Hrvatski fizičar Marin Soljačić otkrio kako napraviti laser s X-zrakama

Soljačić i njegov tim pronašli su način kako unaprijediti tehnologiju rentgenskih zraka, koja se u svojoj osnovi nije mijenjala više od stoljeća.

Pročitajte i ovo POVRATAK KLASIČNIH ŽARULJA Marin Soljačić i njegov tim vraćaju ih u život, jače nego ikad Marin Soljačić za Dnevnik.hr 'Mogao sam stati na Trg bana Jelačića i podijeliti novce, no Hrvatska od toga ne bi imala velike koristi'

Rentgenske ili X-zrake koriste se na razne načine i u razne svrhe, no svi znaju da se najviše koriste u medicini i stomatologiji. Tehnologija koja se koristi, stara je više od stoljeća, no hrvatski fizičar i svjetski priznati znanstvenik Marin Soljačić, zajedno s timom znanstvenika pronašao je način kako bi se to moglo promijeniti u skoroj budućnosti.

Njihovo otkriće, bazirano na novoj teoriji, koja je uporište pronašla u preciznim simulacijama, pokazalo je da se plahta grafena, naprednog dvodimenzionalnog materijala sačinjenog od čistog ugljika i čija se debljina mjeri u nanometrima, može koristiti za proizvodnju površinskih valova na njoj, koji se još zovu i plazmoni. To se događa kad je se pogodi fotonima iz laserske zrake.

'Proizvodi svjetlost sličnu kao laser sa rendgenskim zrakama, kojeg još nemamo, a bio bi jako koristan' rekao je Marin Soljačić za Dnevnik.hr Ti plazmoni, zauzvrat, mogu pokrenuti oštar puls zračenja, koji se može fino podesiti u spektru od infracrvenog svjetla do x-zračenja. Možda i najvažnija značajka otkrića jest ta da bi tako proizvedeno zračenje bilo unifrmne i vrlo uske valne duljine, slično kao i sam laser. To bi značilo da je korištenje takvih rentgenskih zraka puno sigurnije.

Novi uspjeh brilijantnog hrvatskog fizičara

Otkriće našeg znanstvenika i njegovog tima objavljeno je i u znanstvenom časopisu Nature Photonics. U istraživanju su osim Soljačića, sudjelovali i John Joannopoulos te Ido Kaminer, Liang Jie Wong te Ognjen Ilić.

Interes postoji

Soljačić ističe kako postoji rastući interes za pronalazak novih načina za proizvodnju izvora svjetla, osobito na redovima veličine koji bi se mogli integrirati u mikročipove, ili koji bi mogli smanjiti veličinu i cijenu zraka visokog intenziteta, koje se koriste za osnovna znanstvena i biomedicinska istraživanja.

Od svih valnih duljina elektromagnetskog zračenja koje se svakodnevno koristi u aparatima, dodaje Soljačić, "koherentne X-zrake je posebno teško proizvesti". One isto tako imaju i najveću energiju.

Novi sustav kojeg je Soljačić s timom razvio, mogao bi u osnovi, proizvesti ultraljubičasti izvor svjetla na čipu ili stolnom rentgenskom sustavu, koji bi bio takvog intenziteta zraka, kakve danas zahtjevaju ogromne i višemilijunske akceleratore čestica.

Nova metoda zaobilazi skupi proces

"San zajednice je da ih se učini malim i jeftinim", ističe Kaminer. Većina izvora X-zraka oslanja se na elektrone ekstremno visoke energije, koje je teško proizvesti. Nova metoda zaobilazi taj proces, te koristi usko zadržanu energiju valovitastih plazmona, koji nastaju kad se posebno složena plahta grafena pogodi fotonima iz lasera. Ti plazmoni tada mogu osloboditi svoju energiju u uskoj zraci rentgenskog zračenja, kad ih se pokrene pulsom iz konvencionalnog izvora elektrona, sličnog onom kojeg možemo naći u mikroskopima.

"Razlog zbog kojeg je ovo jednistveno jest zato što mi značajno premošćujemo problem akceleracije ellektrona... To je jedinstvno u proizvodnji rentgenskih zraka iz elektrona niske energije", kaže Kaminer.

Povrh toga, sustav je jedinstven i u tome što ga se može fino podešavati, tako da može proizvoditi zrake iz točno određene valne dužine, od infracrvene do ultraljubičaste, u X-zrake. Za to postoje tri različita načina unosa kako bi se dobio isti rezultat - frekvencija laserske zrake da se pokrenu blazoni, energija za pokretanje elektronske zrake i nanošenje plahte grafena.

Manje zračenje pacijenata

Novi sustav kojeg je Soljačić s timom razvio, mogao bi u osnovi, proizvesti ultraljubičasti izvor svjetla na čipu ili stolnom rentgenskom sustavu, koji bi bio takvog intenziteta zraka, kakve danas zahtjevaju ogromne i višemilijunske akceleratore čestica. Tako dobivene zrake mogu se koristiti potom u kristalografiji, tvrde u znanstvenom timu, koja se koristi u mnogim znanstvenim poljima kako bi se odredila precizna atomska struktura molekula. Zbog činjenice da je dobiveno X-zračenje toliko usko, odnosno rentgenska zraka toliko uska, sustavom bi se moglo preciznije usmjeravati rentgensko zračenje u medicini, na dio tijela koji točno želimo, bez potrebe zračenja i periferije. To znači i smanjenu dozu radijacije za pacijenta, što je u svakom slučaju pozitivna i poželjna stvar.

Šoljačić ipak naglašava kako je njihov rad još uvijek u teoretskoj fazi, no dodaje kako su se simulacije koje su radili u drugim, prethodnim istraživanjima, dosad jako dobro podudarale s kasnijim eksperimentalnim rezultatima. Otud i nada da će isti slučaj biti i sa sadašnjim istraživanjem, kad ono uđe u eksperimentalnu fazu.

Sljedeći korak je proizvodnja uređaja kojim bi se sustav testirao u laboratoriju, proizvodeći isprva ultraljubičasti izvor svjetla te progresivno nastaviti prema X-zrakama. "Očekujemo da ćemo imati čvrstu potvrdu principa rada unutar godine dana, a X-zrake, ako sve prođe kako treba, optimistično unutar naredne tri godine", kaže Soljačić.

Njihov rad komentirao je i profesor fizike na Zagrebačkom sveučilištu, Hrvoje Buljan te istaknuo da je riječ o "značajnom novom pristupu proizvodnji rentgenskog zračenja", piše mit.edu.

DNEVNIK.hr pratite putem iPhone/iPad | Android | Twitter | Facebook