sau mai mulți electroni care lovesc o țintă pentru a face, știi, o rază X care ar putea ieși de la suprafață, așa că ai nevoie de o mulțime de raze X, o mulțime de electroni pentru a genera radiografiile de care aveți nevoie, așa că aveți nevoie de un, știți, fotocatod care să aibă o eficiență ridicată. În situația noastră, folosim multiplicatori de electroni pentru a face tehnologia gestionabilă. Așa că folosim un fotocatod care generează fotoelectroni, folosim un multiplicator de electroni, care înmulțește acei electroni, iar apoi acei electroni se lovesc de o țintă la o tensiune foarte mare și, prin urmare, produc raze X. Și frumusețea este că poți controla acele raze X la fel de ușor cum poți controla sursa de lumină. Și dacă utilizați o diodă emițătoare de lumină sau un LED, acestea sunt foarte ușor de controlat. Gazda: Înțeleg. O.K. Deci, hai să mergem la Raj pentru o secundă. Aceasta, aceasta este o piesă de tehnologie foarte interesantă, cu o mulțime de caracteristici interesante. Raj, cum rămâne cu unele dintre aceste caracteristici, cum rămâne cu această tehnologie, au fost caracteristicile pe care le-ai crezut că sunt cele mai atractive pentru aplicarea acesteia la tehnologiile medicale? Raj Gupta: Da, deci, să ne întoarcem la început. Keith a descris această stea cu neutroni, care este de câteva ori mai mare decât masa Soarelui, dar este ca și cum ar fi micșorat la dimensiunea unui oraș, să spunem, dimensiunea Manhattanului. Și se învârte de sute de ori, de sute de ori, în fiecare secundă. Și pentru că este magnetic, este magnetic și electronii săi bombardează în el, emite raze X exact așa cum ar face o sursă normală de pe Pământ. Dar pentru că se învârte, obținem asta ca impulsuri de raze X pe sol. Și sursa de raze X modulată pe care a construit-o Keith face este să simuleze asta pe sol. Acum uită-te la problema pe care încerc să o rezolv. Avem un scaner CT, un scaner, care este mult mai ușor decât steaua neutronică — este de câteva tone de metal — care se rotește de câteva ori pe secundă, de sute de ori pe secundă și, în esență, obținem imagini cu raze X ca scaner merge în jur, poate, poate 500 de ori până la o mie de ori în fiecare secundă pe măsură ce scanerul se rotește. Deci există o asemănare între o stea neutronică și un scaner CT. În esență, ambele emit impulsuri de raze X de câteva sute de ori în fiecare secundă. Și într-un caz, Keith îl observă și încearcă să determine compoziția stelei neutronice. În cazul meu, folosesc acele pulsuri de raze X și reconstruiesc interiorul unui corp pentru a putea diagnostica cancerele și alte patologii ale corpului. Deci, ce gândeam a fost, dacă am putea lua sursa de raze X modulată, care este unică prin faptul că poate fi modulată spre deosebire de sursa termoionică standard pe care a descris-o Keith, care vă poate oferi cantități mari de raze X, dar nu puteți pulsați-le, nu le puteți porni și opri, așa că, dacă ați putea lua, să zicem câteva sute din aceste surse de raze X modulate pe care Keith le-a construit, le-ați pus într-un colector de vid și le-am pus în jurul pacientului, apoi am porniți-le și opriți-le succesiv, fără să rotiți nimic. Apoi avem un scaner CT complet static, ceea ce este frumos pentru că este un scaner CT cu stare solidă, ca și cum nu există metal care se învârte. Poate fi făcut mult mai ușor, tu, nu trebuie să rotiți toate, mașina care conduce sursa de raze X și conduce detectorul, care poate fi toate statice. Și există un alt avantaj al unui scaner CT care nu se rotește: majoritatea acestor scanere CT, pentru că se învârt, sunt ca un giroscop, sunt, nu poți conduce, nu poți obține o scanare CT în timp ce te miști. pentru că camionul tău ar pierde controlul dacă tu, dacă încerci să conduci. Dacă puneți un scaner CT, să spunem, pe stația spațială, din cauza rotației scanerului CT – aceste