Разработка и анализ двумерных решеточных структур для получения рентгеновских изображений из одного снимка
|
Introduction 17
Chapter 1 Grating-based X-ray imaging 20
1.1 Talbot-Lau Interferometry 21
1.2 Single-shot imaging with a single optical element 23
1.2.1 Correlation analysis of local shifts in intensity 23
1.2.2 Subpixel resolution analysis of intensity distribution 25
1.2.3 Spatial harmonic frequency methods and their application 25
1.3 Requirements imposed on gratings by Single-Shot Imaging 30
Chapter 2 Grating patterning technology 33
2.1 UV LIGA for X-ray grating fabrication 33
2.2 Photoresist and its characterization 36
Chapter 3 Results and discussion 40
3.1 Sensitivity Curve for negative epoxy-based photoresist 40
3.2 Two-dimensional gratings patterning with UV LIGA 45
3.2.1 Substrate preparation and photoresist spin-coating 45
3.2.2 Photoresist pattern formation 46
3.2.3 Gold electroforming 48
3.3 Gratings quality evaluation 50
3.3.1 Scanning electron microscopy 50
3.3.2 Grating quality evaluation algorithm 54
3.3.3 Testing of developed algorithm within radiography setup 56
Conclusions and Outlook 59
Глава 4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ... 60
4.1 Предпроектный анализ 60
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 60
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 60
4.1.3 SWOT-анализ 62
4.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 63
4.2 Инициация проекта 64
4.3 Планирование управления научно-техническим проектом 65
4.3.1. План проекта 65
4.3.2. Бюджет научного исследования 66
4.3.3. Организационная структура проекта 69
4.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования 69
4.4.1. Динамические методы экономической оценки инвестиций 70
4.4.2. Чистая текущая стоимость (NPV) 70
4.4.3 Дисконтированный срок окупаемости 71
4.4.4 Внутренняя ставка доходности (IRR) 72
4.4.5 Индекс доходности (рентабельности) инвестиций (PI) 74
4.5 Оценка сравнительной эффективности исследования 74
4.6 Выводы по главе 75
Глава 5 Социальная ответственность 77
5.1 Введение 77
5.2 Техногенная безопасность 78
5.2.1 Освещение 79
5.2.2 Шум 83
5.2. Микроклимат 85
5.2.4 Электромагнитное поле 87
5.2.5 Психофизические факторы 88
5.3 Электробезопасность 89
5.4 Чрезвычайные ситуации 91
5.4.1 Предупреждение чрезвычайных ситуаций 92
5.4.2 Пожарная безопасность 93
5.4.3 Природная ЧС 96
5.4.4 Диверсионная ЧС 96
5.5 Охрана окружающей среды 98
5.6 Перечень нормативных документов 99
Выводы 99
Literature 101
Chapter 1 Grating-based X-ray imaging 20
1.1 Talbot-Lau Interferometry 21
1.2 Single-shot imaging with a single optical element 23
1.2.1 Correlation analysis of local shifts in intensity 23
1.2.2 Subpixel resolution analysis of intensity distribution 25
1.2.3 Spatial harmonic frequency methods and their application 25
1.3 Requirements imposed on gratings by Single-Shot Imaging 30
Chapter 2 Grating patterning technology 33
2.1 UV LIGA for X-ray grating fabrication 33
2.2 Photoresist and its characterization 36
Chapter 3 Results and discussion 40
3.1 Sensitivity Curve for negative epoxy-based photoresist 40
3.2 Two-dimensional gratings patterning with UV LIGA 45
3.2.1 Substrate preparation and photoresist spin-coating 45
3.2.2 Photoresist pattern formation 46
3.2.3 Gold electroforming 48
3.3 Gratings quality evaluation 50
3.3.1 Scanning electron microscopy 50
3.3.2 Grating quality evaluation algorithm 54
3.3.3 Testing of developed algorithm within radiography setup 56
Conclusions and Outlook 59
Глава 4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ... 60
4.1 Предпроектный анализ 60
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 60
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 60
4.1.3 SWOT-анализ 62
4.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 63
4.2 Инициация проекта 64
4.3 Планирование управления научно-техническим проектом 65
4.3.1. План проекта 65
4.3.2. Бюджет научного исследования 66
4.3.3. Организационная структура проекта 69
4.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования 69
4.4.1. Динамические методы экономической оценки инвестиций 70
4.4.2. Чистая текущая стоимость (NPV) 70
4.4.3 Дисконтированный срок окупаемости 71
4.4.4 Внутренняя ставка доходности (IRR) 72
4.4.5 Индекс доходности (рентабельности) инвестиций (PI) 74
4.5 Оценка сравнительной эффективности исследования 74
4.6 Выводы по главе 75
Глава 5 Социальная ответственность 77
5.1 Введение 77
5.2 Техногенная безопасность 78
5.2.1 Освещение 79
5.2.2 Шум 83
5.2. Микроклимат 85
5.2.4 Электромагнитное поле 87
5.2.5 Психофизические факторы 88
5.3 Электробезопасность 89
5.4 Чрезвычайные ситуации 91
5.4.1 Предупреждение чрезвычайных ситуаций 92
5.4.2 Пожарная безопасность 93
5.4.3 Природная ЧС 96
5.4.4 Диверсионная ЧС 96
5.5 Охрана окружающей среды 98
5.6 Перечень нормативных документов 99
Выводы 99
Literature 101
Объект исследования: двумерные рентгеновские абсорбционные решетки.
