211service.com
Miniaturowy synchrotron
Synchrotrony to ogromne obiekty, które mogą wytwarzać intensywne, wysokiej jakości wiązki promieniowania rentgenowskiego do celów naukowych. Zwykle mają rozmiar boiska piłkarskiego, a ich budowa i eksploatacja kosztują setki milionów dolarów. Ale teraz naukowcy z Technologie Lynce'a , start-up w Palo Alto w Kalifornii, skurczył synchrotron do rozmiarów pokoju. Ten miniaturowy synchrotron oferuje naukowcom nowy sposób wykonywania wysokiej jakości eksperymentów rentgenowskich we własnych laboratoriach.
Prześwietlenia w domu: Schemat miniaturowego synchrotronu (na górze) przedstawia wtryskiwacz wiązki elektronów (zielona rurka) oraz pierścień akumulacyjny. Wiązka elektronów krąży wokół pierścienia i na każdym obrocie zderza się z impulsem laserowym, emitując rozbłyski promieniowania rentgenowskiego. Na dole: Szczegółowy widok przedstawia elementy miniaturowego synchrotronu, który mieści się w pomieszczeniu.
Lyncean zbudował prototypowy synchrotron i konstruuje kolejny, który zostanie zainstalowany w tym roku w Instytut Badawczy Scripps w La Jolla, Kalifornia. Nowy synchrotron będzie używany przez Centrum Technologii Przyspieszonych dla Struktury Genu do Struktury 3D , który jest częścią inicjatywy struktury białka National Institutes of Health.
Przyrząd stołowy nie jest tak potężny jak wielkie synchrotrony, mówi Ronald Ruth, prezes i główny naukowiec Lyncean. Ale z drugiej strony jest znacznie tańszy i bardzo kompaktowy. Porównuje krajowe synchrotrony do superkomputerów, w których wielu użytkowników musi rywalizować przez ograniczony czas na jednej z wiązek. [Synchrotrony] odnoszą się do stanu techniki, mówi Ruth. Popychają kopertę. Ale ich wpływ jest tak szeroki, jak liczba osób, które chcą tam pojechać. Mówi, że miniaturowy synchrotron bardziej przypomina komputer osobisty, współdzielony przez kilku użytkowników i łatwo dostępny.
Promienie rentgenowskie są przydatne w badaniu właściwości materiałów, ponieważ ich długość fali jest mniej więcej tej samej wielkości co atomy i wiązania chemiczne między nimi. Na przykład krystalografia rentgenowska jest ważną metodą określania struktury białka. Promienie rentgenowskie uginają się podczas przechodzenia przez kryształ białka, generując charakterystyczny wzór interferencji. Analizując wzór, naukowcy mogą wywnioskować układ atomów, a tym samym określić strukturę białka.
W tego rodzaju badaniach promieniowanie synchrotronowe ma przewagę nad zwykłymi źródłami promieniowania rentgenowskiego: jest sto milionów razy jaśniejsze i silniej skoncentrowane, co pozwala na bardzo precyzyjne eksperymenty o wysokiej rozdzielczości. Synchrotrony wytwarzają również ciągłe źródło promieniowania rentgenowskiego zamiast krótkich błysków generowanych przez zwykłe lampy rentgenowskie. A światło synchrotronu można przestrajać, więc naukowcy mogą dopasować energię do badanego materiału.
Jakość światła z miniaturowego synchrotronu jest tak dobra, jak w przypadku dużych maszyn, mówi Franz Pfeiffer, fizyk z Instytutu Paula Scherrera i École Polytechnique Federale w Lozannie w Szwajcarii. To właśnie sprawia, że jest tak atrakcyjna, mówi. [To] łączy zalety posiadania czegoś stosunkowo małego z zaletami niezwykle jasnej wiązki dostępnej dzięki synchrotronom. To bardzo fajna rzecz.
Ruth po raz pierwszy ustalił, że miniaturowy synchrotron może być możliwy pod koniec lat 90., kiedy był profesorem w Stanford Linear Accelerator Center. Ruth i doktorant Zhirong Huang szukali sposobu na ochłodzenie wiązek elektronów poprzez nakłonienie ich do promieniowania. Odkryli, że uderzenie w wiązki laserem nie tylko skutecznie je chłodzi, ale także generuje promieniowanie rentgenowskie.
Efekt ten okazał się kluczem do zmniejszenia wielkości synchrotronu. Wielkie synchrotrony wykorzystują undulatory magnetyczne, które poruszają wiązką elektronów z boku na bok, krążąc wokół dużego pierścienia akumulacyjnego. Ruth wyjaśnia, że to poruszanie się, rzędu jednego centymetra, generuje promienie rentgenowskie, które są wyrzucane stycznie do koła, podobnie jak wirujący reflektor świeci światłem.
Miniaturowy synchrotron wykorzystuje tylko ruchomy impuls laserowy, który oddziałuje z wiązką elektronów za każdym razem, gdy przechodzi ona wokół pierścienia akumulacyjnego, który mieści się na blacie stołu. Wiggle jest o jedną dziesięciotysięczną mniejszy – tylko jeden mikrometr – a promienie rentgenowskie są emitowane w jednej wiązce.