टीयू/ई शोधकर्ताओं को काम करने के लिए 'कॉम्पैक्ट' हार्ड एक्स-रे मशीन मिली

वर्षों के शोध के बाद, टीयू/ई के वैज्ञानिक जोम ल्यूटेन और पीटर मुत्सर्स और उनकी टीम ने एक कॉम्पैक्ट डिवाइस के साथ सफलतापूर्वक उच्च गुणवत्ता वाले हार्ड एक्स-रे उत्पन्न किए हैं।

एक नैनोमीटर से भी छोटी तरंग दैर्ध्य के साथ तथाकथित हार्ड एक्स-रे के साथ चित्रों को बेहतर दिखने की इच्छा के रूप में शुरू हुई, अब जोम लुइटेन और पीटर मुत्सर्स के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक अविश्वसनीय उपलब्धि हासिल की है। अपने कॉम्पैक्ट 'सिंक्रोट्रॉन' के साथ, जो पूरी इमारत को कवर करने के बजाय प्रयोगशाला स्थान में फिट बैठता है, उन्होंने एक बहुत ही संकीर्ण तरंग दैर्ध्य रेंज में सफलतापूर्वक हार्ड एक्स-रे उत्पन्न किया। यह एक्स-रे विकिरण उस सामग्री के अनुरूप भी बनाया जा सकता है जिसका आप अध्ययन करना चाहते हैं। यह तथ्य कि इन आयामों के स्रोत से यह संभव है, दुनिया में अद्वितीय है। इस मील के पत्थर तक की यात्रा एक साहसिक पुस्तक की तरह लगती है।

सितंबर में शुक्रवार की दोपहर को, कोहेरेंस और क्वांटम टेक्नोलॉजी के प्रोफेसर, जोम लुइटेन को लैब से एक फोन आता है, जिसमें कहा जाता है, “जॉम, तुम्हें अभी लैब में आना होगा!”। फोन उनके पीएचडी छात्रों आइड्स वैन एल्क और कोएन स्वीर्स का आया था, जो अभी भी क्यूबिट के बेसमेंट में काम कर रहे थे। सहकर्मी पीटर मुत्सर्स को छुट्टी पर होने का दुर्भाग्य था।

प्रयोगशाला में पहुंचने पर, यह तुरंत स्पष्ट हो गया कि इसका कारण क्या था: कॉम्पैक्ट एक्स-रे मशीन, जो बारीकी से और समायोज्य हार्ड एक्स-रे बना सकती है, काम करती है! स्मार्ट*लाइट 2.0 रिसर्च कंसोर्टियम के सभी सदस्यों के लिए सोमवार को अत्यधिक खुशी और एक त्वरित संदेश के लिए यह पर्याप्त कारण है।

इस महान खुशी का कारण' इसके लिए हमें शोध की शुरुआत में वापस जाना होगा। यात्रा की शुरुआत, पूरी तरह से हमारे विश्वविद्यालय की विशेषता नहीं, एक पेंटिंग से हुई।

किसी पेंटिंग की परतें देखना

कला इतिहासकार और सामग्री वैज्ञानिक जोरिस डिक डेल्फ़्ट यूनिवर्सिटी ऑफ़ टेक्नोलॉजी से संबद्ध हैं और वान गाग, रेम्ब्रांट और मैग्रीट द्वारा अत्यधिक चित्रित प्रारंभिक अध्ययनों की खोज के लिए जाने जाते हैं।

उनके काम से विश्व प्रसिद्ध पेंटिंग्स बरामद हुई हैं और वे वान गाग की पेंटिंग 'ग्रासलैंड' के एक्स-रे विश्लेषण के लिए जाने गए, जिसके तहत 'पोटैटो ईटर्स' का संभावित अध्ययन बरामद किया गया है।

एक्स-रे के साथ चित्रों को देखने में सक्षम होने की इच्छा के साथ, वह रॉयल नीदरलैंड एकेडमी ऑफ आर्ट्स एंड साइंसेज (KNAW) के माध्यम से योम लुइटेन के संपर्क में आए। एक्स-रे चित्रों या अन्य कला-ऐतिहासिक या पुरातात्विक वस्तुओं की सतह के नीचे देखना संभव बनाता है।

यह नया एक्स-रे स्रोत वादा करता है कि आप बहुत अधिक रिज़ॉल्यूशन पर पेंट परतों के रसायन विज्ञान और संरचना का अध्ययन कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, यह किसी पेंटिंग में पेंट की अलग-अलग, छिपी हुई परतों को दृश्यमान बनाने का अवसर प्रदान करता है।

