同步輻射X射線(xiàn)裝置實(shí)現小型化

　　通過(guò)使用一個(gè)小巧但功能強大的激光器，美國內布拉斯加大學(xué)林肯分校的科學(xué)家開(kāi)發(fā)出了一種能夠放在普通房間或卡車(chē)上的小型同步輻射X射線(xiàn)裝置，有望改變人們對這類(lèi)裝置的印象，拓展同步輻射X射線(xiàn)的應用范圍。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的《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(kāi)發(fā)應用的“超級顯微鏡”，能夠幫助科學(xué)家看到人類(lèi)無(wú)法想象的物質(zhì)細微結構。同步輻射X射線(xiàn)是其中的一種，與普通X射線(xiàn)相比，其成像質(zhì)量更高、細節更為豐富，在探索物質(zhì)內部結構和醫學(xué)成像等領(lǐng)域均有著(zhù)重要的應用價(jià)值。但因其規模大、造價(jià)高、運行維護費用昂貴，目前只有為數不多的幾個(gè)國家建有這樣的設備，極大地限制了該技術(shù)的應用和普及。

　　在傳統的同步輻射設備中，要產(chǎn)生這樣的射線(xiàn)需要將電子加速到非常高的能量，而后周期性地改變方向，引導其在X射線(xiàn)的波長(cháng)范圍內釋放能量，產(chǎn)生同步輻射X射線(xiàn)，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(shí)現了同樣的目的。他們首先將激光束集中匯聚到一個(gè)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(dòng)，生成高質(zhì)量的同步輻射X射線(xiàn)，這一過(guò)程也被稱(chēng)為康普頓散射。值得注意的是，在此過(guò)程中光子的能量被增加了上百萬(wàn)倍，而產(chǎn)生這些高能射線(xiàn)的核心裝備還沒(méi)有一個(gè)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。這就如同讓兩顆子彈在空中相撞一樣。而要讓這種“光子子彈”相撞更為困難，因為它們速度都接近光速。

　　領(lǐng)導這項研究的內布拉斯加大學(xué)林肯分校強光實(shí)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(xiàn)設備讓更多的科研人員和醫生獲得了更強大的研究和診斷工具。