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Domare i Terahertz
Proprio come la tecnologia a raggi X è arrivata nel 1890, consentendo ai medici di scrutare sotto la carne per vedere ossa e organi, un'altra promettente tecnologia di imaging sta ora emergendo da una parte sottoutilizzata dello spettro elettromagnetico: le frequenze terahertz. Questi cosiddetti raggi t possono, come i raggi X, vedere attraverso la maggior parte dei materiali. Ma si ritiene che i raggi t siano meno dannosi dei raggi X. E diversi composti rispondono in modo diverso alle radiazioni terahertz, il che significa che un sistema di imaging basato su terahertz può discernere la composizione chimica di un oggetto nascosto. Grazie a questa potenza, l'imaging in terahertz sta diventando sempre più caldo, afferma Xi-Cheng Zhang, un pioniere dei terahertz al Rensselaer Polytechnic Institute. Le potenziali applicazioni vanno dal rilevamento di tumori alla ricerca di esplosivi al plastico. E poiché i raggi t penetrano nella carta e nei vestiti, una telecamera terahertz potrebbe rilevare armi nascoste.
Le frequenze terahertz sono difficili da produrre e rilevare. Sono più alti delle microonde ma più bassi della luce infrarossa. Non sei mai sicuro se utilizzare la tecnologia basata sull'elettronica o sull'ottica, afferma Martyn Chamberlain dell'Università di Leeds in Inghilterra, un importante ricercatore di terahertz. Le sorgenti terahertz attualmente in commercio tendono ad emettere più frequenze contemporaneamente, limitandone l'utilità. Nell'ultimo anno, tuttavia, diversi progetti di ricerca hanno compiuto progressi sostanziali nello sviluppo di dispositivi che producono raggi t all'interno di una banda di frequenza ristretta, un requisito per il rilevamento chimico preciso e l'imaging medico.
Questa storia faceva parte del nostro numero di giugno 2003
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Uno di questi sistemi, realizzato da Brattleboro, Vermont Photonics con sede a VT, funziona inviando un fascio di elettroni attraverso la superficie microscopicamente increspata di un conduttore, come l'alluminio; il raggio fa sì che gli elettroni nel conduttore si muovano su e giù per le ondulazioni, un movimento che scuote i raggi t sciolti. La modifica dell'energia del fascio di elettroni cambia anche la frequenza terahertz generata, afferma il cofondatore di Vermont Photonics Michael Mross. L'azienda sta puntando il suo strumento principalmente sull'osservazione delle interazioni che coinvolgono le biomolecole per applicazioni come la scoperta di farmaci. Un altro approccio è qualcosa chiamato laser a cascata quantica, un pezzo di ingegneria dei semiconduttori utilizzato per produrre luce infrarossa. Spostare la tecnologia nella gamma dei terahertz richiede un controllo estremamente preciso sui materiali. L'anno scorso, Qin Hu, un ingegnere elettrico del MIT, ha dimostrato un laser a cascata quantica che produce un raggio di terahertz continuo a una frequenza ben definita.
Una cavità si presenta chiaramente come una regione rosa nell'immagine terahertz di un dente (a destra). (Immagine per gentile concessione di Teraview)
L'applicazione più a breve termine per la tecnologia terahertz è nell'imaging medico. In uno sforzo ambizioso, TeraView, una startup con sede a Cambridge, in Inghilterra, ha utilizzato l'imaging terahertz per rilevare i tumori della pelle che sfuggono ad altre tecnologie di imaging, in particolare i tumori che si formano invisibilmente sotto la superficie della pelle. I raggi T potrebbero anche identificare materiali biologici sconosciuti, poiché le biomolecole vibrano naturalmente a frequenze terahertz e ognuna ha un'impronta digitale terahertz distinta. In altre parole, proteine specifiche assorbono certe frequenze caratteristiche dei raggi t, che cambiano la loro disposizione molecolare, o conformazione; i sensori possono quindi monitorare questo assorbimento per indicare l'identità della proteina. La vita è un processo terahertz, dice Chamberlain. Una potenziale applicazione è l'identificazione automatizzata di agenti di guerra biologica, come l'antrace. Un altro è un sensore chimico a raggi t, che trarrebbe vantaggio dal fatto che anche altre grandi molecole, come i polimeri, rispondono alle onde terahertz in modi caratteristici. Una fotocamera terahertz costruita da QinetiQ di Farnborough, in Inghilterra, scatta immagini stranamente invasive di persone attraverso i loro vestiti.
Ma l'interazione dei raggi t con le proteine solleva la questione di quanto sia sicura l'esposizione umana. L'Unione Europea sta sponsorizzando un programma, chiamato Terahertz Bridge, per studiare proprio questo. I risultati preliminari sono stati incoraggianti; i ricercatori non hanno visto prove di danni irreversibili ai tessuti simili ai raggi X dalle dosi di raggi t che verrebbero utilizzati per l'imaging corporeo. Finora, è sicuro, afferma Gian Piero Gallerano, coordinatore di Terahertz Bridge.
Mentre gli scienziati passano attraverso contorsioni per produrre raggi t, la natura ha molto più facile. La radiazione terahertz continua a propagarsi nello spazio dalla sua origine nel Big Bang. Dice Chamberlain, L'universo è pieno di questa roba. In poco tempo, gli umani potrebbero iniziare a metterlo in pratica.