放射光なしで受信した高いスペクトル輝度のX線

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ビデオ: 【高校物理】 原子10 X線の発生 (19分) 2022, 12月
放射光なしで受信した高いスペクトル輝度のX線
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Anonim
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物理学者は、光子を生成するだけでなく、その方向を制御する新しいX線源を構築しました。従来の実験室でスペクトル輝度の高い光線を得るのに使用できます。以前は、これはシンクロトロンでのみ可能でした。研究の結果は、ジャーナルサイエンスアドバンシスに掲載されています。

X線は、エネルギーが1原子の大きさのオーダーの波長に対応する光子であるため、物質の結晶格子はそれらの回折格子です。回折光線の角度と強度を測定することで、物質の原子構造を知ることができます。従来の実験室では、X線はX線管を使用して取得されます。より強い光線は、磁場内の湾曲した経路に沿って移動する粒子から発生しますが、そのような放射はシンクロトロンでのみ取得できます。

X線の重要な特性は、スペクトルの明るさです。これは、ビーム内のフォトンの濃度を表す量です。明るいX線を取得するには、フォトンをまとめる、つまり同じ方向に飛ばす必要があります。 X線の方向付けは、他の種類の放射線よりも困難です。このため、物理学者は、光子が管の後に入る方向付けチャネル(導波管)を使用します。

物理学者はすでに、電子密度の高い原子の殻に囲まれた、電子密度の低い原子の薄膜からなる導波路を使用して、放射光から半値幅が10ナノメートル未満の光線を取得することに成功しています。ただし、すべての研究室がシンクロトロンにアクセスできるわけではありません。

ゲッティンゲン大学のMalteVassholzとTimSaldittは、従来の実験室で実装できる導波路を使用してX線を照射する新しい方法を提案しました。

科学者たちは、チューブ内にビームを生成してから、それを光ガイドチャネルに注入しませんでした。代わりに、彼らは光子源と導波路の両方として機能する多層アノードターゲットを使用しました。

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電子ビーム(e)は、クラッド(CL)、ガイド層(GL)、および中央の金属層(FL)で構成される導波路に入射します。

この記事では、鉄とニッケル、モリブデンと炭素、コバルトと銅の3種類のターゲットを使用した実験について説明します。金属薄膜(1〜30ナノメートル)を異なる順序で互いに重ね合わせ、導波路または複数の導波路のアレイを作成しました。

生成されたX線のスペクトルは、層のシーケンスによって異なります。放射はもはやどの方向にもありませんでしたが、層に平行でした。科学者たちは、1ミリラジアン平方の立体角で単位時間あたりの光源の単位断面積によって放出される0.01波長の幅のスペクトルバンドから1011光子のオーダーのスペクトル輝度を達成することに成功しました。通常、X線管の場合、この値は同じ単位で107〜108です。つまり、新しいセットアップにより、ビーム内の光子の濃度を数桁増やすことが可能になりました。

ゲッティンゲン大学の物理学者は、以前に導波管の設計を実験してきました。たとえば、このニュースレターでは、彼らがどのようにしてX線ビームを曲げることができたかについて書きました。そしてここでは、シンクロトロンで放射線がどのように得られるかについて読むことができます。

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