Физики уместили аналог синхротрона на двух столах

Физикам удалось создать источник высококачественных рентгеновских импульсов относительно небольшого размера. Статья ученых опубликована в журнале Nature Physics, а ее краткое изложение приводит Nature News.

В настоящее время для получения высококачественного рентгеновского излучения используются синхротроны. В этих ускорителях элементарных частиц источниками рентгеновского излучения являются движущиеся электроны. Однако подобные источники занимают очень много места и стоят крайне дорого. Например, длина кольца относительно небольшого британского ускорителя ISIS составляет 163 метра.

В рамках новой работы источником рентгеновского излучения также выступали электроны. Ученые облучали 37-фемтосекундными (1 фемтосекунда = 10^-15 секунды) лазерными импульсами образец водорода. В результате атомы газа теряли электроны. После того как импульс проходил, электроны устремлялись обратно к положительно заряженным ионам. При этом они не сразу возвращались в состав атомов, а некоторое время колебались вокруг ионов.

В результате совместной работы большого количества таких "маятников" возникала электромагнитная волна, которая уносила часть электронов. По словам исследователей, этот процесс напоминает "серфинг, где роль серферов исполняют электроны". На выходе электроны проходили специальные магнитные линзы, после чего снова попадали под действие лазерных импульсов. Импульсы снова заставляли элементарные частицы колебаться, причем электроны испускали рентгеновское излучение низкой энергии с длиной волны 18 нанометров. Возникающее при этом излучение оказывалось очень высокого качества.

По словам ученых, сама установка для получения излучения занимает один большой стол. Вместе с необходимыми лазерными источниками новое устройство умещается на двух столах, что все равно значительно меньше размера типичного циклотрона. При этом новое устройство еще не готово прийти на замену существующим источникам рентгеновского излучения. Дело в том, что работающий прототип производит только короткие импульсы, однако ученые надеются, что в будущем эта проблема будет решена.

В настоящее время яркие источники рентгеновского излучения используются во многих разделах науки. Например, для выяснения пространственной структуры материалов, исследователи облучают образцы и анализируют дифракционную картину.