小型同步輻射X射線裝置問世

　　原本作為高能對(duì)撞機(jī)“副產(chǎn)品”的同步輻射光源，現(xiàn)在已經(jīng)是人類對(duì)“光”最前沿的應(yīng)用。不過正如文中所說，巨大的體積和昂貴的價(jià)格，成為其大規(guī)模使用的巨大障礙——?dú)W洲同步輻射光源的儲(chǔ)存環(huán)周長達(dá)844米，上海光源的投資超過12億元。如今，不論“迷你版”X射線裝置與“巨型版”同步輻射裝備相比，原理是否相同、功能是否弱化，都可以說它代表了一個(gè)方向——科學(xué)史上，很多了不起的技術(shù)都是通過微型化道路迎來了空前發(fā)展。

　　通過使用一個(gè)小巧但功能強(qiáng)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?duì)這類裝置的印象，拓展同步輻射X射線的應(yīng)用范圍。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的《自然·光子學(xué)》雜志上。

　　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(xì)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?yàn)樗鼈兯俣榷冀咏馑?。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校強(qiáng)光實(shí)驗(yàn)室主任唐納德·烏姆斯塔特教授認(rèn)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(qiáng)大的研究和診斷工具。

　　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(jí)顯微鏡”，能夠幫助科學(xué)家看到人類無法想象的物質(zhì)細(xì)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(xì)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(jià)值。但因其規(guī)模大、造價(jià)高、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用昂貴，目前只有為數(shù)不多的幾個(gè)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(shí)現(xiàn)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(qiáng)流相對(duì)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，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(gè)硬幣大。