Метан-водородная плазма открывает новые возможности в управлении спектром свечения алмазных композитов
Исследователи совершили прорыв в области визуализации рентгеновского излучения, открыв уникальные свойства ионов европия в условиях СВЧ-плазмы. В ходе экспериментов было установлено, что при нагревании смеси метана и водорода до нескольких тысяч градусов, ионы европия присоединяют электроны, что приводит к значительным изменениям в их спектре свечения. Это открытие имеет огромное значение для разработки более эффективных детекторов рентгеновского излучения, которое невидимо для человеческого глаза.
Рентгеновское излучение играет ключевую роль во многих сферах современной жизни. В медицине оно незаменимо для диагностики опухолей, заболеваний костей и других патологий. Системы безопасности используют его для досмотра багажа. Ученые применяют рентгеновские лучи для изучения структуры кристаллов и определения химического состава веществ и молекул. В научных исследованиях используется особенно мощное излучение, в сотни тысяч раз превышающее интенсивность обычных рентгеновских аппаратов. Однако невидимость рентгеновских лучей создает определенные трудности при их точном направлении на исследуемый объект.
Группа ученых разработала инновационный композиционный материал, способный визуализировать рентгеновское излучение. Основой этого материала служит алмаз, в который внедрены наночастицы фторида европия и фторида стронция с добавлением европия. Процесс создания этого композита включает последовательное формирование слоев алмаза и европий-содержащего вещества в условиях СВЧ-плазмы при температуре в несколько тысяч градусов. При воздействии рентгеновских лучей на этот материал, наночастицы начинают люминесцировать, что позволяет визуально определять присутствие рентгеновского излучения.
Новое исследование было направлено на выяснение причин изменения спектра свечения европия при его внедрении в алмаз методом СВЧ-синтеза. Ученые провели серию экспериментов, имитирующих условия синтеза в СВЧ-плазме. Они нагревали порошки до температур от 600 до 900 °C в течение различных периодов времени — от пяти минут до трех часов.
Результаты экспериментов показали, что изменение свечения наночастиц происходит вследствие химической реакции между наночастицами и водородом плазмы. В ходе этой реакции образуются гидриды европия и стронция, что существенно влияет на оптические свойства всего материала.
Исследователи также обнаружили, что путем варьирования температуры и длительности обработки наночастиц можно точно регулировать их спектр свечения. Это открывает возможности для создания материалов с узким спектром излучения на определенной длине волны или с широким спектром, охватывающим множество длин волн.
Эти открытия имеют огромное значение для дальнейшего развития технологий визуализации рентгеновского излучения. Они позволят не только повысить эффективность существующих композитов, но и значительно расширить спектр веществ, пригодных для внедрения в алмаз. Это, в свою очередь, может привести к существенному улучшению производительности и безопасности научных и медицинских рентгеновских систем.
В планах исследователей — продолжить изучение наночастиц с другими люминесцирующими редкоземельными элементами. Цель этих исследований — разработка общей эффективной стратегии управления спектром люминесценции алмазных композитов. Такой подход открывает широкие перспективы для создания нового поколения высокоэффективных детекторов рентгеновского излучения, способных революционизировать многие области науки и техники.
Это исследование демонстрирует, как фундаментальные научные открытия могут привести к значительным технологическим прорывам, улучшающим нашу жизнь. Оно также подчеркивает важность междисциплинарного подхода в современной науке, где физика, химия и материаловедение объединяются для решения сложных задач визуализации невидимого излучения.
Источник:www.kommersant.ru