क्योंकि यह एक कॉम्पैक्ट एक्स-रे स्रोत है, सिद्धांत रूप में, इसका उपयोग संग्रहालय में भी किया जा सकता है। यह संग्रहालय विरासत में अनुसंधान के लिए एक बड़ा अवसर प्रदान करता है।

एक जेब के आकार का सिंक्रोट्रॉन'

चित्रों की परतों को देखने के लिए, आपको एक अलग एक्स-रे स्रोत की आवश्यकता है। यही तो है डिक! हालाँकि, ऐसे उपकरण जो ऐसे सटीक रूप से नष्ट किए गए एक्स-रे उत्पन्न कर सकते हैं, अभी तक किसी अस्पताल या संग्रहालय में कहीं भी उपलब्ध नहीं हैं।

वास्तव में, फिलहाल, यह केवल सिंक्रोट्रॉन के साथ ही संभव है। और जैसा कि नाम से पता चलता है, उन बड़े गोल सिंक्रोट्रॉन (जैसे ग्रेनोबल में ईएसआरएफ) के विशाल आयाम हैं। इसके अलावा, इन्हें बनाना महंगा है और इसलिए, अनुसंधान के लिए हमेशा पूरी तरह से बुक किया जाता है। यह किसी संग्रहालय में नई खरीदारी को स्कैन करने के लिए उपयुक्त नहीं है और निश्चित रूप से संपूर्ण संग्रह को नहीं।

डिक से बात करते समय, लुइटेन एक छोटे उपकरण के निर्माण के लिए कई अच्छे विचारों के साथ आए जो काफी उच्च तीव्रता पर ट्यून करने योग्य, क्लोज-बैंड हार्ड एक्स-रे भी उत्पन्न कर सकते हैं। और फिर एक विशाल इमारत के बजाय एक ऑप्टिकल लैब टेबल के आकार के सेटअप के साथ।

ऐसे आयामों का एक उपकरण औसत आकार के प्रयोगशाला स्थान में और सिद्धांत रूप में, एक शिपिंग कंटेनर में भी फिट होगा। इसलिए किसी भवन को स्थापित करने के लिए उसे दोबारा बनाने की आवश्यकता नहीं है। उस आकार के साथ उत्पादन प्रक्रियाओं की निगरानी के लिए उपकरण छत से भी लटकाया जा सकता है।

बड़े सिंक्रोट्रॉन की दुनिया में यह रैखिक एक्स-रे स्रोत व्यावहारिक रूप से जेब के आकार का है। लुइटेन: “और हमारे पास उपकरण को और भी अधिक कॉम्पैक्ट बनाने के बारे में भी विचार हैं।”

यह कॉम्पैक्ट, रैखिक एक्स-रे स्रोत कैसे काम करता है'

वर्तमान में, दो एक्स-रे स्रोतों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है: अपेक्षाकृत कमजोर स्रोत (तथाकथित एक्स-रे ट्यूब, अस्पतालों और दंत चिकित्सकों में उपयोग किया जाता है) और शक्तिशाली स्रोत (सिंक्रोट्रॉन)। अब, जोम लुइटेन और उनकी टीम के नए कॉम्पैक्ट लीनियर सोर्स के साथ एक मिड-रेंज कार जोड़ी गई है। क्लासिक एक्स-रे ट्यूब सौ साल से अधिक पुरानी, ​​19वीं सदी की तकनीक पर आधारित है।

एक्स-रे तेज इलेक्ट्रॉनों को जोर से आगे-पीछे 'हिलाने' से उत्पन्न होते हैं। इसके लिए कई तरकीबें हैं: एक्स-रे ट्यूब में, किसी सामग्री में इलेक्ट्रॉनों की गति अचानक धीमी हो जाती है, जबकि सिंक्रोट्रॉन में, इलेक्ट्रॉन एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में बेहद मुश्किल से झुकते हैं।

टीयू/ई के स्रोत पर, तेज़ गति वाले इलेक्ट्रॉन एक तीव्र लेजर पल्स के साथ क्षेत्र में कंपन करते हैं। “भौतिक सिद्धांत जिसके साथ इलेक्ट्रॉन आगे और पीछे हिलते हैं, एक बड़े सिंक्रोट्रॉन के समान ही होता है, चाहे वह किलोमीटर या माइक्रोमीटर पैमाने पर हो,” लुइटेन बताते हैं।

