Pozorování hmyzu uvězněného v jantaru Eduard Heřmánek, Tomáš Doležal, Vít Řezáč Gymnázium Velké Meziříčí

Cíle naší práce Zobrazit vlas a mušku uvízlou v jantaru Ke splnění cíle využít rentgenového záření Výsledky vyfiltrovat tak, aby bylo dosaženo nezkresleného a čistého obrazu K zisku čistého obrazu využít možnosti výpočetní technologie

Úvod Rentgenové záření je elektromagnetické vlnění pocházející z atomového obalu Rentgenové záření má spektrum čárové a spojité Záření se spojitým spektrem vzniká bržděním elektronů v látce Záření s čárovým spektrem (charakteristické záření) vzniká při rekombinaci atomového obalu

Úvod čárové spektrum je charakteristické pro každý prvek (je vhodné pro prvkovou analýzu) Elektromagnetickým vlněním je také záření gamma Záření gamma vzniká deexcitací atomového jádra Má pouze čárové spektrum, které je charakteristické pro každý izotop (je vhodný pro izotopovou analýzu)

Využití rentgenového záření Necharakteristické záření se používá při rentgenovém zobrazování běžných předmětů Uplatnění nachází např. v medicíně, průmyslu (strojírenský, hutnický...) nebo ve výzkumu Charakteristického záření se dá využít při krystalové analýze

Pojmy - Rentgenka Rentgenka je zařízení sloužící ke generaci rentgenového záření Ve vakuové trubici jsou urychlovány elektrony, které jsou po dopadu na anodu (v našem případě wolframovou) prudce brzděny srážkami s atomy látky, tímto prudkým zpomalením se energie elektronu vyzařuje jako rentgenové záření Záření X dopadá na zkoumaný předmět, kde je částečně absorbováno a tím předmět vrhá stín na detektor

Pojmy - Přijímač V našem případě používáme pixelový detektor (pixel-picture element), jehož senzor je vyroben z křemíku Pixely ve formě diod jsou uspořádány v mřížce (matice), podobně jako CCD senzory ve fotoaparátu Každá dioda je zapojena v závěrném směru Při dopadu rentgenového záření na tuto diodu dojde k uvolnění elektron-děrových párů (volných nosičů náboje) v diodě

Pojmy - Přijímač elektronika reaguje na toto uvolnění přičtením jedničky do paměti čímž je registrován foton rentgenového záření Detektor typu Medipix používáme v modu počítání jednotlivých událostí (intenzita záření je dána počtem registrovaných fotonů) Pro zobrazení předmětů jsme použili dvě techniky: Transmisní radiografii (snímá se stín předmětu) a techniku využívající fázového posunutí

Transmisní radiografie Principem transmisní radiografie je sledování míry absorpce záření ve zkoumaném vzorku Čím má předmět vyšší hustotu, tím je absorpce významnější, výsledný obrázek je kontrastnější Absorpce zvyšuje radiační zátěž (dávku), kterou pacient obdrží Nezáleží na vzdálenosti předmětu, vrhaný stín bude vždy stejně sytý

Phase-shift contrast technique technologie založená na vychýlení fotonu vychýlené fotony tvoří snadno rozpoznatelnou linku mezi zkoumaným předmětem a prostředím

Popis aparatury Aparatura se sestávala z následujících součástí: zdroje rentgenového záření pohyblivého zajišťovacího mechanismu detektoru rentgenového záření Medipix technologie pro zpracování výsledných dat

Postup měření Mezi vysílač a přijímač záření byl vložen pozorovaný předmět tak, aby se na detektoru objevil jeho stín Následně jsme pořídili sérii 600 snímků, každý s expozicí 2 s Hodnoty ze všech měření jsme zprůměrovali a podělili jsme je průměry z referenční série 600 snímků bez jakéhokoliv předmětu Tento podíl jsme poté převedli na grafickou podobu

Ověření správnosti výsledku Použitou metodu jsme ověřili tak, že jsme pořídili sérii 600 snímků hliníkového kolečka o průměru 3 mm vypleteného drátem o průměru 8 μm Dále jsme postupovali výše zmíněným způsobem Shodou našeho zobrazení s předpokladem jsme dokázali správnost námi použité metody

Výsledky Na grafu zobrazujícím vlas je jasně vidět absorpce rentgenového záření Na snímku byl vidět fázový posun na okrajích stínu vlasu Na zobrazení samotné mouchy je dobře vidět její tělo, hlava, nohy

Shrnutí Ověřili jsme, že pomocí rentgenu lze zobrazit i velmi malé předměty uvnitř jiných objektů V průběhu se nám podařilo potvrdit užitečnost rentgenového vlnění při zobrazování i velmi malých objektů Dále jsme potvrdili použitelnost metody při jejím použití i na nekovové objekty

Poděkování Touto cestou bychom chtěli poděkovat panu Ing. Vladimíru Linhartovi, Ph.D. za veškerou pomoc, kterou nám v průběhu miniprojektu poskytl. Dále bychom chtěli poděkovat organizátorům týdne vědy za přípravu této akce a všem, kteří její konání umožnili.

Děkujeme za pozornost

Zdroje Phase-contrast X-ray imaging. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2016-06-21]. Dostupné z: en.wikipedia.org/wiki/Phase-contrast_X-ray_imaging Rentgenka [online]. In: . [cit. 2016-06-21]. Dostupné z: http://popular.fbmi.cvut.cz/biomedicina/PublishingImages/Rtg/rentgenka.jpg