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新技术让小型X射线激光器成为可能

2007-05-21 10:29
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   最近,位于美国科罗拉多州州立大学波德分校的研究小组研究开发了一种能产生激光式X光光束的新技术,清除了在长达数十年探索建立桌面X线激光器过程中的一个主要障碍。
 
    研究小组在JILA(科州大学波德校区与美国国家标准局的联结组织)的带头人——科州大学波德校区物理学教授Henry Kapteyn和Margaret Murnane表示,近半个世纪以来,科学家们一直在设法建立一个成本合理、同时规模也容易接受的X射线激光器,来提供超高的图像分辨率。当前大部分的X线激光器需要巨大的能量,单是融合激光装置就有足球场那么大,使其使用变得很不实际。Kapteyn 教授说:“我们最终找到了避开这样庞大能源的办法。”他们将关于该课题的文章发表在了《自然物理学杂志》在线版上。
 
    如果他们继续开发此项新技术,将其延伸到电磁频谱的硬X射线区(他们认为这只是时间上的问题,因为此过程中没有任何物理方面原则性问题的障碍),那么这个结果将可以应用于很多领域中。
 
    Murnane教授说:“如果我们可以做到这点,那么就可以将X射线的图像分辨率提高上千倍,还会对药学、生物学和毫微技术产生影响。例如,目前医院内的X射线源像灯泡一样大小,导致医院内用的X射线受到空间分辨率的限制,所以并不能检测出很小的肿瘤。如果你有明亮的、像激光样的X射线光束,就可以形成超高分辨率的图像。”
 
    为了产生像激光样的X射线光束,研究小组使用强大的激光从氩原子(高稳定的化学元素)拉过来一个电子,然后再灌回相同的原子。这个来去行为产生了弱的、但是直束的X射线。
 
    据Kapteyn教授表示,他们需要解决的问题是——要将从大量原子发射出的不同X射线波进行结合,以产生可使用的、足够明亮的X射线光束。换句话说,他们需要产生足够大的光波一起流动,进而制造出强大的X射线。
 
    Murnane教授还透露,他们目前面临的最大问题是——由于可见激光和X射线在氩气中是以不同的速度传播的,所以X射线光波不是全都以“相同步调”出现。这就意味着,当一些X射线波与从相似区域的光波结合变得更强时,会被来自不同区域的光波抵消,这样就会使X射线输出变弱。
 
    为了改进这个问题,研究人员将一些可见激光的弱脉冲输送到与激光束相反方向的气体中产生X射线。弱激光束对从氩原子那里拉来与主光束不同步的电子进行处理,然后在正确的时间将它们迅速送回到原子当中以激发产生X射线,这样就可以上百倍的加强光束强度。
 
    Kapteyn教授解释说:“就像小孩子荡秋千一样,如果你总是在正确的时间推,那么秋千将越荡越高,但如果你推的时间不正确,那么秋千最终会停下来。其实我们的这一发现本质上就是——在正确的时间推动秋千,只是我们研究的不是推秋千而是控制光束。把光线放在正确的位置,我们就不会在错误的时间推秋千。”
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