Немецкие и британские учёные построили небольшой, но довольно мощный источник мягкого рентгеновского излучения. Авторы новинки надеются, что она позволит проводить специфические исследования прямо в университетах без использования крупных синхротронов.

Внутренности ондулятора (иллюстрация наложена
на фотографию). Свет лазера (показан красным)
заставляет электроны (жёлтые) двигаться сквозь поле
ряда магнитов. Во время синусоидального движения
частицы разгоняются и замедляются, генерируя
рентгеновское излучение(фото Thorsten Naeser,
иллюстрация Christian Hackenberger).

Лучшими источниками сильного рентгеновского излучения, необходимого для исследований вещества, являются синхротроны. Но они обычно занимают довольно обширные площади, их строительство обходится недёшево. Действуют они по следующему принципу: электроны внутри гигантского вакуумированного кольца разгоняются магнитными полями до очень больших скоростей. В ходе этого кругового движения электроны испускают рентгеновское излучение высокого качества.

У большинства институтов средств на создание своих собственных синхротронов нет, а имеющиеся источники рентгеновского излучения недостаточно ярки и дают изображения невысокого качества.

Маттиас Фухс (Matthias Fuchs) из института квантовой оптики Макса Планка и его коллеги из вузов Германии и Британии решили заменить традиционные магниты и кольцо на лазерный луч и небольшую камеру, содержащую газообразный водород.

Короткий лазерный импульс (37 фемтосекунд), направленный внутрь камеры, выбивал электроны атомов водорода. Однако электростатическое притяжение заставляло электроны вернуться к положительно заряженным ионам. В результате отрицательно заряженные частицы начинали болтаться около ядра, испуская волну. При этом часть из них всё же вырывалась из пут и на гребнях испускаемых другими электронами волн отправлялись дальше.

Эти электроны проходили сквозь одну систему магнитов, которая подталкивала их ко второй серии магнитов. Внутри неё они начинали колебаться взад-вперёд, испуская низкоэнергетические рентгеновские лучи (длина волны 18 нанометров).

Из-за того, что силы притяжения между водородными ионами и их электронами велики, последние набирали скорость даже быстрее, чем внутри традиционных ускорителей частиц. Получается, что машина размером со здание может быть уменьшена до размеров небольшого шкафа (самим физикам больше нравится формулировка «до крышки банкетного стола»).

Слева направо: профессора Флориан Грюнер (Florian Grüner) и Штефан Карш (Stefan Karsch) демонстрируют экспериментальную установку, позволяющую с помощью лазера получить рентгеновское излучение. По этой фотографии можно оценить примерные размеры нового устройства (фото Thorsten Naeser)

Ранее другие группы учёных создавали нечто подобное, однако немцам впервые удалось получить источник столь качественного излучения. Недостаток нового прибора в том, что он ускоряет всего несколько электронов, что приводит к появлению яркого, но короткого импульса. Таким образом, совсем вытеснить синхротроны подобным аппаратам всё равно не удастся.

Подробнее о новинке читайте в пресс-релизе института и в статье авторов работы, опубликованной в журнале Nature Physics.