同步輻射X射線裝置實現(xiàn)小型化

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)11月25日（北京時間）報道，通過使用一個小巧但功能強大的激光器，美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校的科學(xué)家開發(fā)出了一種能夠放在普通房間或卡車上的小型同步輻射X射線裝置，有望改變?nèi)藗儗@類裝置的印象，拓展同步輻射X射線的應(yīng)用范圍。相關(guān)論文發(fā)表在zui近出版的《自然·光子學(xué)》雜志上。

同步輻射光源是多學(xué)科前沿研究和高技術(shù)開發(fā)應(yīng)用的“超級顯微鏡”，能夠幫助科學(xué)家看到人類無法想象的物質(zhì)細微結(jié)構(gòu)。同步輻射X射線是其中的一種，與普通X射線相比，其成像質(zhì)量更高、細節(jié)更為豐富，在探索物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域均有著重要的應(yīng)用價值。但因其規(guī)模大、造價高、運行維護費用昂貴，目前只有為數(shù)不多的幾個國家建有這樣的設(shè)備，極大地限制了該技術(shù)的應(yīng)用和普及。

在傳統(tǒng)的同步輻射設(shè)備中，要產(chǎn)生這樣的射線需要將電子加速到非常高的能量，而后周期性地改變方向，引導(dǎo)其在X射線的波長范圍內(nèi)釋放能量，產(chǎn)生同步輻射X射線，因此必須用到巨大的加速器。而新研究中，科學(xué)家們用激光取代了電子加速器和其中的磁鐵，實現(xiàn)了同樣的目的。他們首先將激光束集中匯聚到一個氣體射流上，形成強流相對論性電子束。而后再讓另外一束激光與其匯聚，由此產(chǎn)生電子高速振動，生成高質(zhì)量的同步輻射X射線，這一過程也被稱為康普頓散射。值得注意的是，在此過程中光子的能量被增加了上百萬倍，而產(chǎn)生這些高能射線的核心裝備還沒有一個硬幣大。

該技術(shù)的核心是找到讓散射激光束和激光加速的電子束這兩條細微光束發(fā)生碰撞的方法。而要讓這種相撞更為困難，因為它們速度都接近光速。

領(lǐng)導(dǎo)這項研究的內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校強光實驗室主任唐納德·烏姆斯塔特教授認為，小型化同步輻射X射線設(shè)備讓更多的科研人員和醫(yī)生獲得了更強大的研究和診斷工具。