एक कॉम्पैक्ट रैखिक स्रोत के साथ काम करते हुए, टीम एक गोलाकार सिंक्रोट्रॉन द्वारा उत्पन्न की तुलना में कम तीव्रता को स्वीकार करती है। उदाहरण के लिए, इस रैखिक स्रोत में कण प्रकाश की गति के 99.995 प्रतिशत पर दौड़ते हैं, और बड़े संस्करणों (जैसे ईएसआरएफ) में, वे प्रकाश की गति के 99.9999995 प्रतिशत पर दौड़ते हैं। और यह बिल्कुल कॉम्पैक्ट कण त्वरक है जो इस एक्स-रे स्रोत को इतना अनोखा बनाता है।

लुइटेन: “यह मध्य-श्रेणी की क्षमता इस स्रोत को चित्रों, सिलिकॉन वेफर्स, या जैविक सामग्री को नुकसान पहुंचाए बिना देखने के लिए भी उपयुक्त बनाती है। इसके अलावा, यह स्रोत विशेष है क्योंकि एक्स-रे की ऊर्जा को बहुत सटीक रूप से समायोजित किया जा सकता है वह सामग्री जिसका आप पता लगाना चाहते हैं 'धुन' यह किसी भी आवर्त सारणी तत्व की कल्पना करने के लिए है। इसके अलावा, प्रकाश किरण यथोचित सुसंगत है। इस वजह से, इससे आप जो माप कर सकते हैं वह अत्यधिक सटीकता वाला होता है।”

स्मार्ट*लाइट 2.0 कंसोर्टियम के अनुसंधान के अलावा, दुनिया भर में लगभग पांच अन्य स्थानों पर एक कॉम्पैक्ट 'मिड-रेंज' एक्स-रे स्रोत पर काम किया जा रहा है। लेकिन उनमें से किसी के पास भी इस जैसा कॉम्पैक्ट कण त्वरक नहीं है, जिसकी ऊर्जा को जल्दी और आसानी से बदला जा सकता है।

कला और पुरातत्व के लिए विकिरण

पहला कदम तब उठाया गया जब डिक और लुइटेन पहली बार SR2A सम्मेलन में मिले (कला और पुरातत्व के लिए सिंक्रोट्रॉन विकिरण) 2016 में। लुइटेन हंसते हुए कहते हैं, ''मैं बहुत बड़ा आशावादी हूं।'' “मुझे इस प्रकार की शोध परियोजनाओं को धरातल पर उतारना होगा और निवेशकों की दिलचस्पी जगानी होगी।”

“इंटररेग फ़्लैंडर्स-नीदरलैंड्स की फ़ंडिंग और सरकारी योगदान के लिए धन्यवाद, यह एक महान क्षण था जब हमने अपना शोध शुरू किया”

“पहले, मैंने सोचा था कि हम इसे तीन साल में कर सकते हैं। दुर्भाग्य से, हम देर से आए और COVID महामारी के कारण देरी का सामना करना पड़ा। जिस इमारत में हम अब स्थित हैं, क्यूबिट में प्रयोगशाला की साज-सज्जा में भी काफी देरी हुई थी .इससे हमारे कार्यक्रम प्रभावित हुए।”

एक कार्यशील प्रोटोटाइप

यह क्यूबिट के बेसमेंट में उनकी प्रयोगशाला में पहला कार्यशील प्रोटोटाइप है। या, जैसा कि लुइटेन काव्यात्मक रूप से इसे कहते हैं, उनका 'कॉम्पैक्ट कण त्वरक'। इसका आकार डेढ़ गुणा तीन मीटर है और इसे सुरक्षित रखने के लिए सीसे के बल्कहेड और कंक्रीट की दीवारें लगाई गई हैं ताकि शोधकर्ता सुरक्षित रूप से अपना काम कर सकें।

यह कण त्वरक प्रयोगशालाओं में विकिरण के अवांछनीय हानिकारक रूपों के विरुद्ध एक मानक उपाय है। एक बुद्धिमान डिजाइन के लिए धन्यवाद, अंतिम कार्यान्वयन में इस तरह के व्यापक विकिरण परिरक्षण की अब आवश्यकता नहीं होगी।

अपनी प्रयोगशाला में, शोधकर्ताओं ने कॉम्पैक्ट प्रोटोटाइप सिंक्रोट्रॉन का निर्माण किया, जो अब पहली बार हार्ड एक्स-रे उत्पन्न करने में सफल रहा है। “इतने वर्षों के शोध के बाद, हमें पता था कि हम करीब थे,” लुइटेन बताते हैं। “तो यह और अधिक रोमांचक होता जा रहा था। फिर भी, पीटर (मुत्सर्स, एड.) छुट्टी पर चले गए, और मैं उस शुक्रवार को कार्यालय के कुछ काम के बाद घर चला गया।”

हमने प्रयोगशाला में उस शाम का वास्तव में आनंद लिया। हमारे पास एक कार्यशील एक्स-रे स्रोत था। अब वास्तव में!

