УДК 621.386.8

Микрофокусная рентгенография – новое направление в исследованиях по виноградарству

Жамова К.К., аспирант, Бессонов В.Б., аспирант, Грязнов А.Ю., профессор, д.т.н

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)",

ay-gryaznov@yandex.ru

Никольский М.А., зав. лаборатории, к.с.-х.н., доцент

Государственное научное учреждение Анапская зональная опытная станция виноградарства и виноделия Северо-Кавказского зонального научно-исследовательского института садоводства и виноградарства  Российской академии сельскохозяйственных наук, mcnik-anapa@mail.ru

         Резюме: в данной статье рассмотрены отличительные особенности микрофокусной рентгенографии по сравнению с классической, а также применение микрофокусной рентгенографии к виноградному растению.

         Summary:  in this article distinctive features of a microfocal X-ray imaging in comparison with the classical are considered, and also application of a microfocal X-ray imaging to a grape plant.

         Ключевые слова: микрофокусная рентгенография, микрофокусные источники рентгеновского излучения,

         Key words: microfocal X-ray imaging, microfocal sources of x-ray radiation

В настоящее время понятие «микрофокусная рентгенография» включает в себя совокупность способов получения рентгеновских изображений различных объектов с помощью источников рентгеновского излучения, размеры фокусного пятна которых не превышают 0,1 мм (100 мкм). Эта величина не случайно является «рубежом» между микрофокусной и, так называемой, классической – стандартной рентгенографиями. Исследования, проводимые более 20 лет авторским коллективом на базе Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета им В.И. Ульянова (Ленина) «ЛЭТИ», показали, что причиной этому служат принципиальные особенности (эффекты), проявляющиеся при формировании рентгеновского изображения объектов в случае использования источников излучения с размером фокусного пятна от нескольких единиц до нескольких десятков микрон.

Микрофокусная рентгенография обладает рядом важнейших отличительных особенностей по сравнению с традиционными способами рентгенологических исследований.

Первой из них является возможность получения резких увеличенных рентгеновских изображений различных объектов. В зависимости от конкретных размеров фокусного пятна и геометрических параметров съемки коэффициент увеличения размеров объекта на снимке по сравнению с его истинными размерами может составлять от нескольких единиц до нескольких сотен при сохранении высокого качества изображения.

Второй, не менее важной, особенностью микрофокусной рентгенографии является возможность получения информативных рентгеновских изображений одних и тех же объектов исследования при меньшей радиационной нагрузке по сравнению с классической рентгенографией [1].

На рисунке 1 представлена схема контактного способа съемки. Для реализации используется источник рентгеновского излучения с протяженным фокусным пятном, объект съемки располагается на достаточно большом расстоянии от источника излучения и вплотную (в контакте) к приемнику изображения. Расстояние между источником излучения и объектом существенно влияет на резкость изображения. Величина этого расстояния выбирается с учетом конкретных размеров фокусного пятна и толщины объекта.

Рисунок 1 - Классический (контактный) способ съемки, а – схема контактного способа,

б – изображение, полученное контактным способом.

1 – протяженное фокусное пятно, 2 – просвечиваемое семя, 3 – приемник изображения,

НГ – геометрическая нерезкость изображения при коэффициенте увеличения изображения К=1,5, Нг’ - при коэффициенте увеличения 2.

Для реализации способа съемки с увеличением (рис. 2) используется источник излучения с точечным фокусным пятном. Объект съемки располагается на определенном расстоянии, как от источника излучения, так и от приемника изображения. Соотношение этих расстояний определяет коэффициент увеличения изображения объекта. Размер фокусного пятна выбирается таким, чтобы необходимая резкость изображения детали объекта обеспечивалась во всем диапазоне величины расстояния между источником излучения и объектом.

Рисунок 2 – Схема  способа съемки с увеличением съемки (а) и изображение виноградного семени (б).

(Коэффициент увеличения изображения m = 30)

1 – точечный источник излучения (размер фокусного пятна – 20 мкм), 2 – виноградное семя, 3 – приемник изображения.

Представленные результаты наглядно показывают преимущества, даваемые съемкой с прямым увеличением изображения перед контактной. Изображения, подобные представленному на рисунке 2б обладают большей информативностью - количество обнаруживаемых деталей внутреннего строения семени больше [2].

Микрофокусные источники рентгеновского излучения появились в отечественной рентгенотехнике в 50-е годы XX века и были предназначены, прежде всего, для целей проекционной микроскопии. Основными требованиями, предъявляемыми к этим источникам, были малое фокусное пятно и малое фокусное расстояние. Выполнение указанных требований позволяло поместить объект просвечивания как можно ближе к источнику излучения для получения резких изображений объекта с большим увеличением [3].

В целях организации оперативных рентгенодиагностических исследований непосредственно на рабочем месте или в полевых условиях более удобными и простыми по конструкции явились отпаянные микрофокусные рентгеновские трубки с вынесенным анодом, предложенные в конце 70-х годов ХХ века [4].

