世界最亮X光機(jī)開機(jī)
世界最亮X光機(jī)開機(jī)
來源：參考消息網(wǎng)
參考消息網(wǎng)9月22日?qǐng)?bào)道 據(jù)英國《新科學(xué)家》周刊網(wǎng)站9月18日?qǐng)?bào)道，世界上最亮的X光機(jī)剛剛產(chǎn)生了它的第一束破紀(jì)錄的X射線，這將使研究人員能夠以無與倫比的細(xì)節(jié)觀察原子、分子和化學(xué)反應(yīng)。
這臺(tái)X光機(jī)——美國加利福尼亞州SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室的直線加速器相干光源-Ⅱ(LCLS-Ⅱ)X射線激光器——最近完成了一項(xiàng)十多年前開始的升級(jí)過程。它目前所產(chǎn)生的X射線亮度平均是原有LCLS所產(chǎn)生的X射線亮度的1萬倍。
LCLS-Ⅱ通過涉及激光、電子、微波和磁鐵的復(fù)雜過程產(chǎn)生X射線。首先，研究人員使用紫外線激光將電子從銅板中敲出，然后用發(fā)射強(qiáng)烈微波脈沖的裝置加速這些電子。這些電子隨后穿過由數(shù)千個(gè)磁體組成的迷宮。這使得它們來回?cái)[動(dòng)，并以可預(yù)測、受良好控制的爆發(fā)方式發(fā)射X射線。研究人員將這些脈沖引導(dǎo)到物體和材料上，對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像。
LCLS-Ⅱ產(chǎn)生的X射線變得如此明亮，部分原因是SLAC團(tuán)隊(duì)用鈮制成的襯里翻新了電子穿過的3公里長的金屬管。當(dāng)冷卻到零下271攝氏度時(shí)，鈮可以承受暴露在前所未有的高能電子中。為了使金屬管保持適當(dāng)?shù)睦鋮s，研究小組不得不在地下安裝一個(gè)巨大的低溫裝置。
SLAC的邁克·鄧恩說，還有其他工程方面的挑戰(zhàn)：迷宮磁體必須極其精確地校準(zhǔn)，以確保X射線脈沖具有正確的形狀。他說：“該系統(tǒng)的每個(gè)部分都必須同時(shí)正常工作。”
鄧恩及其同事于2022年9月開始發(fā)送電子穿過鈮管。在過去12個(gè)月里，他們一直在校準(zhǔn)這臺(tái)機(jī)器的每一個(gè)部件，并逐步提高其功率。
澳大利亞樂卓博大學(xué)的納迪婭·扎采平說：“這是一個(gè)令人難以置信的過程，它見證了這項(xiàng)用于觀察自然活動(dòng)的破壞性但強(qiáng)大的新技術(shù)的發(fā)明和建成。一開始，有很多懷疑論者，他們說這臺(tái)鬧哄哄、不穩(wěn)定的機(jī)器野獸——第一臺(tái)LCLS——永遠(yuǎn)不會(huì)帶來新的科學(xué)。如今，十多年過去了，使用這些X射線已經(jīng)很成熟，使我們能夠以前所未有的細(xì)節(jié)觀察生化過程是如何在原子尺度上發(fā)生的。”
扎采平說，LCLS-Ⅱ?qū)⑹寡芯咳藛T能夠制作生物學(xué)過程的“分子電影”，比如哺乳動(dòng)物視覺、光合作用、藥物結(jié)合和基因調(diào)控等。
鄧恩說，這臺(tái)機(jī)器不僅能夠產(chǎn)生明亮的X射線，而且能夠在極短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量X射線，這將使研究人員能夠看到技術(shù)上重要的材料內(nèi)部發(fā)生了什么，例如用于人工光合裝置或下一代半導(dǎo)體的材料。他說，此外，在量子水平上沒有被完全理解的更奇特的材料——超導(dǎo)體或所謂的拓?fù)湎唷梢酝ㄟ^用LCLS-Ⅱ的X射線進(jìn)行研究來揭開它們的神秘面紗。
鄧恩說：“這是一個(gè)用途非常廣泛的科學(xué)工具，就像一個(gè)強(qiáng)大的顯微鏡，可以研究從量子材料、生物系統(tǒng)、催化化學(xué)到原子物理學(xué)的一切，它將研究所有這些，還有很多很多。”