Цель магистерской диссертации: разработать высококачественные двухмерные
рентгеновские решетки для использования в радиографических установках с целью
получения изображений из одного снимка. Для изготовления решеток была
использована ультрафиолетовая литография и гальванопластика; растровая
электронная микроскопия и рентгеновская радиография были применены для оценки
качества и эффективности работы решетки.
Недавно разработанные технологии рентгеновской визуализации на основе
дифракционных решетчатых структур вызвали большой интерес благодаря
уникальной информации о внутренней структуре объектов, которая может быть
получена в радиографической установке. Качество изображений, получаемых с
помощью этого метода, определяется качеством используемого оптического
компонента. Таким образом, использование высококачественных рентгеновских
решеток может существенно улучшить качество получаемой информации.
В процессе исследования проводились работы по адаптации метода
оптической литографии и гальванопластики для изготовления двумерных решеток,
исследованию характеристик фоторезиста, необходимых для технологического
процесса, созданию решеток и исследованию их качества с помощью оптической и
растровой электронной микроскопии, а также с использованием разработанного
алгоритма оценки эффективности решеток в радиографической установке.
В результате исследования были разработаны высококачесвтенные
двумерные рентгеновские решетки, а также алгоритм оценки их качества и
эффективности.
Разработанные решетки обладают размером 1 см х 1 см, периодом 50, 25, 10
мкм и толщиной от 7 до 32 мкм. Данные решетки готовы к использованию в
установках с энергией рентгеновского излучения до 28 кэВ.
Степень реализации: данные проверяются на международных конференциях
в Финляндии и Бразилии, а также сообщается на семинарах в Институте12
микроструктурной технологии Технологического института Карлсруэ. Рукопись,
основанная на полученных результатах, находится в стадии подготовки.
Область применения: медицинская визуализация, характеристика
материалов.
В будущем панируется продолжить работу по улучшению характеристик
решеток путем использования других составов фоторезистов и рентгеновской
литографии для получения структур с высоким аспектным соотношением, которые
могут быть использованы при более высоких энергиях рентгеновского излучения.
Планируется использовать разработанные решетки в установках рентгеновской
визуализации для решения научных проблем в области медицины и
материаловедения. С помощью разработанных решеток ожидается значительное
улучшение качества получаемых изображений. Кроме того, планируется изучить
возможности использования пространственной гармонической однократной съемки с
чувствительностью уровня сигнала от малоуглового рассеяния к размеру частиц.
На защиту выносятся следующие положения и результаты:
1) технологический процесс создания двумерных рентгеновских решеток на
основе ультрафиолетовой литографии и гальванопластики, обеспечивающий
высокую степень периодичности структур;
2) алгоритм оценки качества двумерных решеток и эффективности модуляции
ими волнового фронта излучения.
Цель магистерской диссертации: разработать высококачественные двухмерные
рентгеновские решетки для использования в радиографических установках с целью
получения изображений из одного снимка. Для изготовления решеток была
использована ультрафиолетовая литография и гальванопластика; растровая
электронная микроскопия и рентгеновская радиография были применены для оценки
качества и эффективности работы решетки.
Недавно разработанные технологии рентгеновской визуализации на основе
дифракционных решетчатых структур вызвали большой интерес благодаря
уникальной информации о внутренней структуре объектов, которая может быть
получена в радиографической установке. Качество изображений, получаемых с
помощью этого метода, определяется качеством используемого оптического
компонента. Таким образом, использование высококачественных рентгеновских
решеток может существенно улучшить качество получаемой информации.
