开辟X射线研究新前景 欧洲同步辐射装置“重生”

仙仙

欧洲同步辐射装置（ESRF）的官员上周宣布，重新启用其位于法国格勒诺布尔的完全重建的X射线源。这个环形机器，周长844米，产生的X射线光束比重建前要亮100倍，比医用X射线要亮10万亿倍。这种强烈的辐射可能为X射线科学开辟新前景，比如在分解单个细胞的同时对整个器官进行三维成像。


据《科学》报道，ESRF总干事Francesco Sette在7月8日的线上新闻发布会上表示，“ESRF的光明回来了”。重建的同步加速器，被称为EBS，将于8月下旬向普通用户开放，但自4月以来，研究人员已使用其强光束研究新冠病毒以及该疾病对人体的影响。随着美国、日本和其他十几个国家开发出类似的机器，EBS正在为其他国家的研究指明道路。


同步加速器是一种环形加速器，可以将电子等带电粒子提升到高能量和近光速。就像一块湿抹布在你头上旋转时会溅起水滴一样，循环的电子会辐射出光子。如果电子有足够的能量，则会辐射X射线。20世纪50年代，科学家开始从为粒子物理实验建造的电子加速器中虹吸X射线。20世纪80年代出现了专用的X射线同步加速器，它使用一种叫做“摇摆器”的磁铁，在电子旋转时摇动电子，使其产生更多的X射线。


ESRF加速器和源部主任Pantaleo Raimondi说，ESRF的X射线变亮的诀窍是进一步缩小机器中已经很小的电子束。新机器将使一个高2微米、宽20微米的带状光束循环，宽度是旧光束的1/30。


ESRF的物理科学研究主任Harald Reichert表示，这台重建的机器为X射线科学打开新的窗口。硬X射线可以穿透比低能量X射线深得多的材料，新机器的高强度X射线束将使其能够研究厚达1米的样品。


X射线光子是从微小的电子束中产生的，它们会像激光中的光子一样同步振荡，这加强了X射线束的波状性质。而这种增强可使重建后的ESRF在成像方面具有很大优势。当研究人员用X射线束照射样品时，材料的变化使相干X射线波产生不同程度的延迟，在远处的探测器上会产生斑驳的亮度模式。从许多这样的模式中，研究人员可以提取样本的详细3D图像。（沙森）