Kompaktowy generator promieniowania synchrotronowego

Kompaktowy generator promieniowania synchrotronowego

W porównaniu do zwykłych promieni rentgenowskich, synchrotronowe promieniowanie rentgenowskie pozwala robić zdjęcia wyższej jakości przy mniejszym użyciu promieniowania. Jednak, tradycyjne rentgeny synchrotronowe są ogromne i kosztowne; można je poza tym znaleźć jedynie w paru miejscach na całym świecie. Naukowcy z University of Nebraska- Lincoln (UNL) twierdzą, że opracowali urządzenie, które wykorzystuje kompaktowy laser do wytworzenia tego typu promieniowania.

Zespół, który wynalazł urządzenie, twierdzi, iż może ono być wykorzystane w wielu zaawansowanych dziedzinach, w tym do skanowania w wysokiej rozdzielczości we wcześniejszej identyfikacji nowotworu, lub badania bardzo szybkich reakcji, których nie można dostrzec konwencjonalnymi promieniami rentgenowskimi.

W tradycyjnych maszynach synchrotronowych elektrony są przyspieszane do bardzo wysokiej energii, a następnie zmienia się okresowo ich kierunek, prowadząc do emisji promieniowania o długości fali promieniowania rentgenowskiego.

Przyjmując alternatywne podejście, zespół z UNL zastąpił zarówno przyspieszacz elektronów, jak i magnesy odchylające światło laserowe. Najpierw skupił wiązkę laserową na strumieniu gazu, tworząc strumień relatywistycznych elektronów. Następnie zogniskował promień lasera na inną przyspieszoną wiązkę elektronów. Szybko wirujące cząstki wyemitowały jasny wybuch synchrotronowego promieniowania X (zwanego rozpraszaniem Comptona). Co ciekawe, energia pojedynczego fotonu podczas tego procesu wzrosła milionkrotnie. Imponujące jest także, że łączna długość akceleratora i synchrotronu była mniejsza od średnicy monety.

„Promienie rentgenowskie, które wcześniej były generowane przy pomocy kompaktowych laserów były pozbawione kilku cech wyróżniających promieniowanie synchrotronowe, takich jak stosunkowo czyste i przestrajalne spektrum kolorów", wyjaśnia Donald Umstadter, jeden z naukowców. „Nowe urządzenie napędzane laserem wytwarza promieniowanie rentgenowskie w znacznie większym zakresie energii fotonów, rozciągające się do energii promieniowania gamma jądrowych."

Umstadter porównuje ten przełom do rozwoju komputerów osobistych, dający większej liczbie osób dostęp do mocy obliczeniowej. „Miniaturyzacja elementów zaawansowanej technologii laserowej znajdzie zastosowanie w medycznych laboratoriach badawczych i na uczelniach wyższych, które z kolei mogą zwiększyć możliwości nowych zastosowań dla promieni rentgenowskich."

„Mamy nadzieję, że ta nowa technologia będzie prowadzić do wniosków, z których skorzystają zarówno nauka, jak i społeczeństwo", podsumował.

(rr)