Фізики сконструювали нове джерело рентгенівського випромінювання, яке не тільки генерує фотони, але і дозволяє контролювати їх напрямок. За його допомогою можна отримати промені з високою спектральною яскравістю в звичайній лабораторії. Раніше це було можливо тільки на синхротронах. Результати дослідження опубліковані в журналі.
Рентгенівське випромінювання - це фотони, енергії яких відповідають довжинам хвиль порядку розміру одного атома, тому кристалічна решітка речовини є для них дифракційними ґратами. Вимірюючи кути та інтенсивність дифрагованих променів, можна отримати уявлення про атомарну структуру речовини. У звичайних лабораторіях рентгенівські промені отримують за допомогою рентгенівських трубок. Більш інтенсивні промені виходять від частинок, що рухаються за викривленими траєкторіями в магнітному полі, але таке випромінювання можна отримати тільки на синхротроні.
Важливою характеристикою рентгенівських променів є їх спектральна яскравість. Це величина, що описує концентрацію фотонів у пучці. Щоб отримати яскраві рентгенівські промені, потрібно зібрати фотони разом, тобто, змусити їх летіти в одному напрямку. Направляти рентгенівські промені складніше, ніж інші види випромінювання, і для цього фізики використовують для цього напрямний канал - хвилевод, - куди фотони потрапляють після трубки.
З синхротронного випромінювання фізикам вже вдалося отримати промені з напівшириною менше 10 нанометрів за допомогою хвилевода, що складається з тонкої плівки з низькою електронною щільністю атомів, оточеною оболонкою з високою електронною щільністю. Однак не кожна лабораторія має доступ до синхротрону.
Мальті Васхольц (Malte Vassholz) і Тім Салдіт (Tim Salditt) з Геттінгенського університету запропонували новий спосіб направлення рентгенівських променів за допомогою хвилевода, який можна реалізувати в умовах звичайної лабораторії.
Вчені не стали генерувати промінь у трубці, а потім вводити його в оптичний напрямний канал. Замість цього вони використовували анодну мішень з багатошаровою структурою, яка зіграла роль одночасно і джерела фотонів, і хвилеводу.
У статті описано експерименти з трьома видами мішеней: з заліза і нікелю, молібдену і вуглецю, кобальту і міді. Тонкі металеві плівки (від 1 до 30 нанометрів) нашаровували один на одного в різних послідовностях, отримуючи хвилеводи або масиви з декількох хвилеводів.
Спектр генерованих рентгенівських променів змінювався залежно від послідовності шарів. Випромінювання відбувалося вже не за будь-якими напрямками, а тільки паралельно шарами. Вченим вдалося домогтися спектральної яскравості близько 1011 фотонів зі спектральної смуги шириною 0,01 довжини хвилі, що випускаються одиничною площею перетину джерела в одиницю часу в тілесний кут 1 мільйрадіан у квадраті. Зазвичай для рентгенівських трубок це значення становить 107-108 у тих самих одиницях. Тобто, нова установка дозволила підвищити концентрацію фотонів у пучці на кілька порядків.
Раніше фізики з Геттінгенського університету вже експериментували з конструкцією хвилевода. Наприклад, у цій новині ми писали про те, як їм вдалося вигнути рентгенівський пучок. А тут можна прочитати про те, як отримують випромінювання на синхротронах.