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2007-05-22 10:22 |
小型X射線激光器研發(fā)取得進(jìn)展
最近，位于美國科羅拉多州州立大學(xué)波德分校的研究小組研究開發(fā)了一種能產(chǎn)生激光式X光光束的新技術(shù)，清除了在長達(dá)數(shù)十年探索建立桌面X線激光器過程中的一個(gè)主要障礙。 c"%_]7
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研究小組在JILA（科州大學(xué)波德校區(qū)與美國國家標(biāo)準(zhǔn)局的聯(lián)結(jié)組織）的帶頭人——科州大學(xué)波德校區(qū)物理學(xué)教授Henry Kapteyn和Margaret Murnane表示，近半個(gè)世紀(jì)以來，科學(xué)家們一直在設(shè)法建立一個(gè)成本合理、同時(shí)規(guī)模也容易接受的X射線激光器，來提供超高的圖像分辨率。當(dāng)前大部分的X線激光器需要巨大的能量，單是融合激光裝置就有足球場那么大，使其使用變得很不實(shí)際。Kapteyn 教授說：“我們最終找到了避開這樣龐大能源的辦法。”他們將關(guān)于該課題的文章發(fā)表在了《自然物理學(xué)雜志》在線版上。 T;:',T[ G
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如果他們繼續(xù)開發(fā)此項(xiàng)新技術(shù)，將其延伸到電磁頻譜的硬X射線區(qū)（他們認(rèn)為這只是時(shí)間上的問題，因?yàn)榇诉^程中沒有任何物理方面原則性問題的障礙），那么這個(gè)結(jié)果將可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域中。 oSu|Y n
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Murnane教授說：“如果我們可以做到這點(diǎn)，那么就可以將X射線的圖像分辨率提高上千倍，還會(huì)對(duì)藥學(xué)、生物學(xué)和毫微技術(shù)產(chǎn)生影響。例如，目前醫(yī)院內(nèi)的X射線源像燈泡一樣大小，導(dǎo)致醫(yī)院內(nèi)用的X射線受到空間分辨率的限制，所以并不能檢測出很小的腫瘤。如果你有明亮的、像激光樣的X射線光束，就可以形成超高分辨率的圖像。” m5' __<
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為了產(chǎn)生像激光樣的X射線光束，研究小組使用強(qiáng)大的激光從氬原子（高穩(wěn)定的化學(xué)元素）拉過來一個(gè)電子，然后再灌回相同的原子。這個(gè)來去行為產(chǎn)生了弱的、但是直束的X射線。 $X.'W\o|
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據(jù)Kapteyn教授表示，他們需要解決的問題是——要將從大量原子發(fā)射出的不同X射線波進(jìn)行結(jié)合，以產(chǎn)生可使用的、足夠明亮的X射線光束。換句話說，他們需要產(chǎn)生足夠大的光波一起流動(dòng)，進(jìn)而制造出強(qiáng)大的X射線。 nL7S3
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Murnane教授還透露，他們目前面臨的最大問題是——由于可見激光和X射線在氬氣中是以不同的速度傳播的，所以X射線光波不是全都以“相同步調(diào)”出現(xiàn)。這就意味著，當(dāng)一些X射線波與從相似區(qū)域的光波結(jié)合變得更強(qiáng)時(shí)，會(huì)被來自不同區(qū)域的光波抵消，這樣就會(huì)使X射線輸出變?nèi)酢? [kp7LA"`
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為了改進(jìn)這個(gè)問題，研究人員將一些可見激光的弱脈沖輸送到與激光束相反方向的氣體中產(chǎn)生X射線。弱激光束對(duì)從氬原子那里拉來與主光束不同步的電子進(jìn)行處理，然后在正確的時(shí)間將它們迅速送回到原子當(dāng)中以激發(fā)產(chǎn)生X射線，這樣就可以上百倍的加強(qiáng)光束強(qiáng)度。 D:6x*+jah)
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Kapteyn教授解釋說：“就像小孩子蕩秋千一樣，如果你總是在正確的時(shí)間推，那么秋千將越蕩越高，但如果你推的時(shí)間不正確，那么秋千最終會(huì)停下來。其實(shí)我們的這一發(fā)現(xiàn)本質(zhì)上就是——在正確的時(shí)間推動(dòng)秋千，只是我們研究的不是推秋千而是控制光束。把光線放在正確的位置，我們就不會(huì)在錯(cuò)誤的時(shí)間推秋千。”
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