Лазерный рентгеновский микроскоп


Лазерный рентгеновский микроскоп

Лазерный рентгеновский микроскоп (ЛР-МСК) — прибор или микроскоп c применением рентгеновских лазерных лучей отличающийся разрешающей способностью, обеспечивающей получение изображений на субатомном, атомном уровне на базе использования генерируемого вынужденного луча, например, (инфракрасного) мощностью 14,2 киловатта с длиной волны 1,61 ангстрема.(Например, в ходе химической реакци в режиме 3D и др.)

__TOC__

Новый способ получения детальных изображений вирусов, бактерий и крупных органических молекул открыли учёные из США, Германии и Швеции. При помощи мощного ультракороткого импульса рентгеновского лазера они научились фотографировать тела нанометрового масштаба. При съемке через несколько фемтосекунд (12— 12 сек.) объект фотографии исчезает, разлетевшись во все стороны облачком плазмы. Ведь энергия лазерного импульса нагревала образец до ~60 тысяч градусов Кельвина, как он тут же испарялся. В эксперименте был задействован новый (построенный в 2004 году) лазер на свободных электронах FLASH германской электронно-синхротронной лаборатории (DESY) в Гамбурге.

До взрыва, когда объект разлетался облачком плазмы, удалось зафиксировать дифракционную картину, по которой удавалось точно восстановить изображение образца и его структуру. При этом необходимость применения фокусировки лучей отпадала. На снимке № 1 — вверху, снимок по дифракционной картине микрочастицы, внизу — снимок № 2, сделанный с паузой, то есть заснятый после взрыва.

Полученные в результате чёткие изображения микроскопических объектов с разрешением 50 нм (50— 9 м) показали, что съёмка происходила действительно до момента, когда рентгеновский лазер успевал нанести повреждение фотографируемому объекту. Фотосъёмка проходила с самой короткой выдержкой: импульс рентгеновского лазера (с длиной волны 32 нм) длился всего 25 фемтосекунд. Луч проходил через объект съёмки, вкраплённый в мембрану толщиной 3 мкм, образец при этом тут же испарялся, так как энергия лазерного импульса нагревала образец приблизительно до 60 тысяч градусов Кельвина.

Достижения в области рентгеновского лазера на свободных (вынужденных) электронах (FEL) FLASH связаны с построеным в 2004 году в Германии FEL-лазером. Он позволил использовать генерируемый вынужденный луч, например, (инфракрасный) мощностью 14,2 киловатт с длиной волны 1,61 ангстрема.

(FEL) принципиально отличается от твердотельных и газовых лазеров, лазеров с химической накачкой или накачкой посредством мощных ламп. В (FEL) лазерный луч формируется в так называемом вигглере — устройстве, состоящем из длинного ряда очень мощных электромагнитов или постоянных магнитов, c чередующимися полюсами. [http://www.membrana.ru/articles/inventions/2006/11/15/142900.html]

Чтобы получить изображения больших молекул с атомарным разрешением, требуется провести эксперимент, используя лучи с ещё более короткими длинами волны, то есть применив не «мягкий», а «жёсткий» рентген. [http://www.membrana.ru/print.html?1163590140]

= Принципиальная схема работы лазерного рентгеновского микроскопа =

* 1 — Ультрафиолетовое излучение или Инфракрасное излучение лазерные
* 2 — Вынужденное излучение
* 3 — Зона встречи Лазерного импульса с частицей материи
* 4 — Генератор частиц
* 5 — Фотоприемник электромагнитных излучений возбужденных элементов плазменного облака
* 6 — Рентгеновская оптика
* 7 — Вигглер
* 8 — Линейный источник когерентного света Linac Coherent Light Source — LCLS

Применение длин волн рентгеновских лазерных лучей «жесткого» рентгена намечено уже в 2009 году. В строящемся линейном источнике когерентного света (Linac Coherent Light Source — LCLS) в Стэнфорде или на европейском рентгеновском лазере XFEL, будет применяться рентгеновский лазерный луч (Электронный луч LCLS) полного линейного ускорителя SLAC с энергией до 16 ГэВ, генерируя рентгеновское излучение FEL c длиной волны 1.5 ангстрема.

Будущее лазерной рентгеновской микроскопии

При микросъемках «взорванных» частиц получены изображения крупных молекул без применения фотобъективов в динамическом (видео)режиме, что очень важно при изучении структуры в динамике частиц нанометрового масштаба, включая большие биологические молекулы на молекулярно-атомном уровне. Важно, что это "без потребности в их предварительной кристаллизации, необходимой при обычном рентгеновском структурном анализе ".

Это обещает углубить исследования структур веществ во многих областях науки, например, материаловедении, включая биологию и биохимию. Все это связано с применением новой технологии с более высокой разрешающей способностью съёмки. Появляется возможность рассматривать микрочастицы в 3D измерении, так и в динамике. Т.е. появляется возможность работать с изображениям в режиме видео - стерео. [http://www.membrana.ru/articles/inventions/2006/11/15/142900.html]

См. также

* Лазерная рентгеновская микроскопия
* Рентгеновское излучение
* Рентгеновский лазер
* Лазер
* Вынужденное излучение
* Рентгеновское лазерное излучение

Примечания


Wikimedia Foundation. 2010.