Личное измерение

Гармоничное сочетание интересов

"Для меня важно увидеть результат своей научной работы, понять его применение в полезных для людей областях", - говорит младший научный сотрудник НЭОВП ЛЯП Ростислав СОТЕНСКИЙ. Уже восемь лет он работает в Институте, и не жалеет о вовремя сделанном выборе. О том, как сложилась его судьба и чем занимается в лаборатории, Ростислав рассказывает в нашей газете.

Вопросы о том, кем я стану после окончания вуза, посещали мою голову довольно редко, а всерьез об этом я задумался только курсе на четвертом. Тогда у нас в НИЯУ МИФИ начались различные кафедральные предметы и практические работы в научно-исследовательских институтах. Осознание того, чего я хотел, приходило постепенно. Закрытые города или многочисленные НИИ Москвы не грели душу, там я не видел перспектив для себя. Но при этом хотелось заниматься чем-то связанным с ядерной физикой. Ведь не зря поступил в специализированный университет, где корпел почти шесть лет. Поэтому не хотелось уходить в другие области - IT, банки и так далее.

Впервые об ОИЯИ я услышал еще на младших курсах, получив разрозненную информацию. У меня сложилось ошибочное впечатление, что среди густых лесов и непроходимых болот расположен полузакрытый или даже секретный городок Дубна, население которого трудится в институте ядерных исследований. Уже на старших курсах знакомый, проходивший практику в ОИЯИ, рассказал мне подробней об Институте и о том, что ОИЯИ это не только фундаментальная наука, ускорительная физика и синтез новых элементов. В нем есть масса других интересных направлений, проектов и, конечно, найдется место для людей, стремящихся заниматься прикладными задачами.

Недолго думая, я выдвинулся на разведку-собеседование. Спустя пару месяцев, уволившись с прежней работы, я собрал свои пожитки и поехал в Дубну. Так началась моя жизнь в Объединенном институте ядерных исследований.

Новое малое колесо мюонной системы ATLAS с камерами Micromegas (ЦЕРН)

В сентябре 2016 года начал работу в научно-экспериментальном отделе встречных пучков Лаборатории ядерных проблем. Как раз в этот момент стартовал новый масштабный проект по производству и тестированию газовых координатных микроструктурных камер Micromegas для модернизации мюонной системы эксперимента ATLAS. Наша группа, под руководством Алекси Гонгадзе, изготовила и протестировала 64 считывающие панели Micromegas общей площадью 384 м². В мою зону ответственности входили измерение топологии считывающих панелей и модулей, а также проверка точности пространственного позиционирования составляющих элементов камер Micromegas. Проект длился пять лет, которые пролетели молниеносно. За это время удалось накопить полезный опыт, завести знакомства, вовлечься в жизнь Института и города.

После окончания проекта ATLAS Micromegas скучать и бездельничать не пришлось - меня позвали попробовать себя в другом проекте. Так, с 2021 года и по настоящее время я работаю в группе под руководством Георгия Александровича Шелкова. Научные интересы нашей группы весьма обширны. Это освоение и исследование гибридных пиксельных полупроводниковых детекторов, разработка энергочувствительного компьютерного томографа (эКТ) на базе этих детекторов, которая также включает в себя реконструкцию, визуализацию и анализ томографических данных, а с недавних пор - участие в разработке энергочувствительного пиксельного детектора.

Моя основная деятельность посвящена разработке новых методов и алгоритмов идентификации, классификации и количественного анализа веществ исследуемого образца для эКТ. Также эта работа сопряжена с исследованием и разработкой методов для повышения качества получаемых томографических данных, включает юстировку томографа, калибровку детектора, усовершенствование процедуры сканирования, пост- и предобработку данных для реконструкции. По сути это означает, что необходимо получить "хорошие" данные, обработать их для повышения качества, учитывая характеристики детектора и томографа, далее распознать вещества, из которых состоит исследуемый объект, и определить, как они распределены внутри объекта.

Основные составляющие экспериментального томографа

Распознавание веществ основывается на спектральной информации, получение которой стало возможным с появлением новых пиксельных энергочувствительных детекторов. Такая энергочувствительность в рентгеновской томографии позволяет проводить определение элементного состава исследуемого образца по зависимости кривой ослабления рентгеновского излучения искомого вещества. Этот подход является более универсальным и точным, чем традиционное разделение веществ, основанное на разнице в общем ослаблении рентгеновского излучения различными веществами. Исследования, ведущиеся в данном направлении, позволят помочь в медицинской диагностике и изучении биохимических процессов, будут способствовать развитию поисковых методов, используемых в геологии и нефтедобыче, а также могут применяться для задач археологии.

Есть несколько подходов идентификации вещества, которые зависят от конкретной задачи. Один из таких методов был разработан нами для распознавания контрастных веществ в объекте в совместных с коллегами из МГУ медико-биологических исследованиях в рамках гранта РНФ №22-15-00072. Этот метод применим для идентификации элементов с высоким атомным номером, имеющих К-край поглощения (резкое изменение ослабления рентгеновского излучения) в диапазоне энергий от 25 до 100 КэВ. Также разрабатывается метод распознавания легких веществ, не имеющих "аномалий" в спектре, таких как вода, биологические ткани, смеси углеводородов, но пока он сильно ограничен в применении. Для построения более универсального метода идентификации или для усовершенствования существующих методов необходимо решить несколько других задач.

Первая задача - преобразование или приближение экспериментальных данных, которые мы получаем с детектора, к теоретической зависимости коэффициента ослабления. Шкала экспериментальной зависимости на самом деле выражается, как говорится, в "попугаях", и напрямую мы не можем вычислить коэффициент ослабления. В ходе работы выяснилось, что задача преобразования одного в другой - тот еще вопрос. Необходимо учесть огромное количество факторов, которые также зависят от множества других параметров. На данный момент есть мечта приблизиться к решению, но пока имеются только идеи, требующие проверки и осмысления.

Томографический срез фантома с различными растворами (слева). Результаты работы алгоритма по распознаванию объектов, содержащих растворы Gd, и определению их концентраций (справа). Алгоритм применялся к каждому вокселю, цветовая шкала обозначает расчетную концентрацию Gd

Вторая задача - повышение качества получаемых данных. На картинке выше видны неоднородности, кольца, полосы и пиксели, в которых некорректно распознано целевое вещество. Это, по большей части, так называемые артефакты реконструкции, негативно влияющие на результат. Они возникают по многим причинам и зависят от однородности отклика пикселей, качества юстировки и калибровки томографа, процедуры сканирования, метода реконструкции, обработки данных до и после реконструкции. Поэтому необходимо подобрать и усовершенствовать методы набора и обработки томографических данных с учетом характеристик всех составляющих нашего томографа. Эту обширную задачу мы решаем силами нашей группы совместно с заинтересованными коллегами из других организаций.

Сейчас я с уверенностью могу сказать, что полностью доволен тематикой своей работы. Одна из главных причин, по которой мне нравится моя работа, - многогранность. В ней есть и физика, и математика, есть программирование, немного электроники, и всё это дополнено инженерными и конструкторскими задачами. В сумме получается разнообразная, интересная и творческая работа, где минимум ненавистной мне рутины. Кроме того, совершенно понятно, для чего всё это делается, известно, где и как это можно применить и использовать. Надеюсь, и мне удастся внести ощутимый вклад в этот проект. Мои личные цели на ближайшее время - активно работать, написать и защитить кандидатскую.