歐洲同步輻射裝置「重生」,開闢X射線研究新前景

2020-12-12 瀟湘晨報

歐洲同步輻射裝置（ESRF）的官員上周宣布，重新啟用其位於法國格勒諾布爾的完全重建的X射線源。這個環形機器，周長844米，產生的X射線光束比重建前要亮100倍，比醫用X射線要亮10萬億倍。這種強烈的輻射可能為X射線科學開闢新前景，比如在分解單個細胞的同時對整個器官進行三維成像。

據《科學》報導，ESRF總幹事Francesco Sette在7月8日的線上新聞發布會上表示，「ESRF的光明回來了」。重建的同步加速器，被稱為EBS，將於8月下旬向普通用戶開放，但自4月以來，研究人員已使用其強光束研究新冠病毒以及該疾病對人體的影響。隨著美國、日本和其他十幾個國家開發出類似的機器，EBS正在為其他國家的研究指明道路。

同步加速器是一種環形加速器，可以將電子等帶電粒子提升到高能量和近光速。就像一塊溼抹布在你頭上旋轉時會濺起水滴一樣，循環的電子會輻射出光子。如果電子有足夠的能量，則會輻射X射線。20世紀50年代，科學家開始從為粒子物理實驗建造的電子加速器中虹吸X射線。20世紀80年代出現了專用的X射線同步加速器，它使用一種叫做「搖擺器」的磁鐵，在電子旋轉時搖動電子，使其產生更多的X射線。

ESRF加速器和源部主任Pantaleo Raimondi說，ESRF的X射線變亮的訣竅是進一步縮小機器中已經很小的電子束。新機器將使一個高2微米、寬20微米的帶狀光束循環，寬度是舊光束的1/30。

ESRF的物理科學研究主任Harald Reichert表示，這臺重建的機器為X射線科學打開新的窗口。硬X射線可以穿透比低能量X射線深得多的材料，新機器的高強度X射線束將使其能夠研究厚達1米的樣品。

X射線光子是從微小的電子束中產生的，它們會像雷射中的光子一樣同步振蕩，這加強了X射線束的波狀性質。而這種增強可使重建後的ESRF在成像方面具有很大優勢。當研究人員用X射線束照射樣品時，材料的變化使相干X射線波產生不同程度的延遲，在遠處的探測器上會產生斑駁的亮度模式。從許多這樣的模式中，研究人員可以提取樣本的詳細3D圖像。

【來源：中國科學報】

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