كشف علماء جامعة تومسك البوليتكنيكية (TPU) بالتعاون مع معاهد بحثية روسية عن تطوير نموذج تحليلي رياضي جديد يتيح تحسين أداء مصادر الأشعة السينية المبنية على المسرّعات الإلكترونية المدمجة.

ووفقا لما نقلته وكالة «تاس – TASS» عن المكتب الإعلامي للجامعة، فإن هذا النهج العلمي الجديد قد يشكل الأساس لتطوير طرق مبتكرة لدراسة المواد على المستوى النانوي ورفع جودة أجهزة التصوير الطيفي.

آلية الاكتشاف: كيف تتحكم الرياضيات في الأشعة السينية

أوضح فريق البحث أن الطريقة الجديدة تعتمد على تحليل ظاهرة الإشعاع التشرنكوفي (Vavilov–Cherenkov) داخل بُنى متعددة الطبقات مكوّنة من أغشية رقيقة للغاية.

ويُستخدم هذا النوع من الهياكل عادةً لزيادة إنتاج الفوتونات في نطاق الأشعة السينية، إلا أن التعقيد الرياضي لهذه الظاهرة كان يعيق التحكم الدقيق في خصائص الإشعاع الناتج.

لكن العلماء الروس تمكنوا من حل المسألة نظريا بدقة غير مسبوقة، ووضعوا نموذجا رياضيا متكاملا يشرح بالتفصيل كيفية توليد الإشعاع التشرنكوفي عندما تمر جسيمات مشحونة، مثل الإلكترونات، عبر طبقات الهدف متعدد الطبقات.

توازن بين الإشعاع الكلاسيكي والحديث

أظهرت النتائج أن الإشعاع التشرنكوفي البارامتري الناتج عن البنية متعددة الطبقات يمكنه تقليل شدة الإشعاع الكلاسيكي في كل طبقة على حدة، بفضل ما يسمى بـ التداخل التدميري بين الموجات.

ومع ذلك، فإن شدة الإشعاع الكلية من البنية المتعددة تظل مماثلة تقريبا لتلك الناتجة عن هدف متجانس بنفس السماكة، بينما يتحوّل الطيف الإشعاعي إلى طيف هجين أكثر قابلية للضبط.

وصرّح الدكتور ميخائيل شيفيليف، الباحث البارز في المختبر الدولي لفيزياء الأشعة السينية بجامعة تومسك، قائلا: «هذا الاكتشاف ذو أهمية دولية كبيرة. لقد نجحنا لأول مرة في تحليل ظاهرة الإشعاع الهجين في نطاق الأشعة السينية اللينة بدقة علمية، وهو إنجاز لم يتحقق سابقا في الأبحاث العالمية».

تطبيقات مستقبلية واعدة

يسمح النموذج التحليلي الجديد بالتنبؤ الدقيق بالخصائص الطيفية والزوايا الإشعاعية، مما يسهل تصميم أهداف محسّنة تزيد من إنتاج الفوتونات وتقلل من استهلاك الطاقة في أجهزة توليد الأشعة السينية.

ويتوقع الباحثون أن تُستخدم هذه الطريقة في المستقبل لتطوير:

مصادر فعالة للأشعة السينية اللينة.

أساليب طيفية متقدمة لتحليل المواد والمركبات.

أنظمة تحكم موجهة في الإشعاع التشرنكوفي عبر هندسة دقيقة للطبقات.

تفاصيل الدراسة والتعاون العلمي

شارك في هذا البحث علماء من:

المختبر الدولي لفيزياء الأشعة السينية، جامعة تومسك البوليتكنيكية.

مدرسة الهندسة النووية، جامعة تومسك.

معهد ترويتسك للأبحاث النووية والاندماجية.

وحصل المشروع على دعم من برنامج "الأولوية 2030" التابع لوزارة التعليم والعلوم الروسية ضمن المشروع الوطني "الشباب والأطفال".

نُشرت نتائج الدراسة في المجلة العلمية Radiation Physics and Chemistry (تصنيف Q1، معامل التأثير 3.3).