В конце  90-х годов ХХ века в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете (ЛЭТИ) была разработана программа по созданию и внедрению в клиническую практику микрофокусных рентгеновских аппаратов на напряжение 50-150 кВ.

Интенсивные исследования, проводимые в университете совместно с ЗАО «ЭЛТЕХ-Мед» (Технопарк СПбГЭТУ) и НИИ АФИ на протяжении этого времени, позволили разработать серию рентгенодиагностических установок для исследования различных растений [5]. Конструкция установок позволяет обеспечивать множество преимуществ современной цифровой микрофокусной рентгенографии перед традиционной пленочной технологией визуализации рентгеновских изображений:

- практически мгновенное получение цифровых рентгенограмм, то есть высокую оперативность и экспрессность проводимых исследований.

-   возможность использования цифровой обработки изображений - контрастирования, обрезчивания, увеличения раскрашивания в зависимости от плотности объекта, а также ведения архива.

-   отказ от дорогостоящей рентгеновской пленки, химикатов, проявочного и просмотрового оборудования, то есть фотолаборатории в целом.

На основе этих установок были разработаны методики анализа скрытых дефектов семян зерновых культур: внутренняя поврежденность грызущими насекомыми, поврежденность клопом-черепашкой, прорастание, сильная трещиноватость или грубые механические повреждения, мертвый зародыш.

Начиная с 2006 года на Анапской зональной опытной станции виноградарства и виноделия, с использованием наработок Агрофизического института и при технической поддержке ЗАО «ЭЛТЕХ-Мед», ведется работа по адаптации метода микрофокусной рентгенографии применительно к виноградному растению [6].

Одним из основных направления этих исследований – определение качества срастания подвойно-привойных компонентов у привитых саженцев винограда.

При производстве привитых саженцев винограда, подвойно-привойные компоненты и готовая прививка неизбежно подвергаются воздействию повреждающих факторов как биотического, так и абиотического характера, которые могут приводить к некачественному срастанию компонентов. Отсутствие кругового каллюса, свидетельствующее о несостоявшейся прививке, легко обнаруживается уже на ранних этапах производства саженцев [7].

Прививки с такими дефектами могут быть отбракованы. Однако, выявить скрытые внутренние дефекты места спайки, традиционными методами, без разрушения объекта исследования, не представляется возможным.

Результатом работы коллектива Анапской ЗОСВиВ, АФИ и СПбГЭТУ явилась разработка методики для определения скрытых дефектов, зоны спайки привитых виноградных саженцев, обусловленных воздействием биотических и абиотических условий среды на протекание процесса каллюсообразования [8].

Рисунок 3 – Рентгеновские снимки привитых саженцев винограда с дефектом срастания привитых компонентов (сверху) и саженца с качественным срастанием привитых компонентов (снизу)

Апробация данных рекомендаций, проводившаяся в течение трех лет на молодых посадках винограда, показала свою высокую эффективность. Было установлено, что саженцы с отсутствием внутренних дефектов места спайки более жизнеспособны и имеют лучшее развитие по сравнению с вариантами контроля и вариантом с дефектами спайки.

Таким образом, было доказано, что с помощью разработанной методики можно с высокой точностью определять саженцы с дефектами спайки при анализе партии посадочного материала винограда [2].

Список использованной литературы

1.                Röntgen W.C. Röntgenbild eines Jagdgewehrs. Sitzungsber. d. preuss Akad. d. Wiss. Mai1897.

2.                Никольский М.А. Микрофокусная рентгенография в виноградарстве. Методические рекомендации // М.А. Никольский, А.А. Лукьянова, М.И. Панкин, А.Ю. Грязнов, Л.П. Великанов, М.В. Архипов, Н.Н. Потрахов. Анапа, 2012. – 91с.

3.                Сушкин Н.Г. Электронный микроскоп. – М. 1949. – 274с.

4.                Баженова О.Б. Современные рентгеновские трубки для структурного анализа. / О.Б. Баженова, С.А. Иванов, Г.М. Николаенко и др. // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы, 1979. Вып. 4.

5.                Архипов, М.В. Микрофокусная рентгенография растений / М.В. Архипов, Н.Н. Потрахов. – С-Пб.: Технолит, 2008. – 194 с.

6.                Никольский М.А. Перспективные направления использования микрофокусной рентгенографии в виноградарстве / М.А. Никольский, А.А. Лукьянова, А.А. Лукьянов, М.И. Панкин, Л.П. Великанов, М.В. Архипов, А.Ю. Грязнов, Н.Н. Потрахов // ВиноГрад, 2010. - №5. - С. 50-52.

7.                Жуков А.И., Привитая культура винограда / А.И. Жуков, Н.Н. Перов, О.М. Ильяшенко. - М.: Росагропромиздат. 1989.  – 160 с.

8.                Никольский М.А. Методические рекомендации по применению рентгеновского метода для экспресс-оценки качества срастания у привитых саженцев винограда / М.А. Никольский, М.И. Панкин, А.А. Лукьянова, Л.П.Великанов, А.А. Лукьянов, М.В. Архипов, А.Ю. Грязнов, Н.Н. Потрахов. Анапа, 2010. – 14с.