חדשות

צוות חוקרים מהטכניון פיתח מקורות קרינה חדשניים לשימוש בדימות רפואי

מקורות הקרינה המדויקים מבוססים על חומרים דו מימדיים ועשויים להחליף מאיצי חלקיקים יקרים ומסורבלים המשמשים ליצירת קרינת רנטגן ועבור מערכות אחרות

ד"ר עידו קמינר. צילום: ניצן זוהר, דוברות הטכניון

צוות חוקרים מהפקולטות לכימיה והנדסת חומרי בטכניון יחד עם עמיתיהם מברצלונה, ארה"ב, דנמרק וסינגפור, פיתח מקורות קרינה מדויקים שעשויים להחליף מאיצי חלקיקים יקרים ומסורבלים המשמשים ליצירת קרינת רנטגן (X-ray) ועבור מערכות אחרות.

על המקורות החדשים שפותחו דיווח הצוות בשבוע שעבר במאמר שפורסם ב-Nature Photonics. מקורות אלה מייצרים קרינה מבוקרת בספקטרום צר ומדויק וברזולוציה גבוהה בהשקעה אנרגטית נמוכה יחסית. הם יובילו לחידושים יישומיים רבים, ביניהם עבור מערכות משוכללות יותר של דימות רפואי, מכשור רנטגן וגם לשם אנליזה ספקטרלית של חומרים כימיים וביולוגיים או בבידוק בטחוני וכן לשימושים נוספים המצריכים מקורות אמינים של קרינה מדויקת.

קרינת רנטגן המיוצרת על ידי אלקטרונים אנרגטיים המשוגרים על חומרי ון דר ואלס. צילום: הטכניון

את הפיתוח הובילו ד"ר עדו קמינר, ראש המעבדה לדינמיקה קוונטית של אלומות אלקטרונים יחד עם המסטרנט שלו מיכאל שנציס. ד"ר קמינר הוא חבר סגל בפקולטה להנדסת חשמל, המכון למצב מוצק,  המכון לננוטכנולוגיה (RBNI) ומרכז הקוונטום בטכניון.

המאמר מציג תצפית ניסויית ראשונה המהווה, כך כתבו מחבריו, "הוכחת היתכנות למודל תאורטי שפותח בעשור האחרון ותואר בשורה של מאמרים מכוננים".

המאמר הראשון בנושא הזה נכתב על ידי ד"ר קמינר כאשר שהה ב-MIT יחד עם המנחים שלו בפוסט-דוקטורט, פרופ' מרין סולייצ'יץ' ופרופ' ג'ון ג'ואנופולוס. הוצג בו קונספט תאורטי לשימוש בחומרים דו-מימדיים ליצירת קרני רנטגן. ד"ר קמינר: "זה סימן את תחילתו של מסע אל מקורות קרינה המבוססים על הפיזיקה הייחודית של חומרים דו-מימדיים ושל שילובים שונים ביניהם –  הטרו-מבנים. הנושא פותח בהמשך ועתה אנחנו נרגשים לבשר על התצפית הניסויית הראשונה  ביצירת קרינת רנטגן בהתקנים כאלה, תוך שליטה מדויקת בפרמטרים של הקרינה".

ד"ר קמינר: "חומרים דו-מימדיים הם מבנים מלאכותיים ייחודיים שפרצו לתודעה לערך בשנת 2004 עם פיתוח הגרפן על ידי הפיזיקאים אנדרה גיים וקונסטנטין נובוסלוב, חתני פרס נובל בפיזיקה לשנת 2010. גרפן הוא משטח מלאכותי של אטומי פחמן - מבנה בעובי של אטום בודד - שאיננו קיים בטבע.

"את מבני הגרפן הראשונים יצרו שני ה'נובליסטים' על ידי קילוף שכבות חומר דקות מגרפיט, החומר שמצוי בכל עיפרון, והם עשו זאת באמצעות נייר דבק. השניים, וחוקרים שבאו בעקבותיהם, גילו כי לגרפן תכונות ייחודיות ומפתיעות השונות מתכונות הגרפיט התלת-מימדי כמו: חוזק (הגרפן חזק עשרות מונים מיריעת פלדה בעובי דומה), שקיפות כמעט מוחלטת, מוליכות חשמלית ויכולת הולכת אור המאפשרת פליטת קרינה, וזה היבט מרכזי במאמר שפורסם עתה".

תכונות ייחודיות אלו הופכות את הגרפן וחומרים דו-מימדיים אחרים לשחקנים מבטיחים בדורות הבאים של חיישנים כימיים וביולוגיים, בתאים סולריים, מוליכים למחצה, מסכים ומכשירים אחרים, הסביר ד"ר קמינר.

המצאת הגרפן פתחה שדה מחקר חדש המתמקד בחומרים דו-מימדיים שונים ובהם חומרי ון דר ואלס (vdW materials) שעמדו במוקד המחקר הנוכחי. הם קרויים על שמו של יוהנס דידריק ון דר ואלס, זוכה פרס נובל בפיזיקה ב-1910.

ד"ר קמינר ומיכאל שנציס יצרו חומרי vdW שונים ושיגרו דרכם אלומות אלקטרונים בזוויות ספציפיות, שהובילו לפליטה מבוקרת ומדויקת של קרינת רנטגן. כך הושגה תצפית ניסויית ראשונה בקרינת רנטגן הנפלטת מחומרי vdW. יתר על כן, הם הדגימו כוונון מדויק (tunability) של ספקטרום הקרינה ברזולוציה חסרת תקדים, וזאת בהשקעה מזערית של אנרגיה ותוך ניצול הגמישות בתכנון משפחות של חומרי vdW.

השותפים מחו"ל בפיתוח ובדיווח לכתב העת הם מהמוסדות האקדמיים: The Barcelona Institute of Science and Technology, מכון ICREA בברצלונה,  Arizona State University, Technical University of Denmark ו-Nanyang Technological University בסינגפור.

נושאים קשורים:  קרינת רנטגן,  ד"ר עדו קמינר,  דימות,  הטכניון,  מחקר ישראלי,  חדשות
תגובות
 
01.10.2020, 17:39

מרשים ומעורר תקוה. גאווה לטכניון.