Линза Кумахова

Линза Кумахова (Оптика Кумахова) — сложная многоканальная система, позволяющая поворачивать рентгеновские лучи на нужный градус и фокусировать рентгеновское излучение. Линза предназначена для транспортировки и управления рентгеновским, гамма- и нейтронным излучением, фокусировки, монохроматизации, а также фильтрации энергии. Открытие в области Рентгеновской оптики, сделано профессором, д. ф.-м. н. Мурадином Кумаховым в 1984 году. До изобретения Линзы Кумахова классическая физика утверждала, что рентгеновским излучением управлять невозможно.

Принцип действия

Рентгеновский луч проходя через разные среды практически не изменяет и не отклоняется от своего первоначального направления, так как коэффициент его преломления близок к единице. Благодаря линзе Кумахова рентгеновкий луч многократно отражался от внутренних стенок узкого канала и выходил уже в другом направлении. Благодаря многоканальности рентгеновский луч удалось сфокусировать направив его в несколько тысяч разно изогнутых каналов, каждый из которых направлял луч по определенной траектории и на выходе давал фокусное пятно в несколько микрон. В зависимости от задач линзы могут иметь различный диаметр и длину от 1 до 3 см.

В одном квадратном сантиметре может быть и до ста тысяч каналов различной конфигурации например круглые или гексагональные.

Кумахов утверждал, что в качестве аналога кристаллической решетки, образующей систему каналов в кристаллах, использовались капилляры, расположенные по отношению к источнику излучения под таким углом, чтобы каждый из них захватывал определенную порцию фотонов. «И я показал на практике, что при определенном соотношении радиуса кривизны капилляра, его диаметра и угла падения рентгеновских фотонов эти фотоны можно поворачивать, —объясняет автор открытия. — Такой прием был предложен впервые в мире».

Капилляры, изготовленные из обычного боросиликатного стекла, основной элемент устройства. Если рассматривать на примере одной линзы, то их не менее двух тысяч — полых трубочек диаметром два миллиметра и длиной около метра похожих на веретенообразное тело с поперечными держателями. При помощи данной линзы можно «увидеть» внутреннюю структуру практически любого объекта. При этом разрешение наблюдаемой «картинки» будет примерно в сто раз выше, чем у любого современного рентгеновского аппарата при двадцати кратно меньшей дозе облучения. Линза позволяет фокусировать луч настолько, что можно печатать субмикронные чипы, для производства микросхем для супер компьютеров.

Применение

Линза Кумахова обеспечивает принципиально новое качество структурного анализа белков и других веществ; в медицине — возможность создать новые поколения рентгеновского диагностического оборудования, способного, обнаруживать раковые опухоли на самых ранних стадиях развития, и уничтожать их предварительно пропитав опухоль боросодержащей жидкостью и это при возможно самой низкой дозе облучения.

Благодаря линзам Кумахова, мощность источников снижается на 2-3 порядка, размеры и масса самих приборов уменьшаются, появляется возможность работать на мощностях порядка 1Вт, а радиационный фон практически равен естественному, что упрощает получение разрешения СЭС. В России на основе данной линзы разработали рентгено-флуоресцентный микроанализатор «Фокус», с помощью которого проводиться структурный анализ как самих веществ, так и их следов, например следы пороха на одежде и коже стрелявшего, взрывчатых веществ на одежде террористов. Так же этот прибор используют в крупнейших банках для определения подлинности банкнот и содержания примесей в слитках драгметаллов.

Линзы Кумахова используются и в других областях: экология (окружающая среда, вода, воздух); биотехнологии; нанотехнологии, наноиндустрия (анализ пор, нанопленок и наночастиц, многослойных структур, шероховатости, плоскостности и т.д.); фармацевтика (фазовый и элементный состав лекарств, создание лекарств в линии).

Впервые рентгеновский микроанализатор с линзой Кумахова был предложен в начале 90-х годов 20 века Институтом рентгеновской оптики.

Международная значимость открытия

Эксперименты, проведенные на ускорителях США и Европы, показали, что линзы и полулинзы Кумахова обеспечивают плотность энергетического потока, равную потоку ускорителя среднего поколения. Линзы Кумахова позволяют создать сфокусированный пучок диаметром порядка нескольких микрон. Капиллярная оптика Кумахова — это самая эффективная оптика, которая легко сочетается с традиционными рентгеновскими трубками, имеющими анод конечного размера.

Многие современные рентгеновские флуоресцентные спектрометры используют рентгеновские трубки с линзой Кумахова для создания пучка возбуждающего излучения.

Скандал

Патент на линзу был зарегистрирован на компанию X-Ray Optical Systems, сооснователем которой являлся Кумахов. В 2007 году компания подала на него иск на 10 миллионов долларов, обвинив физика в передаче секретной информации конкурентам.

Ссылки

• http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=664403&url=http://ieeexplore.ieee.org/iel4/5388/14578/00664403.pdf%3Farnumber%3D664403