Что показал рентгеновский микротомограф

27.05.2010

Лаборатория рентгеновской оптики Физического института им. П.Н. Лебедева (ФИАН) совместно с институтами РАН и РАМН выполняет работы в области рентгеновской микротомографии. С помощью рентгеновского микротомографа ученые исследовали плацентарную ткань, природные алмазы, графитовые стержни и капсулированное топливо для атомных электростанций.

Все хорошо представляют, что такое рентгенография. Томограф - прибор менее известный, чем рентгеновский аппарат, но уже также вошедший в широкую практику. Томография - это способ получения трехмерного изображения из множества последовательных двухмерных изображений объекта, полученных под разными углами. Рентгеновская микротомография дает возможность получать изображение внутренней структуры непрозрачных объектов в трехмерном виде с высоким пространственным разрешением.

"Обычная рентгенография не позволяет оценить истинное расположение деталей объёмного объекта, в отличие от рентгеновской томографии, которая показывает трехмерную структуру, где ясно видно, как соотносятся между собой детали (расстояние между ними, положение и т.д.). Микротомография - это томография с высоким пространственным разрешением, порядка 1 мкм и лучше. При этом можно увидеть, что находится в любом сечении полученного трёхмерного изображения. Для медицины этот прибор просто необходим", - объясняет ведущий научный сотрудник ФИАН, кандидат физико-математических наук Игорь Артюков.

Исследования по рентгеновской микротомографии проводились в Лаборатории рентгеновской оптики ФИАН на установках SKYSCAN 1074 и 1172 (Бельгия). Начались они с того, что к ученым ФИАН обратились специалисты из Института морфологии человека РАМН для проведения совместных исследований плаценты человека. Плацентарная ткань выполняет роль проводника питательных веществ от материнского организма к плоду, и при любом нарушении кровообращения в плаценте плод начинает развиваться с патологией. Поэтому исследования в этой области очень важны.

В НИИ морфологии человека РАМН исследования проводились с помощью методов гистологии (исследование ткани под микроскопом). Второй метод - допплеровское УЗИ - применяли ученые из Московского областного НИИ акушерства и гинекологии Минздрава РФ. В ФИАНе эти исследования были дополнены данными о трехмерной структуре объекта, полученными методом рентгеновской микротомографии.

"С помощью микротомогрофа были получены изображения котиледонной структуры плацентарной ткани. Котиледоны - это мелкие кровеносные сосуды, которыми пронизана плацента. В результате обработки изображений с микротомографа мы сделали выводы о связи внутренней структуры плаценты со скоростью кровообращения и обнаруженными в ней гистологическими изменениями", - подводит итог работы сотрудник ФИАН.

Этим же методом совместно с МИРГЭМ (Московский институт радиоэлектроники и горной электромеханики) в ФИАНе были изучены образцы природных алмазов.

"В природных алмазах могут содержаться различные примеси, например, оксиды металлов, присутствие которых существенно влияет на свойства алмаза. Увидеть их в необработанном алмазе очень сложно, а шлифовка алмаза - процесс дорогостоящий. С помощью рентгеновской микротомографии можно легко увидеть внутреннюю структуру алмаза. При этом из-за того, что рентгеновский контраст между соединениями металлов и алмазом очень высок, эти примеси хорошо видны даже через неотшлифованную поверхность без какой-либо дополнительной обработки", - объясняет Игорь Артюков.

Метод рентгеновской микротомографии оказался весьма полезен и для исследования графитовых стержней (элементов уран-графитового ядерного реактора). Такие стержни изготовлены из чистого графита и при механической нагрузке могут деформироваться с изменением внутренней структуры. Только рентгеновский микротомограф позволяет увидеть, насколько деформирована внутренняя структура, ведь графит непрозрачен (рис.1).

Ещё один пример использования рентгеновской микротомографии - исследование капсулированного топлива для АЭС, так называемых микротвэлов (рис.2) (очень маленькие - диаметром до 1 мм - сферические частицы уранового топлива, заключенные в многослойную, высокотемпературную прочную оболочку и способные удерживать продукты деления в любых авариях).

 

"Оболочка микротвэла обычно состоит из нескольких слоев различных материалов - углерод, оксид кремния и др. Контролировать точность толщин этих слоев, а также определять наличие дефектов (микротрещин) сегодня можно только с помощью рентгеновской микротомографии", - комментирует Артюков.

Возможности использования метода рентгеновской микротомографии далеко не ограничиваются описанными примерами. Применять его можно и в металловедении - для анализа прочностных характеристик различных конструкционных элементов, например, самолетов, мостов и т.п., и для неразрушающей дефектоскопии, в общем, практически всегда, когда возникает необходимость в наблюдении микроструктуры непрозрачного объекта.

По материалам АНИ "ФИАН-информ" www.fian-inform.ru