桌面高能微型化X射线光源系统问世

2010-10-26 10:02 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网10月25日(北京时间)报道,一国际研究小组开发出一种微型同步加速高能X射线光源系统,其能效和质量可与世界上某些最大的X光源设备媲美,这种微型化的廉价高质量X射线光源将有着广泛应用前景。相关研究论文刊登在10月24日的《自然·物理学》杂志上。

  新设备由英国伦敦帝国学院、美国密歇根州立大学和葡萄牙里斯本大学高等技术学院的科学家共同研制,能在桌面上实现当前巨大激光设备的多项功能。他们的缩微系统采用了一种微型氦气喷气机和一种高能激光,是一种只有铅笔粗细的超短波高能空间相干X射线光束。

  论文第一作者、伦敦帝国学院物理系的斯蒂凡·柯耐普博士说,我们在产生更加简洁廉价的高能高质X射线方面迈出了第一步。用相对简单的系统,在几毫米范围内产生的高质量X射线光束,能和几百米长的同步加速器产生的光束媲美。尽管我们的技术目前还不能与世界上少数几个大型的X射线源直接竞争,但对于当前某些难以办到的检测来说,它提供了一种重要的应用手段。

  新系统产生的X射线具有极短脉冲长度。它们能从一个约1微米的空间小点产生,这会导致一个狭窄的X光束,使研究人员能清楚地看到目标物的细节。这些特性是其他X光源不具备的,超短脉冲使研究人员能以毫微微秒(千万亿分之一秒)的解析度测量原子和分子的互相反应。

  新型X射线系统发出称为HERCULES的超高能激光束,进入氦气喷气机生成一个微小的等离子氦柱,激光脉冲在这个等离子内部,生成一个被带负电荷的电子包围的带正电的氦离子泡。

  由于这种电荷分离,等离子泡具有强大的电场,不仅能促使等离子体重的某些电子形成能量束,还能使光速“扭动”。当电子束扭动它产生的峰值共振X射线光束时,就能够在实验中进行测量。

  这一过程跟其他同步加速光源中所发生的过程相似,但是在一个微观领域内产生。整个桌面X射线源装在一个边长约1米的真空箱里,加速和X射线的产生在不足一平方厘米范围内。这种微型化导致更加廉价高质量的X射线光源,也将带来超短高耀度的属性。

  研究人员称,像这样的系统有很多用途,比如使用高能X射线,它最终能极大地提高医学图像的解析度,也能更容易地检测机翼接合有没有微缝隙,还能用于开发特殊科学应用,X射线的超短脉冲可在极短时间内研究“结冰”运动。