Специалисты ТПУ создали математическую модель, с высокой точностью воспроизводящую распространение черенковского излучения в необычном диапазоне длин волн – в области «мягкого» рентгена. Модель учитывает характеристики материала и геометрию цели. Подтверждением ее корректности стали эксперименты, проведенные на микротроне университета. В перспективе эта разработка может способствовать созданию контролируемых источников рентгеновского излучения, предназначенных для изучения материалов и применения в медицине.
Научные исследования были представлены в журнале «Успехи физических наук» (Q2, IF: 3,4).
Для описания рентгеновского черенковского излучения разработано несколько теоретических и эмпирических моделей. Тем не менее, эти модели не были систематизированы, и каждая из них обладает определенными недостатками, такими как отсутствие учета геометрии и конфигурации излучения, высокая стоимость и необходимость внесения дополнительных корректировок. Эти ограничения снижают точность прогнозов и затрудняют практическое применение.
Специалисты Томского политехнического университета осуществили сравнительный анализ моделей Вавилова-Черенкова и определили, каким образом геометрия мишени и характеристики материала воздействуют на параметры излучения. Используя полученные результаты, сотрудники университета разработали математическую модель, которая дает возможность с высокой точностью прогнозировать поведение черенковского излучения.
«В ходе исследования мы рассмотрели ряд математических моделей, предназначенных для вычисления излучения Вавилова–Черенкова в области «мягкого» рентгеновского излучения, уделяя особое внимание ситуациям с аномальной дисперсией, когда оптические характеристики материала претерпевают резкие изменения. Мы акцентировали внимание на воздействии конфигурации мишени на спектрально-угловое распределение излучения. Сравнительный анализ показал, что методика, основанная на поляризационных токах и разработанная в ТПУ, обеспечивает наиболее достоверные прогнозы в сравнении с другими существующими методами. С точки зрения методологии, следует подчеркнуть, что наша работа заключалась не только в предложении новой модели, но и в упорядочивании существующих подходов, с четким определением областей их применимости и достоинств каждого», — заявил один из авторов исследования, руководитель Международной научно-образовательной лаборатории «Рентгеновская оптика» ТПУ Михаил Шевелев.
При разработке модели, используемой политехниками, принимаются во внимание характеристики применяемых материалов и геометрия мишени. Это позволяет более точно определять параметры источника и существенно повышать интенсивность излучения в заданном диапазоне энергий и при определенных конфигурациях.
«Проведенные нами исследования обладают значимой практической ценностью: теперь инженеры располагают средством для разработки более надежных источников, использующих рентгеновское черенковское излучение, с возможностью задания конкретных параметров – от лабораторных образцов до медицинского оборудования. Эти результаты позволяют уменьшить время, затрачиваемое на экспериментальную отработку, и минимизировать вероятность возникновения непредсказуемых эффектов при создании новых систем», — отметил ученый.
Чтобы оценить работоспособность модели, авторы провели ряд экспериментов на микротроне ТПУ. Исследования осуществлялись при энергиях от 100 до 130 эВ. Сравнение полученных экспериментальных данных с теоретическими расчетами выявило их высокую согласованность, что подтверждает обоснованность разработанного подхода и демонстрирует возможность его практического использования для определения параметров излучения Вавилова–Черенкова.
В ходе исследования были задействованы специалисты Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов и Инженерной школы ядерных технологий Московского политехнического университета.