова алмаза в СВЧ-плазме — нагретой до нескольких тысяч градусов смеси метана и водорода. Когда на получившийся материал попадают рентгеновские лучи, наночастицы начинают светиться (люминесцировать), тем самым позволяя детектировать рентгеновское излучение. Эксперименты показали, что спектр свечения «упакованных» в алмаз наночастиц отличается от исходного вещества.

В новой работе авторы в сотрудничестве с исследователями из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (Москва) исследовали, почему свечение европия меняется при его внедрении в алмаз СВЧ-методом. Для этого авторы сымитировали условия синтеза в СВЧ-плазме, нагревая порошки до температуры от 600 до 900 °C с выдержкой от пяти минут до трех часов.

Оказалось, что свечение наночастиц меняется из-за протекания химической реакции между наночастицами и водородом плазмы. В ходе нее образуются гидриды европия и стронция, что отражается на оптических свойствах всего материала.

Авторы также выяснили, что, варьируя температуру и длительность обработки наночастиц, можно тонко «настраивать» их свечение. Например, добиться узкого (в одной определенной длине волны) спектра излучения или же широкого — когда европий испускает свечение сразу на многих длинах волн.

«Полученные нами результаты позволят точно настраивать спектр свечения уже существующих композитов, а значит, повысить их эффективность. Кроме того, зная, какие изменения происходят с наночастицами в СВЧ-плазме, мы сможем существенно расширить спектр веществ, пригодных для внедрения в алмаз. В свою очередь, это может привести к улучшению производительности и безопасности научных и медицинских рентгеновских систем. В дальнейшем мы планируем провести исследование наночастиц с другими люминесцирующими редкоземельными элементами для выработки общей эффективной стратегии управления спектром люминесценции алмазных композитов», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Артем Мартьянов, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории алмазных материалов Института общей физики имени А. М. Прохорова РАН.

Подготовлено при поддержке РНФ
Использованы материалы статьи.

Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...