基于微型芯片的設(shè)備執(zhí)行超快X射線操作

來(lái)源：半導(dǎo)體芯科技編譯

光學(xué)微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）是控制光和通信的微小微芯片大小的設(shè)備。另外，時(shí)間分辨X射線探針是幫助科學(xué)家研究高度瞬時(shí)現(xiàn)象的設(shè)備。這些現(xiàn)象是短暫的，涉及快速的結(jié)構(gòu)和功能變化?？茖W(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)了基于特別設(shè)計(jì)和制造的MEMS的X射線光學(xué)裝置，可以利用極短的X射線脈沖。新設(shè)備比用于操作X射線探針的傳統(tǒng)設(shè)備小得多，也輕得多，對(duì)于同步加速器和自由電子激光X射線源的超快現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，它們可能至關(guān)重要。

這種新的超快片上光學(xué)設(shè)備將比用于操作x射線探針的傳統(tǒng)設(shè)備小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，也更輕。這將使創(chuàng)新的x射線研究和應(yīng)用成為可能。該設(shè)備可以幫助科學(xué)家研究快速發(fā)展的化學(xué)、材料和生物過(guò)程。研究結(jié)果將有助于開(kāi)發(fā)高效的太陽(yáng)能電池、先進(jìn)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和新型藥物。在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家們?cè)谝粋€(gè)同步加速器設(shè)施中演示了該設(shè)備。一個(gè)完全開(kāi)發(fā)的版本可以與醫(yī)院和大學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的x射線發(fā)生器一起使用。在這些設(shè)置下，設(shè)備可以支持快速無(wú)損診斷或精確劑量的輻射治療。

該研究團(tuán)隊(duì)由來(lái)自先進(jìn)光子源(APS)和納米尺度材料中心(***)的科學(xué)家組成，他們使用APS的X射線源演示了X射線光芯片設(shè)備。APS和***是美國(guó)能源部(DOE)在阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)用戶設(shè)施。該裝置由***設(shè)計(jì)，尺寸僅為250微米，重量?jī)H為3.5微克?；贛EMS的快門體積非常小，重量也很輕，這使得它可以以相當(dāng)于每分鐘100萬(wàn)轉(zhuǎn)的速度擺動(dòng)。研究人員利用這種高速和MEMS材料的X射線衍射特性創(chuàng)建了一個(gè)極快的X射線快門。由此產(chǎn)生的超快X射線光片可以處理超過(guò)350 MHz的硬X射線脈沖，比任何機(jī)械調(diào)制器都要高1000倍。此外，該器件的定時(shí)特性可以為許多動(dòng)態(tài)X射線儀器和應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)整，這對(duì)于傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)備來(lái)說(shuō)是不可能的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)光學(xué)設(shè)備的質(zhì)量通常是它的10億倍。片上X射線光學(xué)設(shè)備為未來(lái)時(shí)域科學(xué)和加速器診斷和控制的動(dòng)態(tài)和微型X射線光學(xué)奠定了基礎(chǔ)，包括波前操作、光譜色散、復(fù)用和脈沖切片。

這項(xiàng)研究得到了美國(guó)能源部科學(xué)辦公室、基礎(chǔ)能源科學(xué)、科學(xué)用戶設(shè)施司的支持。

審核編輯：湯梓紅