通过一种产生强力X射线束的新方法 ， 科学家正在使以惊人分辨率绘制物质的3D图像成为可能 。 不久前 ， 这个“极端明亮X射线源”（Extremely Brilliant Source ， 简称EBS）在法国的欧洲同步加速器辐射装置（European Synchrotron Radiation Facility ， 简称ESRF）正式启用 ， 科学家已经用它来研究导致新冠肺炎的冠状病毒 。 这些X射线可以对化石、大脑、电池和无数其他有趣的东西进行内部成像 ， 直到原子尺度 ， 揭示前所未有的信息 ， 从而促进科学研究 。
当人们遭遇骨折时 ， 会到医院拍摄X光片 ， 这些典型的医用X光片可以向医生展示骨折部位及其周围组织的详细信息 。 X射线在穿透人体时 ， 会被不同的组织以不同的速率吸收；在穿过身体之后 ， 这些射线就会撞上探测器 ， 形成我们熟悉的黑白X射线图像 。 EBS所产生的X射线威力将是医院使用的X射线的10万亿倍 。 有了这样的X射线束 ， 科学家可以绘制出骨折部位的三维图像 ， 其细节之详细 ， 甚至骨折周围血细胞中的单个原子都可以看到 。 当然 ， 你肯定不想被这种X射线束击中——这种剂量的辐射是致命的 。
EBS似乎将开启无穷无尽的可能性 。 特别令ESRF主任弗朗西斯科·塞特兴奋的一个领域是对大脑结构和功能的研究 ， 这可能最终将开发出类似大脑的电子产品 。 塞特说：“这将是一场重大的革命 ， 不仅对神经科学如此 ， 对所有可能将人类大脑结构用于新一代设备的应用程序而言也是如此 。 ”
利用同步X射线成像技术 ， 工程师们可以深入了解创新材料 ， 为航空和纳米电子等领域提供帮助 。 古生物学家可以研究化石内部的微小结构 ， 而不需要破坏这些标本 。 2020年夏季 ， 最初进行该研究的科学家中 ， 已经有一些人利用EBS对死于新冠肺炎的人进行了完整的肺部成像 ， 他们在微观层面上识别了这种病毒造成的损伤 ， 这是以前从未观察过的 。
同步加速器是一种简单的粒子加速器 ， 利用磁场将带电电子加速到极高的能量 ， 从而使电子发出X射线——也被称为同步辐射光 。 与大型强子对撞机不同 ， 在同步加速器圆环上快速“转圈”的粒子并不会相互碰撞 。 快速圆周运动的电子产生的X射线会被从加速器圆环中虹吸出来 ， 进入44个专门的实验室 ， 即光束线（beamline） 。 然后 ， 研究人员利用这些光束对目标进行成像 。 近几十年来 ， 以同步加速器为基础的科学已经帮助推动了许多突破 ， 包括最近使研究人员能看到未孵化的恐龙蛋的内部结构 ， 以及读取了一本被火山摧毁的古书 。
位于法国格勒诺布尔的ESRF自1994年开始运作 。 之前该设施已经具有世界上最强大的X射线源 ， 而今年的升级将其性能提高了100倍 。 该设施于2018年12月关闭 ， 开始向EBS过渡 。 幸运的是 ， 新冠肺炎大流行并没有推迟8月25日的正式启用 ， 该项目也比原计划提前了近五个月 。 塞特表示 ， 研究人员已经在使用这些X射线束 ， 最近进行的同步加速器工作的第一批结果应该很快就会发表 。
使这一重大升级成为可能的是一种新颖的设计 ， 一个由1100个磁体组成的晶格 ， 驱动着电子在一个长844米的圆环内运动 。 这些磁铁不仅能加速电子前进 ， 还能给它们轻微的助力 ， 改变它们的方向 。 这些方向上的微小变化是产生X射线的关键 。
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