câteva tone de metal care se mișcă în jur — stația spațială va începe să se rotească invers, din cauza celei de-a treia legi a lui Newton. Deci, trebuie să aveți ceva în stare solidă dacă îl veți lansa vreodată în spațiu sau veți fi vreodată, de exemplu, să obțineți scanări CT pe un instrument zburător, într-un avion, de exemplu, sau într-un condus. ambulanță. Și aceasta este o altă problemă pe care o rezolvă un scaner CT cu stare solidă care nu se rotește. Deci, combinația acestor două tehnologii, foarte, foarte diferite una de cealaltă — sursă de raze X modulată, adică stimularea unei stele neutronice s-a înmulțit de mai multe ori și, apoi, a fost pusă într-o configurație de scaner CT – – vă oferă o concepție foarte nouă despre un tomograf, care nu există astăzi. Gazda: Foarte interesant. Deci, atunci ne putem scufunda în provocările de inginerie? Tehnologia pe care Keith a construit-o, cred că tu, ai menționat, Raj, a fost doar aceea și ai vrut să iei sute de ei și să le pui în jur, într-o scanare CT, sunt sigur… într-un scanner CT care nu se învârte — Cred că asta trebuie să fie un, un, un lucru provocator de făcut. Deci, puteți vorbi despre pașii din perspectivă inginerească pentru preluarea acestei tehnologii și, de fapt, și realizarea unui, a, un scaner CT funcțional din ea? Raj Gupta: Da. Deci, așa cum ați spus noi, trebuie să împachetăm sute de ele în jurul unui inel. Și inițial ne-am gândit, în loc să facem o sută dintre ele, să facem doar șapte într-un arc de cerc. Și am configurat arcul de cerc astfel încât să facem doar, să zicem, o scanare a capului, astfel încât dimensiunea scanerului nostru CT să fie suficientă pentru a se potrivi cu unul, un cap, deci poate aproximativ 243 centimetri lățime dacă ar fi să completezi inelul. Și vom face o bucată din asta cu șapte surse de raze X. Și acesta este un sistem pe care l-am proiectat împreună cu Keith și echipa sa. Și acesta a fost primul tip de prototip pe care l-am construit și noi, prima versiune a fost construită la NASA, Keith și echipa sa l-au testat, apoi l-am adus la laboratorul meu din Boston și l-am cuplat cu un detector. , am avut pentru că nu aveam un inel plin, ne-am gândit inițial să luăm specimenul și rotim specimenul și achiziționăm toate imaginile, vom dobândi șapte imagini fără să mișcăm nimic și apoi vom muta, mutam platforma, rotiți puțin platforma și apoi obțineți alte șapte imagini. Si asa mai departe. Și cu asta am obținut primele noastre scanări CT, cred că a fost un ardei gras pe care l-am scanat mai întâi, apoi am scanat ca multiple, ca și cum am avea un cap uman pe care l-am putut scana. Deci, o mulțime de experimente distractive. Gazda: Foarte tare. Keith, din perspectiva ta, în dezvoltarea acestei tehnologii, Raj vorbea despre, tehnologia în sine fiind testată în diferite laboratoare, dacă ai reușit să găsești mai multe aplicații sau îmbunătățiri la designul original MXS care ar putea, că v-ar putea ajuta la calcule ori de câte ori sunteți, utilizați această tehnologie pentru a observa stelele neutronice? Ați găsit, știți, mai multe aplicații spațiale în acest proces de dezvoltare a tehnologiei? Keith Gendreau: Deci, așa cum a spus Raj, știi, să ai un, un dispozitiv de scanare CT static ar fi ideal pentru aplicații spațiale, cum ar fi, să zicem, am vrut să trimitem oameni pe Marte, știi, acesta este un instrument care, știi. , ar putea fi foarte util. Știi, dacă te rănești pe Marte, vrei să ai acest tip de capacitate de diagnosticare pe care o avem aici, pe Pământ. Știi, același tip de configurație ar putea fi folosit și pentru a face știință mineralogică. Așa că am lucrat cu unii dintre oamenii de fizică planetară de aici la Goddard pentru a vedea dacă tehnologiile pe care le-am creat pentru, de exemplu, o scanare CT, un dispozitiv de scanare CT static, ar putea fi folosite pentru