Лазерный рентгеновский микроскоп
Лазерный рентгеновский микроскоп или Микроско́п (греч. μικρός — маленький и σκοπέω — смотрю) — лабораторный прибор для получения увеличенных изображений малых объектов с возможностью фотографировать непрозрачные элементы благодаря образцам дифракции, получаемым в результате взрыва частиц фотонами рентгеновского лазера с диаметром луча в 0,1 нм.
Принцип работы лазерного рентгеновсого микроскопаПравить
Получаемое при взрыве облачко частиц в возбужденном плазменном (мгновенном) состоянии успевает фиксироваться детектором 5 в виде дифракционных картинок, принявших поток электромагнитных волн взорванной частицы.[1], [2]
Лазерный рентгеновский микроскоп (ЛРМ) (См.Рис.1) использует принцип лазерного луча на свободных электронах установки (FEL), которая генерирует инфракрасный луч мощностью 14,2 киловатта с сечением в 0,1 нанометра. Мощность генерируемого луча образует плазменное облачко частиц (при взрыве) при встрече луча с микрочастицей. Фиксируемые изображения возбуждённых наночастиц имеют разрешение в 1,61 мкм. В 2004 году Американский национальный центр ускорителей — лаборатория Джефферсона (Thomas Jefferson Lab, National Accelerator Facility) на установке FEL лазерный луч формировала в вигглере. Вигглер — установка, состоящая из длинного ряда мощных электромагнитов или постоянных магнитов, полюса которых чередуются. Через него пропускается пучок электронов с околосветовой скоростью, которые направляются с установки - ускорителя, расположеного рядом. В магнитных полях вигглера электроны заставляют двигаться по синусоиде. Теряя энергию она преобразуется в поток фотонов. Лазерный луч, как и в других лазерах, собирается и усиливается системой из обычных и полупрозрачных зеркал, установленных на концах вигглера. Т.е. изменение энергии лазерного пучка и параметров вигглера (например, расстояние между магнитами) дает возможность получать в широких пределах частоту лазерного луча. Другие системы: твердотельные или газовые лазеры с накачкой мощных ламп и с химической этого обеспечить не могут. Как известно, спектр электромагнитного излучения содержит разные лучи, в том числе и рентгеновские, сила которых зависит от частоты или длины волны луча. Чем короче длина волны излучения, тем она мощнее и ее проникающая способность выше. Это напрямую связано с разрешающей способностью микроскопов (изображение получается с разрешением в 1,61 мкм).
Принципиальная схема работы лазерного рентгеновского микроскопаПравить
Из Рис.1:
- 1 — Ультрафиолетовое излучение или Инфракрасное излучение лазерные
- 2 — Вынужденное излучение
- 3 — Зона встречи Лазерного импульса с частицей материи
- 4 — Генератор частиц
- 5 — Фотосенсор — приёмник спектра электромагнитных излучений возбужденных элементов плазменного облака
- 6 — Рентгеновская оптика
- 7 — Вигглер
- 8 — Линейный источник когерентного света Linac Coherent Light Source — LCLS
- 9 — Частица до взрыва[3]
- 10 — Единичная параболическая кремниевая Х-линза (см.Рентгеновская оптика преломления).
Будущее микроскопаПравить
Будущее лазерной рентгеноскопии связано с возможностью настройки сжатия и получения «жёстких» рентгеновских лучей, применяемых в диапазоне разных длин волн включая длину волны 0,1нм. Применение лазерной Х-микроскопии позволяет фотографировать непрозрачные элементы благодаря образцам дифракции, получаемым в результате взрыва частиц фотонами рентгеновского лазера с диаметром луча в 0,1 нм. Получаемое при взрыве облачко частиц в возбужденном плазменном (мгновенном) состоянии успевает фиксироваться детектором в виде дифракционных картинок, принявшим поток электромагнитных волн взорванной частицы. Попадая в аналогоцифровой преобразователь (АЦП) с помощью гидродинамической модели вычислинений получают оцифрованное изображение, например, молекулы и в виде файла передаются в компютер и на экран монитора (См. Рис.2). При этом белок с поперечником в 2 нанометра взрывался после того, как его облучили 20-фемтосекундным лазерным рентгеновским импульсом мощностью 12-килоэлектронвольт. Кроме того, достижения в области разработок и создания линз фокусировки и преломления Х-лучей позволит повысить разрешение микроскопов с уменьшением длины волны опорного излучения менее 0,1нм (Рентгеновская оптика преломления).[4]