Мягкий рентген помогает изучать атомы во время взрыва.
21.10.2011
Мягкий рентген помогает изучать атомы во время взрыва.
Специалисты сибирского Института ядерной физики изготовили и запустили в Испании сверхпроводящий генератор синхротронного излучения — самый яркий в мире в диапазоне «мягкого» рентгена, который позволит с высокой точностью изучать химические и биологические процессы, например, поведение атомов во время химических реакций и структуру белковых молекул, рассказал РИА Новости руководитель проекта Николай Мезенцев.
Синхротронное излучение испускают при ускорении или торможении заряженные частицы, например, электроны, летящие с околосветовыми скоростями. Впервые физики столкнулись с этим явлением в 1940-е годы на электронных синхротронах, кольцевых ускорителях, когда обнаружили, что на это излучение расходуется значительная доля энергии.
Однако уже в 1960-е годы ученые обнаружили, что это излучение является прекрасным инструментом для изучения внутренней структуры вещества. Синхротронные установки давали узкий монохроматический луч очень высокой яркости, значительно превосходивший по своим параметрам излучение рентгеновских установок. С помощью этого излучения можно было видеть на просвет структуру вещества на атомарном уровне, структуру белковых молекул.
Физики из Института ядерной физики имени Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) создают вигглеры — «насадки» на синхротрон, в которых поток электронов проходит сквозь «пирог» из слоев магнитного поля разного направления. Магнитное поле заставляет электроны менять направление движения и порождать мощный поток синхротронного излучения. Сибирские ученые сделали установку, собранную из сверхпроводящих магнитов, в которых электроны 119 раз меняют направление своего полета, что позволяет добиться сверхвысокой яркости излучения.
Такую установку, предназначенную для генерации фотонов с энергией 10-50 килоэлектронвольт, сибирские ученые запустили в центре синхротронного излучения ALBA CELLS, открытом в 2011 году неподалеку от Барселоны.
«Излучение, которое генерирует наше оборудование, обладает уникальными свойствами — плотность потока фотонов настолько высока, что позволяет в очень высоком качестве видеть исследуемый образец, будь то живая клетка или наноструктура нового материала», — сказал Мезенцев.
По его словам, если на установках предыдущего поколения на получение изображения уходили секунды, то новый яркий источник выдает его меньше чем за миллионную долю секунды. «Появилась возможность исследования в динамике быстропротекающих процессов, которые были недоступны,» — добавил ученый.
Он отметил, что в мире сейчас идет гонка по увеличению яркости источников синхротронного излучения, а также по сокращению длительности световых импульсов. С появлением источников с короткими пучками электронов и высокой яркости появится возможность анализировать процессы, происходящие за фемтосекунду (10^-15 секунды).
Такая короткая вспышка позволяет «сфотографировать» очень быстрые процессы, например, увидеть, что происходит с атомами взрывчатого вещества во время детонации — сегодня такие исследования проводятся только в ИЯФ.
«По сравнению с предыдущими установками, которые мы делали для других зарубежных центров, яркость пучка (в испанской установке) увеличена в сотни раз в той же области энергии. Это позволяет проводить эксперимент на существенно ином уровне измерений. Детальная и четкая прорисовка структуры исследуемого объекта без сопутствующих шумов дает возможность примерно на порядок лучше определить структуру вещества», — говорит Мезенцев.
«В частности, от этих мелких деталей напрямую зависит активность и принцип действия разрабатываемых лекарственных препаратов», — добавил он.
На данный момент в ИЯФ для различных зарубежных центров синхротронного излучения уже изготовлено 15 таких генераторов. Уже начаты работы по созданию вигглеров для биомедицинских исследований по контрактам с австралийским и американским центрами. В ближайший месяц планируется заключить контракты на создание подобных установок с германскими учеными и Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН) в Женеве, а также для центра синхротронного излучения в Курчатовском институте в Москве.
Синхротронное излучение испускают при ускорении или торможении заряженные частицы, например, электроны, летящие с околосветовыми скоростями. Впервые физики столкнулись с этим явлением в 1940-е годы на электронных синхротронах, кольцевых ускорителях, когда обнаружили, что на это излучение расходуется значительная доля энергии.
Однако уже в 1960-е годы ученые обнаружили, что это излучение является прекрасным инструментом для изучения внутренней структуры вещества. Синхротронные установки давали узкий монохроматический луч очень высокой яркости, значительно превосходивший по своим параметрам излучение рентгеновских установок. С помощью этого излучения можно было видеть на просвет структуру вещества на атомарном уровне, структуру белковых молекул.
Физики из Института ядерной физики имени Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) создают вигглеры — «насадки» на синхротрон, в которых поток электронов проходит сквозь «пирог» из слоев магнитного поля разного направления. Магнитное поле заставляет электроны менять направление движения и порождать мощный поток синхротронного излучения. Сибирские ученые сделали установку, собранную из сверхпроводящих магнитов, в которых электроны 119 раз меняют направление своего полета, что позволяет добиться сверхвысокой яркости излучения.
Такую установку, предназначенную для генерации фотонов с энергией 10-50 килоэлектронвольт, сибирские ученые запустили в центре синхротронного излучения ALBA CELLS, открытом в 2011 году неподалеку от Барселоны.
«Излучение, которое генерирует наше оборудование, обладает уникальными свойствами — плотность потока фотонов настолько высока, что позволяет в очень высоком качестве видеть исследуемый образец, будь то живая клетка или наноструктура нового материала», — сказал Мезенцев.
По его словам, если на установках предыдущего поколения на получение изображения уходили секунды, то новый яркий источник выдает его меньше чем за миллионную долю секунды. «Появилась возможность исследования в динамике быстропротекающих процессов, которые были недоступны,» — добавил ученый.
Он отметил, что в мире сейчас идет гонка по увеличению яркости источников синхротронного излучения, а также по сокращению длительности световых импульсов. С появлением источников с короткими пучками электронов и высокой яркости появится возможность анализировать процессы, происходящие за фемтосекунду (10^-15 секунды).
Такая короткая вспышка позволяет «сфотографировать» очень быстрые процессы, например, увидеть, что происходит с атомами взрывчатого вещества во время детонации — сегодня такие исследования проводятся только в ИЯФ.
«По сравнению с предыдущими установками, которые мы делали для других зарубежных центров, яркость пучка (в испанской установке) увеличена в сотни раз в той же области энергии. Это позволяет проводить эксперимент на существенно ином уровне измерений. Детальная и четкая прорисовка структуры исследуемого объекта без сопутствующих шумов дает возможность примерно на порядок лучше определить структуру вещества», — говорит Мезенцев.
«В частности, от этих мелких деталей напрямую зависит активность и принцип действия разрабатываемых лекарственных препаратов», — добавил он.
На данный момент в ИЯФ для различных зарубежных центров синхротронного излучения уже изготовлено 15 таких генераторов. Уже начаты работы по созданию вигглеров для биомедицинских исследований по контрактам с австралийским и американским центрами. В ближайший месяц планируется заключить контракты на создание подобных установок с германскими учеными и Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН) в Женеве, а также для центра синхротронного излучения в Курчатовском институте в Москве.