a face mineralogie — deci, știi. , difracția razelor X și fluorescența razelor X — așa că am putea folosi hardware-ul dublu, deoarece, știți, trimiterea lucrurilor în spațiu este foarte costisitoare și, de obicei, încercăm să minimizăm masa, așa că, dacă ați putea folosi lucruri cu dublă utilizare e fantastic. Dar, în ceea ce privește avansarea tehnologiilor, deci pentru o mare parte din munca noastră de laborator sunt sursele noastre de raze X modulate, ele sunt concepute pentru a face genul nostru de experimente de laborator și, și, și simulează ceea ce vedem din cer. Și astfel fluxul de care avem nevoie nu este foarte mare. Când ne uităm la razele X de la stele neutronice, știi, cele mai strălucitoare surse de raze X pe care le privim pe cer cu un randament MAI BUN, știi, știi, știi, știi, zeci de mii de fotoni pe secundă și, și , și un număr dintre cele foarte importante la care ne uităm produc mai puțin de un foton pe secundă și ne facem știința integrând timp îndelungat. Ceea ce avea nevoie Raj era ceva mai strălucitor, așa că trebuia să lucrăm la cum să maximizăm fluxul sursei de raze X modulate și asta ne-a împins să înțelegem limitele multiplicatorului nostru de electroni și, și, și ce ar putea, știi tu. , face asta un pic mai bine. Și, așadar, noi, știți, noi, noi, ne-am ajustat puțin tehnologiile, am făcut-o puțin mai strălucitoare — de fapt mult mai strălucitoare — și în parte din cauza nevoii de Raj, iar acest lucru s-a deschis pe alte căi. Știți, unul dintre lucrurile la care ne-am gândit inițial cu sursa noastră de raze X modulate este că am putea modula razele X, poate că am putea face ca modulația să transporte informații și, astfel, aceasta a devenit geneza unui concept numit Comunicarea cu raze X, sau XCOM, și ideea este să vedem dacă am putea folosi surse de raze X modulate pentru a transmite date în, în, sub formă de raze X. Dar există și alte aplicații. Am fost contactați de cercetători care sunt interesați de spectroscopia mobilității ionice; un grup de la Universitatea de Stat din Washington ne-a întrebat despre utilizarea MXS pentru, practic, a ioniza atomii pe care i-a adulmecat sau moleculele pe care le-a adulmecat, din aer pentru a vedea dacă le-am putea ioniza pe acelea, care, molecule, le fac să se deplaseze printr-o tensiune înaltă. potențial într-o cupă Faraday și, și face o spectroscopie a timpilor de sosire pentru a identifica diferite molecule organice. Și așa că există, știi, este un fel de interesant, nu m-am gândit niciodată la acea aplicație înainte, dar sunt și alte lucruri, știi? Îl folosim aici la Goddard pentru a calibra misiunile, în general. Există telescoape cu raze X care vor merge în spațiu în viitor, care vor avea surse de raze X modulate în ele pentru a face calibrarea în timpul zborului. Și datorită colaborării noastre pe care am avut-o cu Raj, știi, aceste surse sunt în general va fi mai luminos. Există și alte căi pe care le-am îmbunătățit sau am schimbat sursele față de modul în care le folosim în mod normal. Realizator: Trebuie să se simtă bine pentru voi, băieți. Știți, sunteți, sunteți, amândoi sunteți, sunteți, știți, sunteți, sunteți, în domeniile voastre respective, bineînțeles, știți, Keith de la observarea stelelor și Raj lucrând, voi Știți, lucrând la această tehnologie pentru utilizarea scanării CT, doar latura medicală a lucrurilor, dar Keith, ceea ce tocmai ați prezentat a fost o serie de aplicații diferite pentru ceva ce voi băieți, adică, poate atunci când proiectați MXS-ul erați pur și simplu încercăm să rezolv o problemă pentru, pentru a crea, știi, pentru observarea stelelor neutronice, dar doar am trecut prin acest proces de lucru cu Raj și de dezvoltare a tehnologiei și înțelegem acest număr incredibil de beneficii pe care tocmai ni le-ai prezentat: scanări CT în spațiu, observați, vreau să