新技術讓小型X射線激光器成為可能

     最近,位于美國科羅拉多州州立大學波德分校的研究小組研究開發了一種能產生激光式X光光束的新技術,清除了在長達數十年探索建立桌面X線激光器過程中的一個主要障礙。

　　研究小組在JILA（科州大學波德校區與美國國家標準局的聯結組織）的帶頭人---科州大學波德校區物理學教授HenryKapteyn和 MargaretMurnane表示,近半個世紀以來,科學家們一直在設法建立一個成本合理、同時規模也容易接受的X射線激光器,來提供超高的圖像分辨率。

　　當前大部分的X線激光器需要巨大的能量,單是融合激光裝置就有足球場那么大,使其使用變得很不實際。Kapteyn教授表示:"我們最終找到了避開這樣龐大能源的辦法。"他們將關于該課題的文章發表在了《自然物理學雜志》在線版上。

　　如果他們繼續開發此項新技術,將其延伸到電磁頻譜的硬X射線區（他們認為這只是時間上的問題,因為此過程中沒有任何物理方面原則性問題的障礙）,那么這個結果將可以應用于很多領域中。Murnane教授表示:"如果我們可以做到這點,那么就可以將X射線的圖像分辨率提高上千倍,還會對藥學、生物學和毫微技術產生影響。

　　例如,目前醫院內的X射線源像燈泡一樣大小,導致醫院內用的X射線受到空間分辨率的限制,所以并不能檢測出很小的腫瘤。如果你有明亮的、像激光樣的X射線光束,就可以形成超高分辨率的圖像。"

　　為了產生像激光樣的X射線光束,研究小組使用強大的激光從氬原子（高穩定的化學元素）拉過來一個電子,然后再灌回相同的原子。這個來去行為產生了弱的、但是直束的X射線。

　　據Kapteyn教授表示,他們需要解決的問題是---要將從大量原子發射出的不同X射線波進行結合,以產生可使用的、足夠明亮的X射線光束。換句話說,他們需要產生足夠大的光波一起流動,進而制造出強大的X射線。

　　Murnane教授還透露,他們目前面臨的最大問題是---由于可見激光和X射線在氬氣中是以不同的速度傳播的,所以X射線光波不是全都以"相同步調"出現。這就意味著,當一些X射線波與從相似區域的光波結合變得更強時,會被來自不同區域的光波抵消,這樣就會使X射線輸出變弱。

　　為了改進這個問題,研究人員將一些可見激光的弱脈沖輸送到與激光束相反方向的氣體中產生X射線。弱激光束對從氬原子那里拉來與主光束不同步的電子進行處理,然后在正確的時間將它們迅速送回到原子當中以激發產生X射線,這樣就可以上百倍的加強光束強度。

　　Kapteyn教授表示:"就像小孩子蕩秋千一樣,如果你總是在正確的時間推,那么秋千將越蕩越高,但如果你推的時間不正確,那么秋千最終會停下來。其實我們的這一發現本質上就是---在正確的時間推動秋千,只是我們研究的不是推秋千而是控制光束。把光線放在正確的位置,我們就不會在錯誤的時間推秋千。"