X射线激光器测量单个原子

2012-12-04 14:53

　　研究小物件通常需要大机器。例如，激光器研究单原子需要大型设备加速电子产生的高能量x射线辐射。Harima的RIKEN SPRING-8中心研究人员已经开发出一种更经济实惠的电子激光器--SPRING-8 Angstrom紧凑型自由电子激光器（SACLA），它不仅结构紧凑，成本低廉，而且提供前所未有的短波长x射线。

　　自2012年3月起SACLA开始运营。该研究小组的MAKINA Yabashi描述了它的典型研究如光与物质的非线性干射和材料的生物成像与超快相变。

　　高能量激光器是基于沿曲线快速运动的加速电子也能发出辐射的原理。这种辐射能量及其产生的波长取决于加速度。曲径越弯，所发出的光波长越短。这是自由电子激光器的工作原理。

　　Spring-8的目的是通过产生更短的波长突破自由电子激光器的极限。这意味着在激光器的波动器段发射电子沿非常弯曲的曲线运动。通常而言，弯曲的电子束大约是几厘米。SACLA团队通过直接放置磁铁使电子束偏转进入真空室已经实现了只有1.8厘米的电子束。这使激光波长减少到0.6埃，大约是氢原子的半径。

SACLA的原理：该激光器由多个电子加速段（C-TWA）和聚焦元件组成。

然而，实现短波长操作的关键是波动器（UND）的设计。

　　SACLA的优点在于，与其他自由电子激光器相比，该设备较小。"我们设计的X射线自由电子激光器设备比美国和欧洲的更小，"Yabashi解释道。他说，"大幅降低的制造和运行成本让许多研究机构或大学都可以制造这样的设备，在生物、化学和物理等一系列广泛应用中使用强大的激光。"

　　该小组计划提高激光束的能量密度，这样可以使生物成像更容易。已经有科学家对使用该激光器兴趣浓厚，而其他机构正计划制造类似机器。与此同时，SACLA正投入商业运用。

sofia译 Alex校对