Ny røntgenlaser kan udhule atomer
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Ny røntgenlaser kan udhule atomer

Efter flere års byggeri og ca. et års indkøring er verdens kraftigste røntgenlaser nu leveringsdygtig i nye forskningsresultater.

Amerikanske forskere har med Linac Coherent Light Source (LCLS) ved SLAC National Accelerator Laboratory i Californien vist, at det er muligt at skrælle elektroner fra et neon-atom udefra og indad - og endnu mere interessant også at kunne udhule atomet ved at fjerne de inderste elektroner, som er mest kraftigt bundet til atomkernen.

Det er et resultat, som peger i retning af muligheden for bestemmelse af strukturer for proteiner, der ikke kan krystalliseres. Krystallisation er nødvendigt for at kunne studere proteiner med røntgenstråling fra de populære synkrotoner, hvoraf flere nye i disse år bliver i taget i brug i mange lande.

Det er dog stadig lang vej til, at dette muligvis en dag kan blive en realitet. Men Justin Wark fra University of Oxford i England skriver i en kommentar til de amerikanske resultater, at de giver en vis tiltro til, at dette kan blive en realitet.

Sådan skrælles eller udhules et neonatom

Et neon-atom består af ti elektroner. To i den inderste K-skal og otte i den ydre L-skal. Det kræver en fotonenergi på 870 elektronvolt at slå en elektron fra K-skallen ud af atomet. Med en lavere energi omkring 800 eV er det derfor muligt at skælle elektronerne i L-skallen.

Med en fotonenergi over 870 eV kan en af de to inderste elektroner blive udsendt fra atomet. Men i løbet af kort tid vil dens plads blive fyldt op af en elektron fra L-skallen. Er fotonenergien lidt højere, kan den ankommende elektron også blive sendt ud af atomet, og det fører til en meget kompleks proces for ionisering og genopfyldning.

Før en ny elektron fra L-skallen tager den ledige plads i K-skallen, vil den tilbageværende elektron i K-skallen blive endnu tættere bundet til den positive atomkerne, når afskærmningen af den positive kerne fra makker-elektronen i K-skallen er væk. Det vil kræve en energi på 933 eV at slå den tilbageværende elektron i K-skallen ud og skabe to "huller" i K-skallen.

De nye eksperimenter med LCLS viser, at der sker interessante og overraskende ting, når fotonenergien er højere end 933 eV. Det er i denne situation muligt at slå begge elektroner i K-skallen ud, før elektronerne i L-skallen kan nå at reagere.

Normalt tager det kun et par femtosekunder for elektroner i L-skallen at falde ned i K-skallen, men eksperimenter viser, at denne tid kan forlænges, når energien når op omkring 2.000 eV.

Levetidsforlængelsen for det udhulede atom forklares med, at de høje fotonenergier kan løsrive elektronerne i L-skallen undervejs i processen, hvor de forsøger at indtage pladserne i K-skallen.

Det betyder, at der kan opstå et kort øjeblik, hvor det udhulede atom er gennemsigtigt for røntgenstråling. Det kan udnyttes til billeddannelse, som Justin Wark påpeger og som en forskerne fra LCLS, Linda Young forklarer på denne måde:

»Gennemsigtigheden for de hule atomer mindsker andelen af fotoner, som beskadiger atomer og tillader en større andel af fotoner at spredes ved passage og derved danne et billede.«

Resultaterne er i sidste måned publiceret i to forskningsartikler i henholdsvis Nature og Physical Review Letters.

Den amerikanske energiminister Steven Chu deltog i mandags i et officielt åbningsarrangement, hvor han gav udtryk for tilfredshed med de muligheder, som det nye værktøj giver forskerne:

»LCLS viser, hvad vor nations videnskabsmedarbejdere er i stand til at opnå i samarbejde med vore internationale partnere. Nye videnskabelige resultater er afgørende, hvis USA skal forblive en global leder, når det gælder innovation og konkurrencekraft,« sagde han.

Endnu større anlæg i Hamborg

Røntgenlaseren LCLS er med et mere korrekt fagudtryk en såkaldt fri-elektron laser, hvor elektroner kan bringes i bevægelse, så de udsender kortvarige intense pulser af røntgenstråling, hvis varighed skal måles i femtosekunder (et femtosekund er 10^-15 sekund).

William Brinkman, der er chef for energiministeriets videnskabskontor siger:

»Indtil for nylig var der kun få som mente, at en fri-elektron røntgen-laser var principiel mulig, for slet ikke at tale om, at den kunne virke med den præcision, som her er opnået. Det er det, som gør resultaterne så spændende.«

LCLS har kostet 2,5 milliarder kroner. Det er forholdsvis billigt, idet man har kunnet genbruge en lineær accelerator fra et tidligere anlæg ved SLAC i Californien.

I Europa bygger man et tilsvarende anlæg ved Hamborg XFEL. Det vil komme til at koste 8,8 milliarder kroner, hvoraf Danmark betaler 90 millioner kroner.

XFEL vil i modsætning til LCSL blive baseret på superledende acceleratorteknologi, hvor LCLS anvender konventionel teknologi. Det er medvirkende til, at XFEL specifikationsmæssigt kommer til at overgå LCLS.

Professor Robert Feidenhans fra Niels Bohr Instituttet ved Københavns Universitet blev i begyndelsen af året udpeget til formand for XFEL Council. XFEL vil efter planen stå færdig i 2016.

Dokumentation

Linac Coherent Light Source (LCLS)
European X-Ray Laser Project XFEL

Emner : Fysik
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten