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既然XFEL如此强,如何克服辐射损伤(radiation damage)的?

2018.3.15

首先要解决的是飞秒脉冲的超高亮度 XFEL能否缓解或者克服辐射损伤的问题。生物样本或生物学大分子与x射线或电子束相互作用时,辐射损伤是必须考虑的。分辨率越高,辐射损伤效应越明显,解析出的结构的真实性受影响。早在2000年时,瑞典Uppsala University的Janos Hajdu研便利用分子动力学模拟的结果表明,溶菌酶分子在XFEL的高强度脉冲作用下,其结构可以在2fs的时间内保持不变,5fs的时间内结构的误差还可以忍受,超过10fs后,分子结构将会发生很大的变化。结果说明只要脉冲足够短,那么则可以获取未发生变化前的衍射信号,以解析结构。

Reference:  R. Neutze. Wouts, et al., Nature,406 752 (2000)

直到2006年,鼎鼎有名的德国DESY的Henry Chapman借助德国境内的FLASH 软x射线自由电子激光与相干衍射成像技术(Coherent Diffraction Imaging)首次从实验上证实了”Diffraction
before Destruction”
的可行性。证实了样品在受到辐射损伤完全离子化并被汽化前可获取有效衍射信号。第二个脉冲信号获取的结果表明样品已被高强度脉冲损坏并汽化。这一实验的成功,对X射线自由电子激光在实际的科学研究中具有重大意义。

Reference:  Chapman, H.N., et al. Femtosecond diffractive imaging with a soft-x-ray free-electron laser. Nat Phys. 2006, 2, 839-843.




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