211service.com
Mazie, jutīgi magnētiskā lauka detektori
Nacionālā standartu un tehnoloģiju institūta (NIST) pētnieki ir izstrādājuši jauna veida magnetometru vai magnētiskā lauka detektoru, kas konkurē ar tā priekšgājēju jutīgumu, bet ir mazs un lēts un patērē ļoti maz enerģijas.
Sarukuma sensori: Augšpusē metāla atomi silīcija kubā (zaļā krāsā) ir izlīdzināti (bultiņas) ar infrasarkanā lāzera gaismu, kas spīd uz detektoru (zils). Apakšā vāja magnētiskā lauka klātbūtnē, ko izstaro, piemēram, bumba, atomi tiek novirzīti no izlīdzināšanas un tagad var absorbēt gaismu no lāzera.
Magnetometriem ir plašs pielietojuma klāsts: kur ir elektriskā strāva, tur ir magnētiskais lauks. Magnētisko lauku mērījumi var atklāt informāciju par cilvēka sirds un smadzeņu elektrisko aktivitāti, griežamā atoma ķīmisko identitāti vai vienkārši metāla esamību vai neesamību. To mazā izmēra un jutīguma dēļ jaunie sensori sola uzlabot bumbu un augļa sirdspukstu noteikšanu, un tos varētu iekļaut turpmākajos magnētiskās rezonanses attēlveidošanas (MRI) skeneros.
Jaunais sensors, ko izstrādājis NIST fiziķis Džons Kitčings , sastāv no lāzera, šūnas, kurā ir iztvaicēti metāla atomi, un gaismas detektora. Kad metāla atomi tiek apgaismoti ar lāzeru, tie izlīdzinās tā, lai tie neuzsūc gaismu. Tomēr pat ļoti vāja magnētiskā lauka klātbūtne traucē to izlīdzināšanu, un tie absorbē daļu gaismas. Šīs izmaiņas reģistrē detektors.
Citi pētnieki ir izgatavojuši līdzīgus magnetometrus, bet Kitching un viņa komanda izmantoja mikrofabrikas metodes, lai miniaturizētu tvaika šūnu, kas viņu ierīcē sastāv no kubikmilimetra silīcija. Lāzers ir infrasarkanā diode, kas ir līdzīga CD diskdziņos esošajām diodei, tāpēc visas trīs sastāvdaļas var uzstādīt uz silīcija mikroshēmām, tādējādi atvieglojot darbu ar tiem.
Tādiem lietojumiem kā improvizētu sprādzienbīstamu ierīču vai nesprāgušas munīcijas atklāšana mīnu laukos NIST sensoru mazais izmērs un zemais enerģijas patēriņš varētu būtiski mainīt. Sensorus var grupēt masīvos, ļaujot iegūt vairāk datu noteiktā laika periodā. Tirdzniecībā pieejamie lāzera magnētiskie detektori ir sodas kannu izmērā, tiem ir nepieciešama 20 vatu jauda, un katrs maksā 20 000 USD, tāpēc to grupēšana masīvos ir nepraktiska.
Sanācijas darbinieki izmanto šos lielos sensorus, lai atklātu nesprāgušas sauszemes mīnas un citus ieročus bijušajos kaujas laukos, taču tā ir nogurdinoša procedūra, saka Marks Proutijs, uzņēmuma prezidents. Ģeometrija , Sanhosē, Kalifornijā, uzņēmums, kas ražo magnētiskos sensorus. Smagie sensori jānes uz priekšu un atpakaļ pa lauku, pēc tam jānes atpakaļ uz biroju, kur magnētiskie dati tiek sintezēti ar GPS datiem, lai izveidotu kartes. Tad strādniekiem ar kartēm jāatgriežas laukā, lai izraktu ieročus.
Izmantojot virkni mazāku sensoru, būtu iespējams apkopot datus momentuzņēmumā un izrakt [ieročus] laukā, saka Proutijs.
Improvizētu sprāgstvielu atklāšana ir arī liela problēma militārpersonām, saka Proutijs. Ir grūti noteikt šīs bumbas ar atsevišķiem magnētiskiem sensoriem, jo parādās viss, ieskaitot transportlīdzekli, kuram sensors ir uzstādīts, viņš skaidro. Atsevišķi sensori veic punktu mērījumus; viņi var atklāt metālu saturošu objektu, piemēram, bumbu, bet nevar sniegt nekādu informāciju par tā atrašanās vietu vai formu. Magnētisko sensoru klāsts varētu sniegt atbildi uz vietas, saka Proutijs.
Magnētiskie mērījumi tiek izmantoti arī smadzeņu un sirds pētīšanai. Nervu darbība smadzenēs ģenerē ļoti vājus magnētiskos laukus – par aptuveni 10 kārtībām mazāku nekā Zemes. Lai izmērītu šo vājo biomagnētismu, ir nepieciešami ļoti jutīgi magnētiskie detektori, ko sauc par SQUID, kuriem savukārt nepieciešami supravadoši materiāli. Visjutīgākie SQUID ir jāatdzesē līdz dažiem absolūtās nulles grādiem ar šķidru hēliju; tie maksā apmēram 2 miljonus dolāru.
Kitching magnetometri ir gandrīz tikpat jutīgi kā SQUID un var darboties istabas temperatūrā. Viņš saka, ka pašlaik tie ir pietiekami jutīgi, lai izmērītu magnētiskos laukus no sirds, bet ne no smadzenēm. Augļa sirds uzraudzībai tiek pievērsta liela uzmanība medicīnas jomā, taču tā ir sarežģīta, jo nav iespējams novietot elektrodus tieši uz augļa dzemdē, saka Kitching. Viņš saka, ka elektriskie lauki nenokļūst uz virsmas neskarti [mātes audi], bet magnētiskie lauki gan.
Deivids Koens , kurš 1960. gados veica dažus no pirmajiem biomagnētisma mērījumiem, saka, ka Kičinga magnetometri var sasniegt punktu, kurā var izmērīt sirdsdarbību, taču viņš ir skeptiski noskaņots, ka tos izmantos smadzeņu darbības pētīšanai. Viņš šaubās, vai ierīce, kas izmanto NIST sensorus biomagnētisma noteikšanai, galu galā būtu lētāka nekā tās, kas paļaujas uz SQUID.
Vēl viens potenciāls sensoru izmantošanas veids ir nākotnes MRI skeneri. Neinvazīviem bioloģiskiem pasākumiem tā varētu būt patiešām interesanta lieta, saka Jaels Magvairs , kurš pirms ThingMagic dibināšanas Kembridžā, MA, strādāja pie kodolmagnētiskās rezonanses detektoru miniaturizācijas, kas ir MRI līdzīga tehnoloģija. MRI pašlaik ir nepieciešama sava telpa, specializēti tehniķi un liels, spēcīgs magnēts. Maguire saka, ka izmaksas par piekļuvi iekārtām ir MRI problēma. (Skatiet sadaļu Labāki proteīnu attēli.) Ļoti jutīgus, lētus magnetometrus, piemēram, Kitching’s, varētu iekļaut nākotnes MRI skeneros, tādējādi ļaujot tiem izmantot mazākus magnētus, samazinot to izmaksas un, iespējams, padarot tos pārnēsājamus.
Bet šādi klīniski pielietojumi ir daudzu gadu attālumā. Šobrīd Kičings saka, ka viņš pēta kompromisu starp magnetometru izmēru un jutību, kā arī izstrādā mikroshēmas to pārnēsāšanai.