spun, observând, este incredibil, toate, toate lucrurile pe care tocmai le-ați prezentat, doar surprinzând acel moment, chiar acum, de a vă gândi doar la toate, la toate domeniile diferite ale științei pe care le puteți atingeți cu asta, cu această tehnologie. Îți dă asta un sentiment de, poate de mândrie sau, știi, de responsabilitate, poate, ca, reflectând asupra, doar la ce înseamnă această tehnologie pentru știință? Keith Gendreau: Ei bine, eu… continuă, Raj. Raj Gupta: Haide, Keith. Singurul lucru pe care aveam să-l spun era că, de cele mai multe ori, în timpul muncii noastre de zi cu zi, stăm într-un fel în grupurile noastre și nu ascultăm podcasturi și nu ascultăm webinarii, care sunt complet. în afara câmpului. Și retrospectiv, ce greșeală este, există atât de mult material disponibil și există atât de multe discuții grozave și atât de multe grupuri grozave acolo; dacă pur și simplu am ieșit din zona noastră de confort și am vorbit cu oameni care fac lucruri complet diferite, o mulțime de idei noi pot apărea din colaborare. Keith Gendreau: Sunt complet de acord cu tine, Raj. Adică, mă simt extrem de norocos că, știi, NASA, știi, m-a angajat ca astrofizician. Fac astrofizică. O parte a slujbei mele este să dezvolt tehnologii și acea parte a slujbei mele de a dezvolta tehnologie îmi permite să interacționez cu oameni ca tine, Raj și alții care abordează probleme total diferite. Și, și pentru mine, este fantastic pentru că atunci când trebuie să abordezi probleme total diferite, ai moduri total diferite de a rezolva unele dintre aceste probleme. Și, și simt mereu că eu, sunt norocos în sensul că am învățat un mod nou de fiecare dată când vorbesc cu tine. Știi, tu, ai un, de ce, de ce nu putem face asta sau asta? Și apoi mă duc, la naiba, asta e o idee grozavă, o să încerc asta. Și asta are aplicații în astrofizică. Cred că, știi, NASA obține o mulțime de bani pentru bani având astfel de interacțiuni care sunt cam în afara meseriilor noastre de zi cu zi, ca să spunem așa. Gazda: Asta este cu siguranță semnificativ. Raj Gupta: Eu, mă simt la fel, că de fiecare dată când am vizitat laboratorul tău și am văzut toate, toate instrumentele grozave pe care le-ai construit, am spus, Doamne, vreau să spun, de ce se poate? nu folosesti asta sau asta? De exemplu, mi-ai arătat că mecanismul de concentrare: modul în care colectezi efectiv cei câțiva fotoni de raze X care provin de la stea neutronică și îi focalizezi pe detector, acel instrument în sine, aranjamentul de focalizare statică pe care îl ai pentru razele X, are aplicații medicale, pentru că un lucru pe care nu-l facem cu raze X în medicină este să le concentrăm în vreun fel. Practic, ies razele X și, în esență, nu există optica pentru raze X. Ceea ce ați construit și încercați să concepeți, MXS și, și, instrumentul NICER, nu este doar să puteți privi razele X, ci și să le concentrați. Și acel concentrator pe care l-ați construit are, complet diferit de ceea ce vorbim acum, are și aplicații. Deci, există multe, multe astfel de căi de fertilizare încrucișată care există în conversații ca aceasta. Keith Gendreau: Absolut. Îmi place foarte mult să merg în laboratorul altcuiva; Mereu ies cu mai mult decât am intrat. Realizator: Este atât de fascinant să înveți, corect, doar să înveți perspective diferite. Raj, cred că ăsta a fost un, un punct important pe care l-ai subliniat a fost doar, știi, poți, te concentrezi pe domeniul tău, dar pe măsură ce, pe măsură ce ai, pe măsură ce aduci, vorbește cu mai multe oamenii, ta, lumea ta devine mai mare. Și, și este, este cu siguranță adevărat pentru această tehnologie cu raze X modulate. Am vrut să închei, Raj, cu tine, mergând și vorbind despre asta, despre asta, știi, aplicațiile în scanerele CT. Ne puteți spune unde vă aflați acum în ceea ce privește aplicarea acesteia în practica