В процессе исследования проводились работы по адаптации метода
оптической литографии и гальванопластики для изготовления двумерных решеток,
исследованию характеристик фоторезиста, необходимых для технологического
процесса, созданию решеток и исследованию их качества с помощью оптической и
растровой электронной микроскопии, а также с использованием разработанного
алгоритма оценки эффективности решеток в радиографической установке.
В результате исследования были разработаны высококачесвтенные
двумерные рентгеновские решетки, а также алгоритм оценки их качества и
эффективности.
Разработанные решетки обладают размером 1 см х 1 см, периодом 50, 25, 10
мкм и толщиной от 7 до 32 мкм. Данные решетки готовы к использованию в
установках с энергией рентгеновского излучения до 28 кэВ.
Степень реализации: данные проверяются на международных конференциях
в Финляндии и Бразилии, а также сообщается на семинарах в Институте12
микроструктурной технологии Технологического института Карлсруэ. Рукопись,
основанная на полученных результатах, находится в стадии подготовки.
Область применения: медицинская визуализация, характеристика
материалов.
В будущем панируется продолжить работу по улучшению характеристик
решеток путем использования других составов фоторезистов и рентгеновской
литографии для получения структур с высоким аспектным соотношением, которые
могут быть использованы при более высоких энергиях рентгеновского излучения.
Планируется использовать разработанные решетки в установках рентгеновской
визуализации для решения научных проблем в области медицины и
материаловедения. С помощью разработанных решеток ожидается значительное
улучшение качества получаемых изображений. Кроме того, планируется изучить
возможности использования пространственной гармонической однократной съемки с
чувствительностью уровня сигнала от малоуглового рассеяния к размеру частиц.
На защиту выносятся следующие положения и результаты:
1) технологический процесс создания двумерных рентгеновских решеток на
основе ультрафиолетовой литографии и гальванопластики, обеспечивающий
высокую степень периодичности структур;
2) алгоритм оценки качества двумерных решеток и эффективности модуляции
ими волнового фронта излучения.
Из проделанных расчетов следует, что наибольшие затраты на научнотехническое исследование (более 45% от общей суммы) приходятся на оплату труда
исполнителей темы (90 134,9 рублей) и порядка 40% затрат приходится на сырье и
специальное оборудование. Это связано с тем, что в данной работе производится
наукоемкая продукция, готовая к использованию и продаже, следовательно важно не76
только проведение научных разработок, но и сырьевые затраты. В сумме же весь
бюджет научно-технического исследования составляет 193 216,2 рубля.
В ходе проведения анализа показателей эффективности инвестиций была
получена чистая текущая стоимость (NPV) – 206,932 руб. Таким образом, данный
инвестиционный проект можно считать выгодным, NPV является положительной
величиной. Дисконтированный срок окупаемости проекта составляет 7 месяцев.
Внутренняя ставка доходности (IRR) – 0,67, что позволяет признать инвестиционный
проект экономически оправданным, так как выполняется условие неравенства IRR>i.
Индекс доходности (PI) – 2,06 и, основываясьна том, чтоданная величина
превышает единицу, можно утверждать, что данная инвестиция приемлема.
Из расчета ресурсоэффективности также следует, что реализованный
вариант исследования является наименее затратным. Данная оценка коммерческой
ценности необходима, для представления состояния и перспективы проводимого
научного исследования.
исполнителей темы (90 134,9 рублей) и порядка 40% затрат приходится на сырье и
специальное оборудование. Это связано с тем, что в данной работе производится
наукоемкая продукция, готовая к использованию и продаже, следовательно важно не76
только проведение научных разработок, но и сырьевые затраты. В сумме же весь
бюджет научно-технического исследования составляет 193 216,2 рубля.
В ходе проведения анализа показателей эффективности инвестиций была
получена чистая текущая стоимость (NPV) – 206,932 руб. Таким образом, данный
инвестиционный проект можно считать выгодным, NPV является положительной
величиной. Дисконтированный срок окупаемости проекта составляет 7 месяцев.
Внутренняя ставка доходности (IRR) – 0,67, что позволяет признать инвестиционный
проект экономически оправданным, так как выполняется условие неравенства IRR>i.
Индекс доходности (PI) – 2,06 и, основываясьна том, чтоданная величина
превышает единицу, можно утверждать, что данная инвестиция приемлема.
Из расчета ресурсоэффективности также следует, что реализованный
вариант исследования является наименее затратным. Данная оценка коммерческой
ценности необходима, для представления состояния и перспективы проводимого
научного исследования.