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世界最强X射线源运行 甚至能看清原子!

X射线 X射线 同步加速器 3D图像
发布:2020-12-14 14:14:01     来源:无损检测NDT

无损检测NDT通过一种产生强力X射线束的新方法,科学家正在使以惊人分辨率绘制物质的3D图像成为可能。不久前,这个“极端明亮X射线源”(Extremely Brilliant Source,简称EBS)在法国的欧洲同步加速器辐射装置(European Synchrotron Radiation Facility,简称ESRF)正式启用,科学家已经用它来研究导致新冠肺炎的冠状病毒。

 

这些X射线可以对化石、大脑、电池和无数其他有趣的东西进行内部成像,直达原子尺度,从而可以揭示很多前所未有的信息,将极大地促进科学研究。

EBS所产生的X射线威力将是医院使用的X射线的10万亿倍。有了这样的X射线束,科学家可以绘制出骨折部位的三维图像,其细节之详细,甚至骨折周围血细胞中的单个原子都可以看到。

EBS似乎将开启无穷无尽的可能性。特别令ESRF主任弗朗西斯科·塞特兴奋的一个领域是对大脑结构和功能的研究,这可能最终帮助人们开发出类似大脑的电子产品。

2020年夏季,最初进行该研究的科学家中,已经有一些人利用EBS对死于新冠肺炎的人进行了完整的肺部成像,他们在微观层面上识别了这种病毒造成的损伤,这是以前从未观察过的。

位于法国格勒诺布尔的ESRF自1994年开始运作。之前该设施已经具有世界上最强大的X射线源,而今年的升级将其性能提高了100倍。该设施于2018年12月关闭,开始向EBS过渡。幸运的是,新冠肺炎大流行并没有推迟8月25日的正式启用,该项目也比原计划提前了近五个月。塞特表示,研究人员已经在使用这些X射线束,最近进行的同步加速器工作的第一批结果应该很快就会发表。

位于法国格勒诺布尔的欧洲同步加速器辐射设施

使这一重大升级成为可能的是一种新颖的设计——一个由1100个磁体组成的晶格,驱动着电子在一个长844米的圆环内运动。这些磁铁不仅能加速电子前进,还能给它们轻微的助力,改变它们的方向。这些方向上的微小变化是产生X射线的关键。

这是一个简单的能量守恒定律。当你将电子束弯曲,使其沿环形而不是直线运动时,电子每次改变方向都会损失一点能量。这些损失的能量以光的形式存在。为了让发射的光在X射线频率范围内,你需要提供更强的磁“助力”。新的磁晶格设计使电子束连续弯曲和重新聚焦成为可能,无需更大的环形设备就能产生大量的高能X射线。

一位研究人员正在利用欧洲同步加速器的光束线进行工作现在,EBS已经建立并运行,世界各地的科学家都可以申请使用光束线的时间。

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