obișnuită și, probabil, care sunt speranțele dvs. sau pentru a face din aceasta o tehnologie largă și acceptată în domeniul medical? Raj Gupta: Da, deci suntem în stadiul în care, ceea ce ar putea fi descris ca cum să creștem luminozitatea sursei. Deci, în prezent, dacă am luat tehnologia actuală și dacă ați vrea să faceți un scaner CT de putere redusă, avem tot ce avem nevoie pentru a face asta acolo. Deci, de exemplu, pentru țesuturile moi, noi, am putea imagina acele țesuturi moi, deoarece ele nu opresc atât de mult razele X și suntem capabili să vedem prin ele folosind cantitatea de putere pe care o oferă sursa de raze X modulată curentă. tu. Dar dacă chiar ai vrut să-l mărim la scară umană, unde putem privi prin craniu, putem privi prin abdomen și pelvis, există o mulțime de oase acolo. Deci nu avem nevoie de miliamperi de curent, ci de sute de miliamperi de curent tubular, curent. Deci acolo suntem, încercăm să inovăm. Putem combina multe dintre sursele de raze X modulate sau putem avea mai multe canale care se combină pentru a vă oferi fluxul de electroni necesar pentru a construi sursa puternică de raze X de care avem nevoie. Și asta este o provocare de inginerie. Adică, în principiu, am arătat că este realizabil, dar pentru a o extinde în sens ingineresc necesită resurse, și asta este ceea ce încercăm să facem. Realizator: Înțeleg, foarte interesant. Eu, de fapt, o să vă mai pun o întrebare, Keith, și să vă vorbesc despre, știți, ce, am vorbit despre beneficiile ciocnirii lumii și, și extinderea acestui lucru, dar, doar, doar terminând cu o idee despre de ce, despre și, și cred că ați atins acest lucru pe scurt, dar, dar pentru a extinde, ideea că tehnologiile pentru care le dezvoltăm, pentru explorarea stelelor și pentru și pentru zborurile spațiale, cum , cum pot îmbunătăți viața pe Pământ și, și acesta este un exemplu, corect, vorbim despre asta, tehnologie spațială, observarea stelelor care sunt aduse în domeniul medical, dar doar acest concept de, de ce transferul de tehnologie este important și de ce explorarea pentru a rezolva probleme, pentru că, pentru spațiu, poate fi adusă pe Pământ, de ce asta, de ce este acea aventură, este important să continuăm. Keith Gendreau: Sigur. Adică, știi, noi, cu NICER pe stația spațială, petrecem mult timp studiind stelele neutronice și apare întrebarea, de ce contează asta? Știi, noi, știi, stelele neutronice sunt, sunt obiecte cu adevărat interesante în univers și ceea ce învățăm din studierea acelor stele neutronice va avea un impact direct asupra lumii în care trăim chiar acum. Noi, măsurătorile noastre ale razei și masei stelelor neutronice, conducem fizica nucleară chiar acum. Știi, cum, cum se comprimă neutronii, se descompun în quarci? Știi, acestea sunt lucruri care ar putea duce la forme viitoare de energie; ei, sunt importante din mai multe motive. Studiul stelelor neutronice înseși, deci, de fapt, o parte a misiunii noastre MAI BUNĂ a fost ceva numit SEXTANT, Station Explorer pentru cronometrarea cu raze X și tehnologia de navigație și, ceea ce era, a fost să se uite la un subset de stele neutronice numite pulsari de milisecunde. , acel puls cu o regularitate care este comparabilă cu cea a ceasurilor atomice. Și, dar sunt, apar în mod natural în galaxie. Și, știți, ceasurile atomice formează fundamentul Sistemului de poziționare globală, sau GPS, pe care îl folosim pentru a naviga aici pe suprafața Pământului. Dar dacă vrem să părăsim Pământul și vrem să mergem în spațiul profund, în planetele exterioare și în afara sistemului solar, GPS-ul nu prea funcționează pentru noi, deoarece constelația noastră de sateliți GPS este orbita medie a Pământului. Deci, unul dintre lucrurile pe care le-am făcut cu NICER în privința stelelor neutronice este să măsurăm, este de fapt să demonstrăm cum am putea folosi stelele