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超快X射线科学技术取得重大突破
2016-12-15
    【据美国纳米技术与科学网(Nanowerk)2016年12月13日报道】德国与美国研究团队正在研发一种新的紧凑型硬X射线源,利用其产生的X光可解决结构生物学中的重要问题。
 
    目前在科研中用于成像的超快脉冲电子束只能通过车辆般大小的装置来产生,价格昂贵、耗电量很大。而德国电子同步加速器研究所(DESY)和美国麻省理工学院(MIT)研究团队联合研制的X射线源装置尺寸与火柴盒相当,且其性能与当前学术界和工业界所用的X射线源相当。
 
    作为欧盟资助的AXSIS(阿秒X射线科学:成像和光谱学)项目的一部分,DESY团队与汉堡大学一起,正在将该器件应用到新型阿秒台式自动照相机电子激光器。利用该设备,研究人员可以对化学、物理和尤其是生物反应的超快过程进行成像观测。
 
    生命从来不是静止的,化学和生物学中许多重要的反应是由光诱导,并发生在超快的时间尺度上。这些反应目前主要通过超快激光光谱法以很高时间分辨率进行研究,但由于生化反应十分复杂,利用激光光谱法只能将其简化到少数几个反应坐标加以研究。
 
革新人类对生化过程的理解
    AXSIS团队由汉堡大学物理学教授弗朗兹·凯特勒领导,该团队开创了阿秒连续晶体学和光谱学,可以全面描述真实空间中原子和电子运动的超快过程。他们相信这种新技术将转变我们对原子和分子水平的结构和功能的理解,并帮助解开生化基本过程的奥秘。
 
    该技术涉及基于自由电子晶体相干逆康普顿散射理论的全相干阿秒X射线源开发,以抵消强X射线辐射所引起的辐射损伤效应。
 
优化仪器
    该团队还利用相关理论优化了整台仪器测量光吸收和激发能量传递性能,包括X射线脉冲参数、样品传送想过、允许测量的晶体尺寸以及高级X射线检测器。
 
    项目的最终目的是将新技术用于解决生物学中的一些基本问题,如研究光反应的动力学过程、光合作用中的电子转移和蛋白质结构等。
 
    AXSIS团队近日将其研究成果以《太赫兹驱动的全光电子枪》为题发表在Optica杂志上。该项目已收到近1400万欧元的资金支持,资助将持续到2020年7月。(中国船舶工业综合技术经济研究院 丁宏)

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