प्रोफेसर जोम लुइटेन

इस मील के पत्थर को लेकर उत्साह भी कम नहीं है. “आइड्स, कोएन और मैंने प्रयोगशाला में उस शाम का वास्तव में आनंद लिया। एक सप्ताह पहले, कोएन और आइड्स ने कष्टप्रद पृष्ठभूमि शोर को दबाने के लिए पीटर के साथ माप लिया था। वास्तव में क्या आवश्यक था। हमारे पास एक कठिन एक्स-रे स्रोत था। अब, वास्तव में!”

और डिवाइस के बारे में सबसे अच्छी बात यह है कि यह आशा के अनुरूप विभिन्न तरंग दैर्ध्य बहुत आसानी से उत्पन्न कर सकता है। लुइटेन बताते हैं, “हम तरंग दैर्ध्य को अलग-अलग करने के लिए बस एक रोटरी नॉब का उपयोग करते हैं और इसे उस सामग्री या वस्तु से सटीक रूप से मिलाते हैं जिसका हम अध्ययन करना चाहते हैं।”

“शायद यही हमें सबसे अधिक आश्चर्यचकित करता है। यह उपकरण बिल्कुल वैसा ही करता है जैसा हमने अपने मॉडलों और सिद्धांत के साथ भविष्यवाणी की थी। एक भौतिक विज्ञानी के लिए, स्पष्ट रूप से कहें तो, यह उसे थोड़ा उबाऊ बनाता है। पहेली सुलझ गई है।”

अगले कदम

कोई फर्क नहीं पड़ता कि कार्यशील प्रोटोटाइप कितना सुंदर है, यह अभी तक वह उपकरण नहीं है जिसका डिक ने सपना देखा था, और जिसके लिए चिकित्सा जगत और उद्योग के अन्य इच्छुक पक्ष भी अब आगे आए हैं।

टीयू डेल्फ़्ट में मैटेरियल साइंस एंड इंजीनियरिंग में रिसर्च पार्टनर और रिसर्च फेलो हेसल कैस्ट्रिकम कहते हैं: “जहां तक ​​एप्लिकेशन का सवाल है, अभी चीजें शुरू हो रही हैं। आने वाले महीनों में, हम अन्य भागीदारों के साथ काम करेंगे।” कंसोर्टियम में अध्ययन की जाने वाली सामग्रियों पर विकिरण को सटीक रूप से लक्षित करना, उन्नत पहचान उपकरणों के साथ इसे पकड़ना, और फिर इस तरह से एकत्र किए गए डेटा का विश्लेषण करना, टीयू डेल्फ़्ट और एंटवर्प और गेन्ट के विश्वविद्यालय इसमें अच्छे हैं।

लुइटेन: “आखिरकार, हम जो विकिरण उत्पन्न करते हैं वह न केवल चित्रों के अंदर देखने के लिए उपयुक्त है। आप यह देखने के लिए सिलिकॉन वेफर्स की भी जांच कर सकते हैं कि क्या सभी परतें और रेखाएं सही जगह पर हैं। या, जैसा कि पार्टनर इरास्मस एमसी चाहता है, आप कर सकते हैं वर्तमान एक्स-रे स्कैनर की तुलना में, एक्स-रे की उच्च गुणवत्ता के कारण, एथेरोस्क्लेरोसिस (धमनियों का सख्त होना, आदि) पर शोध करने या प्रारंभिक चरण के सीओवीआईडी ​​​​क्षति के साथ फेफड़ों के ऊतकों की जांच करने के लिए इसका उपयोग करें किसी कोशिका या ऊतकों में छोटे भागों की स्पष्ट छवि प्राप्त करें।”

कैस्ट्रिकम कहते हैं: “आने वाले समय में अभी भी बहुत काम किया जाना बाकी है। इस तथ्य के अलावा कि हम – उनके इंटररेग 0 के अनुसंधान भागीदारों के साथ – सामग्रियों पर माप कर सकते हैं, हमें इसका अधिकतम लाभ उठाने की आवश्यकता है स्रोत, उदाहरण के लिए, तीव्रता को और बढ़ाकर और लेजर और इलेक्ट्रॉन बीम को और भी बेहतर तरीके से केंद्रित करके।

“अगला कदम वास्तविक बनाना है अवधारणा का सबूत. ताकि हम इस स्रोत से किसी पेंटिंग के अंदर देख सकें। हमारा काम निश्चित रूप से अभी तक पूरा नहीं हुआ है,” ल्यूटेन ने स्पष्ट खुशी के साथ निष्कर्ष निकाला।

अगले रोमांचक अध्याय पर।