Projekti / Programi
Nove slikovno-analitske metode
01. januar 2013
- 31. december 2016
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.21.00 |
Tehnika |
Tehnološko usmerjena fizika |
|
| 1.02.01 |
Naravoslovje |
Fizika |
Fizika kondenzirane materije |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T000 |
Tehnološke vede |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
Raziskovalci (9)
Organizacije (2)
Povzetek
V nadaljevanju raziskovalnega programa Nove slikovno-analitske metode bomo povečali zmogljivosti georadarskega sistema s skrajšanjem časa izračuna slike in izboljšanjem kakovosti informacije o vrsti detektiranih predmetov na sliki v realnem času. Ta del raziskav temelji na hipotezi, da aproksimativna rešitev inverznega sipalnega problema omogoča razločevanje med detektiranimi predmeti glede na njihovo vrednost dielektrične konstante. Težišče dela bo na razvoju novih metod slikanja z georadarjem, ki bodo omogočile hitro prepoznavanje skritih objektov v različnih medijih, npr. pod zemljsko površino, za zidovi zgradb, pod vodo in v urbanem okolju, ter na združevanju radarskih metod z drugimi elektromagnetnimi senzorji.
Sestavili bomo gradiometrično konfiguracijo magnetometra na pare alkalne kovine K in tako povečali razmerje signala proti šumu, da ga bomo lahko uporabili v magnetno nezaščitenem okolju. V komercialni magnetometer Quantum Design MPMS-XL-5 bomo vgradili doma narajen modul za raziskave dielektričnih lastnosti snovi v magnetnem polju in magnetnih lastnosti v električnem polju.
Razvili bomo nove računske algoritme za hitrejšo identifikacijo snovi ali prilagodili nekatere poznane numerične metode, kot je na primer metoda gručenja, za rekonstrukcijo tridemenzionalne slike preiskovanih objektov.
Vse opisane izboljšave merske opreme in razvitega programskega orodja bomo uporabili za slikanje skritih objektov pod zemljo ali v vodi, za nedestruktivno proiskušanje gradbenih konstrukcij, za idenitifikacijo prepovedanih snovi ali ponarejenih zdravil ter za raziskave magnetnih lastnosti izbranih novih snovi, ki so potencialno primerne za uporabo v informacijski tehnologiji.
Pomen za razvoj znanosti
Optični magnetometer smo z dodatnim kanalom priredili v gradiometrsko konfiguracijo in omogočili meritve v nezaščitenem okolju. Preizkusili smo ga za detekcijo signalov jedrske magnetne (JKR) resonance pri nizkih frekvencah in dosegli 10-krat večjo občutljivost v primerjavi s klasičnimi meritvami JKR. Visoko občutljivost optičnega magnetometra smo pokazali z uspešno detekcijo magnetnega polja srca. Za razliko od običajnega načina merjenja šibkih biomagnetnih polj s superprevodnim detektorjem SQUID, optični magnetometer ne potrebuje ohlajanja s tekočim helijem. V termično spominsko celico, kamor lahko zapišemo digitalno informacijo le s spreminjanjem temperature medija, smo uspeli zapisati digitalno informacijo nad temperaturo tekočega dušika. Pokazali smo, da lahko za termično spominsko celico uporabimo tudi spojini K3Fe5F15 in K3Cr2Fe3F15 iz družine multiferoičnih flouridov. V sodelovanju z raziskovalci z Inštituta Jožef Stefan smo prvi odkrili superprevodnost v visokoentropijskih zlitinah. Pokazali smo, da je zlitina Ta34Nb33Hf8Zr14Ti11 superprevodnik tipa II s temperaturo prehoda okoli 7 K. Kot ena prvih raziskovalnih skupin na svetu smo uspeli pokazati uporabo teraherčne (THz) spektroskopije na področju gradbenih materialov. Razvili smo postopek za THz slikanje nehomogene prostorske porazdelitve kalcijevega karbonata v polimerni matrici, pri katerem je ob uporabi spektroskopskih metod možno določiti koncentracijo, kemijsko modifikacijo in granulacijo kalcijevih karbonatnih mikropolnil. Na področju neporušnih preiskav v gradbeništvu smo razvili algoritem za združevanje slik, ki jih dobimo pri uporabi različnih neporušnih metod (npr. ultrazvok, georadar, termokamera) v gradbeništvu, v eno, zanesljivejšo sliko notranjosti preizkušanca. Z uporabo metod gručenja smo uspeli napisati računalniški program, ki je slike združeval avtomatsko in ga uporabili v mobilnem robotu za spremljanje kvalitete betonskih tal v parkirni hiši. Z aktivno termografijo smo analizirali 51 vgrajenih defektov (votlin ali delaminacij) v betonskih preizkušancih. Ugotovili smo, da lahko z uporabo temperaturnega kontrasta zaznamo defekte v globini, ki je enaka ali manjša od povprečne dimenzije defekta, kar je znatno bolje, kakor so do zdaj navajali v literaturi. Razvili smo algoritem za lokalizacijo izvorov pri multikanalnih meritvah magnetnega odziva stimuliranega slušnega področja možganske skorje in napisali računalniški program za numerični izračun porazdelitve električnih tokov v možganih, ki izvirajo iz nevronske aktivnosti.
Pomen za razvoj Slovenije
Rezultati raziskovalnega programa so pomembni za razvoj Slovenije na več področjih: a) varnost, kjer smo razvili prenosni miniaturni spektrometra za detekcijo prepovedanih snovi na osnovi jedrske kvadrupolne resonance, ki ga lahko uporabljamo tudi izven laboratorija. S partnerji na projektu FP7 Conphirmer smo spektrometer preizkusili na mednarodnem poštnem oddelku pri letališču v Varšavi. Isti spektrometer lahko uporabimo tudi za identifikacijo farmacevtskih izdelkov in za ločevanje originalnih zdravil od ponaredkov. Metode, ki jih razvijamo na področju slikanja z georadarjem, so uporabne tudi na področju zagotavljanja varnosti prebivalcev, pri nadzoru prometa blaga (npr. prepovedane snovi na letališčih, pošti ipd.) in ljudi. Tudi razvoj neporušnih preiskav v gradbeništvu je pomemben s stališča varnosti oziroma varne uporabe objektov, kot so npr. mostovi. V zadnjih 4 letih smo naredili pomemben korak v smeri avtomatske obdelave rezultatov slikanja, kar lahko omogoči spremljanje staranja in degradacije objektov v realnem času. b) ekonomija oz. energijska učinkovitost. Najbolj neposreden vpliv vidimo na področju uporabe neporušnih preiskav v gradbeništvu. Predvsem pri prenovi objektov kulturne dediščine lahko z neporušnimi preiskavami močno zmanjšamo stroške prenove in se izognemo morebitnim neustreznim posegom v objekt. Uporaba teraherčne spektroskopije, ki smo jo med prvimi aplicirali na gradbene materiale, nam zagotavlja dodatne informacije o stanju objekta in omogoča ustrezeno načrtovanje energijske prenove objekta. c) vzgoja in izobraževanje kadrov. Od leta 2013 sta bili v okviru programske skupine zaključeni dve doktorski deli, člani programske skupine smo sodelovali kot mentorji ali somentorji pri izdelavi številnih zaključnih in diplomskih nalog na FMF in FGG Univerze v Ljubljani, Mednarodni podiplomski šoli in NMF na Univerzi v Mariboru. Vsako leto organiziramo raziskovalne dneve iz fizike za srednješolce, sodelujemo kot mentorji pri raziskovalnem delu dijakov in smo člani komisije pri predstavitvah tega raziskovalnega dela.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
