Физика

Рентгеновские лучи с высокой спектральной яркостью получили без синхротронного излучения

Рентгеновские лучи с высокой спектральной яркостью получили без синхротронного излучения

Malte Vassholz, Tim Salditt / Science Advances, 2021

Физики сконструировали новый источник рентгеновского излучения, который не только генерирует фотоны, но и позволяет контролировать их направление. С его помощью можно получить лучи с высокой спектральной яркостью в обычной лаборатории. Раньше это было возможно только на синхротронах. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Рентгеновское излучение — это фотоны, энергии которых соответствуют длинам волн порядка размера одного атома, поэтому кристаллическая решетка вещества является для них дифракционной решеткой. Измеряя углы и интенсивность дифрагированных лучей, можно получить представление об атомарной структуре вещества. В обычных лабораториях рентгеновские лучи получают с помощью рентгеновских трубок. Более интенсивные лучи исходят от частиц, движущихся по искривленным траекториям в магнитном поле, но такое излучение можно получить только на синхротроне.

Важной характеристикой рентгеновских лучей является их спектральная яркость. Это величина, описывающая концентрацию фотонов в пучке. Чтобы получить яркие рентгеновские лучи, нужно собрать фотоны вместе, то есть, заставить их лететь в одном направлении. Направлять рентгеновские лучи сложнее, чем другие виды излучения, и для этого физики используют для этого направляющий канал — волновод, — куда фотоны попадают после трубки.

Из синхротронного излучения физикам уже удалось получить лучи с полушириной менее 10 нанометров с помощью волновода, состоящего из тонкой пленки с низкой электронной плотностью атомов, окруженной оболочкой с высокой электронной плотностью. Однако не у каждой лаборатории есть доступ к синхротрону.

Мальте Васхольц (Malte Vassholz) и Тим Салдит (Tim Salditt) из Гёттингенского университета предложили новый способ направления рентгеновских лучей с помощью волновода, который можно реализовать в условиях обычной лаборатории.

Ученые не стали генерировать луч в трубке, а затем вводить его в оптический направляющий канал. Вместо этого они использовали анодную мишень с многослойной структурой, которая сыграла роль одновременно и источника фотонов, и волновода.

Электронный луч (е) падает на волновод, состоящий из оболочки (CL), направляющего слоя (GL) и центрального металлического слоя (FL).

Malte Vassholz, Tim Salditt / Science Advances, 2021

В статье описаны эксперименты с тремя видами мишеней: из железа и никеля, молибдена и углерода, кобальта и меди. Тонкие металлические пленки (от 1 до 30 нанометров) наслаивали друг на друга в разных последовательностях, получая волноводы или массивы из нескольких волноводов.

Спектр генерируемых рентгеновских лучей менялся в зависимости от последовательности слоев. Излучение происходило уже не по любым направлениям, а только параллельно слоям. Ученым удалось добиться спектральной яркости порядка 1011 фотонов из спектральной полосы шириной 0,01 длины волны, испускаемых единичной площадью сечения источника в единицу времени в телесный угол 1 миллирадиан в квадрате. Обычно для рентгеновских трубок это значение составляет 107-108 в тех же единицах. То есть, новая установка позволила повысить концентрацию фотонов в пучке на несколько порядков. 

Ранее физики из Гёттингенского университета уже экспериментировали с конструкцией волновода. Например, в этой новости мы писали о том, как им удалось изогнуть рентгеновский пучок. А здесь можно прочитать о том, как получают излучение на синхротронах. 

Источник

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть
Закрыть