neutronice care apar în mod natural în spațiu ca fundație pentru un sistem de navigație „GPS galactic”, și am demonstrat de fapt. este pe ISS. Și am obținut, am putea, doar folosind pulsari, să ne dăm seama unde se află ISS până la zece kilometri. Și s-ar putea să nu sune cu adevărat fantastic în comparație cu alte tehnici de navigație, dar ceea ce este interesant este că, atunci când zburăm pe lângă Pluto în acest moment, nu există nicio infrastructură care să îți ofere o rezoluție aproape de zece kilometri pe planetele exterioare și am putut să dovedim asta aici, pe ISS. Ceea ce este frumos la asta pe Pământ este că, știi, acum avem o modalitate independentă de a direcționa ceasurile atomice, potențial, privind stelele neutronice ca pe un fel de scară cosmică, știi, la care ne-am putea lega. Și asta, știi, timpul este foarte important pentru multe lucruri aici pe Pământ, în primul rând pentru navigație. Gazda: Fantastic. Da, o mulțime de aplicații. Vă mulțumim amândurora pentru, pentru, pentru că ne-ați plimbat prin această poveste fantastică a transferului de tehnologie și, și, și ați vorbit despre beneficiile în, în fiecare dintre lumile voastre respective, în, în astronomie și, desigur, în domeniul medical. Da, lui Raj și lui Keith, din nou, vă mulțumesc amândurora pentru că ați venit la Houston We Have a Podcast, aceasta a fost o discuție absolut fascinantă. Am învățat atât de multe. Eu, făceam tot posibilul să absorb toate tehnologiile complicate despre care vorbiți, cu raze X și, și, și cred că ați făcut amândoi o treabă foarte bună, de a le prezenta pentru , pentru ca cineva ca mine să înțeleagă. Dar ceea ce este chiar, ceea ce este mai clar pentru mine este doar legătura dintre aceste lumi și, și transferul de tehnologie și asta, pentru mine, este la fel de clar de ce, de ce este important. Așa că vă mulțumesc amândurora pentru că ați venit. Apreciez foarte mult timpul tău. Keith Gendreau: Vă mulțumim că ne-ați primit. Raj Gupta: Mulțumesc foarte mult. [Music] Gazdă: Hei, mulțumesc că ai rămas. O poveste destul de cool cu Raj și Keith astăzi, despre cum s-au cunoscut și cum s-au ciocnit aceste două lumi. Mi s-a părut foarte interesant. Desigur, este una dintre multele tehnologii care au o poveste ca aceasta. Aceasta este o poveste destul de comună la bordul Stației Spațiale Internaționale. Puteți consulta mai multe povești similare la NASA.gov/ISS, asigurați-vă că consultați pagina de cercetare și tehnologie de acolo. Vorbim destul de mult despre aceste tehnologii pe acest podcast și despre multe alte subiecte. Avem, vreau să spun, acesta este episodul 243, așa că puteți parcurge întreaga noastră colecție fără o ordine anume, trebuie doar să vedeți orice episod care vă interesează la colecția noastră pe NASA.gov /podcasturi. Există, de asemenea, multe alte emisiuni în cadrul agenției pe care le puteți vedea cât timp sunteți acolo. Dacă doriți să vorbiți cu noi, suntem pe paginile NASA Johnson Space Center de pe Facebook, Twitter și Instagram; pur și simplu folosește hashtag-ul #AskNASA pe platforma ta preferată pentru a trimite o idee sau a pune o întrebare, asigură-te doar că este pentru noi la Houston We Have a Podcast. Acest episod a fost înregistrat în martie 22 și 2022. Mulțumim lui Alex Perryman, Pat Ryan, Heidi Lavelle și Belinda Pulido pentru ajutorul acordat în podcast, ca întotdeauna. Mulțumim lui Rachel Barry și Nicole Rose din biroul de cercetare al programului ISS pentru că au sugerat subiectul și lui Jayden Jennings pentru că a ajutat la scrierea episodului de astăzi. Și, bineînțeles, mulțumesc din nou Dr. Rajiv Gupta și Dr. Keith Gendreau pentru timpul acordat să vină în emisiune. Oferiți-ne o evaluare și feedback pe orice platformă pe care ne ascultați și spuneți-ne ce părere aveți despre podcastul nostru. Ne vom întoarce săptămâna viitoare.
