В России улучшили основной элемент рентгеновских аппаратов

Способ повысить энергоэффективность и долговечность рентгеновских аппаратов и электронных микроскопов предложили ученые НИУ МИЭТ в составе научного коллектива. По их мнению, это можно сделать за счет изготовления источника потока электронов (катода) из нового материала, созданного коллективом. Результат представлен в Applied Surface Science.

На сегодняшний день во всем мире широко распространены диагностические рентгеновские аппараты, компьютерные томографы, сканирующие и просвечивающие электронные микроскопы. В основе всех этих приборов лежат устройства, способные генерировать потоки электронов высокой интенсивности – эмиссионные катоды, рассказал один из авторов исследования, научный сотрудник Национального исследовательского университета МИЭТ Артем Куксин.

По словам ученых, большинство современных катодов излучают электроны при нагревании. Известный всем пример – вольфрамовая нить в лампочке накаливания, которая начинает светиться при нагревании током до высоких температур. При этом элементы, разогревающиеся до температур в 2–3 тысячи градусов, начинают отдавать тепло в окружающую среду. Это уменьшает их энергоэффективность, а также снижает срок службы, пояснили эксперты.

Чтобы преодолеть эти недостатки, ученые развивают направление полевых эмиссионных катодов, которые под напряжением могут генерировать потоки электронов, не нагреваясь.

Коллектив ученых НИУ МИЭТ совместно с коллегами из других российских вузов разработал новый материал для «ненагреваемых» катодов на основе углеродных наноматериалов и оксида бария, которые показали в четыре раза более высокую эффективность, чем термоэмиссионные катоды на основе вольфрама.

«Мы предложили технологию создания эмиссионных катодов на основе углеродных нанотрубок и графена, обработанных наночастицами оксида бария для улучшения эмиссионных свойств. Такие гибридные наноструктуры помогли увеличить силу тока полевой электронной эмиссии в 42 раза по сравнению с исходной пленкой графена и нанотрубок. Максимальный испущенный ток превысил 500 мкА, а его плотность достигла 2,0 А/см2", — рассказал научный руководитель исследования, заведующий научно-исследовательской лабораторией «Биомедицинские нанотехнологии» НИУ МИЭТ Александр Герасименко.

Он отметил, что эмиссионные свойства разработанных гибридных наноструктур можно объяснить сильным электронным взаимодействием между атомами углерода и бария в гибридной наноструктуре.

«По значениям максимальной плотности эмиссионного тока и порогового напряжения наши катоды превосходят существующие аналоги в виде коммерческих термоэмиссионных катодов на основе вольфрама, а также аналогичных катодов на основе углеродных наноматериалов. При этом стабильность потока электронов во времени остается на высоком уровне», — отметил Герасименко.

В будущем научный коллектив займется повышением характеристик разработанных катодов, а также апробацией сформированных катодов в рентгеновских трубках и электронных микроскопах.

Источник: РИА Новости