211service.com
Miniaturní synchrotron
Synchrotrony jsou obrovská zařízení, která mohou produkovat intenzivní, vysoce kvalitní rentgenové paprsky pro vědecké účely. Obvykle mají velikost fotbalového hřiště a jejich výstavba a provoz stojí stovky milionů dolarů. Ale nyní, výzkumníci v Lyncean Technologies , startup v Palo Alto, CA, zmenšil synchrotron na velikost místnosti. Tento miniaturní synchrotron nabízí vědcům nový způsob, jak provádět vysoce kvalitní rentgenové experimenty v jejich vlastních laboratořích.
Rentgen doma: Schéma miniaturního synchrotronu (nahoře) ukazuje injektor elektronového paprsku (zelená trubice) a zásobní prstenec. Elektronový paprsek obíhá kolem prstence a na každém kroku se sráží s laserovým pulzem a vydává záblesky rentgenového záření. Dole: Detailní pohled ukazuje součásti miniaturního synchrotronu, který se vejde do místnosti.
Lyncean postavil prototyp synchrotronu a konstruuje další, který bude instalován v letošním roce Scripps Research Institute v La Jolla, CA. Nový synchrotron bude používat Centrum akcelerovaných technologií pro strukturu genů do 3D , která je součástí iniciativy National Institutes of Health’s Protein Structure Initiative.
Stolní nástroj není tak výkonný jako velké synchrotrony, říká Ronald Ruth, prezident a hlavní vědec společnosti Lyncean. Ale na druhou stranu je mnohem levnější a je velmi skladný. Národní synchrotrony přirovnává k superpočítačům, kde mnoho uživatelů musí po omezenou dobu soutěžit na jednom z paprsků. [Synchrotrony] oslovují nejmodernější, říká Ruth. Tlačí na obálku. Ale jejich dopad je jen tak široký, jak široký je počet lidí, kteří jsou ochotni tam vycestovat. Miniaturní synchrotron je spíše jako PC, říká, sdílený několika uživateli a snadno dostupný.
Rentgenové záření je užitečné při zkoumání vlastností materiálů, protože jejich vlnová délka je přibližně stejná jako velikost atomů a chemických vazeb mezi nimi. Například rentgenová krystalografie je důležitou metodou při určování struktury proteinu. Rentgenové záření se při průchodu proteinovým krystalem ohýbá a vytváří charakteristický interferenční obrazec. Analýzou vzoru mohou vědci odvodit uspořádání atomů, a tak určit strukturu proteinu.
Pro tyto druhy studií má synchrotronové záření oproti běžným rentgenovým zdrojům výhody: Je sto milionkrát jasnější a vysoce koncentrované, což umožňuje velmi přesné experimenty s vysokým rozlišením. Synchrotrony také produkují nepřetržitý zdroj rentgenového záření namísto krátkých záblesků generovaných běžnými rentgenovými trubicemi. A světlo synchrotronu je laditelné, takže výzkumníci mohou porovnat energii se zkoumaným materiálem.
Kvalita světla z miniaturního synchrotronu je stejně dobrá jako u velkých strojů, říká Franz Pfeiffer, fyzik z Paul Scherrer Institute a École Polytechnique Federale ve švýcarském Lausanne. To je to, co to dělá tak atraktivní, říká. [To] kombinuje výhodu mít něco relativně malého s výhodami extrémně brilantního paprsku, který je dostupný prostřednictvím synchrotronů. Je to velmi příjemná věc.
Ruth poprvé zjistil, že miniaturní synchrotron by mohl být možný koncem 90. let, když byl profesorem ve Stanfordském centru lineárních akcelerátorů. Ruth a postgraduální student Zhirong Huang hledali způsob, jak ochladit elektronové paprsky jejich vyzařováním. Zjistili, že zasažení paprsků laserem je nejen účinně ochladí, ale také generuje rentgenové záření.
Tento efekt se ukázal být klíčem ke zmenšení synchrotronu na velikost. Velké synchrotrony používají magnetické vlnovky, které kývají elektronovým paprskem ze strany na stranu, když cirkuluje kolem velkého úložného prstence. Ruth vysvětluje, že tento pohyb v řádu jednoho centimetru generuje rentgenové paprsky, které jsou vrhány na tečnu ke kruhu, podobně jako rotující světlomet svítí.
Miniaturní synchrotron využívá pouze pohybující se laserový pulz, který interaguje s elektronovým paprskem pokaždé, když prochází kolem úložného prstence, který se vejde na desku stolu. Víření je o jednu desetinu tisícinu menší – pouhý jeden mikrometr – a rentgenové paprsky jsou vydávány v jediném paprsku.