什么是高级光子源?如何制造超亮X射线束

$config[ads_kvadrat] not found

Урок#128: Mode Subjonctif во французском (Часть1) \ Как образуется сослагательное наклонение

Урок#128: Mode Subjonctif во французском (Часть1) \ Как образуется сослагательное наклонение

目录:

Anonim

现在是凌晨4点,我已经连续约20个小时了。一声响亮的警报响起,伴随着红色频闪灯闪烁。一个严厉的声音宣布,“搜索站B.立即退出。”这感觉就像一个紧急情况,但事实并非如此。事实上,今天警报已经消失了60或70次。这是一个警告,让附近的每个人都知道我即将把一个高功率的X射线束射到一个装满电子设备和蒸发液氮的小房间里。

在这个叫做B站的房间的中央,我在一根小玻璃纤维的尖端放了一块比人的头发还要厚的水晶。我准备了几十个这样的晶体,并试图分析它们。

这些晶体由有机半导体材料制成,用于制造计算机芯片,LED灯,智能手机屏幕和太阳能电池板。我想精确地找出晶体内每个原子的位置,它们的密集程度,以及它们如何相互作用。这些信息将帮助我预测电流将如何流过它们。

为了看到这些原子并确定它们的结构,我需要一个同步加速器的帮助,这是一个巨大的科学仪器,包含一公里长的电子回路,以接近光速的速度变焦。我还需要显微镜,陀螺仪,液氮,运气,有天赋的同事和三轮车。

让水晶到位

该实验的第一步是将超微细晶体放在玻璃纤维的尖端上。我用一根针将一堆针一起刮到载玻片上,然后将它们放在显微镜下。水晶是美丽的 - 色彩缤纷,像小宝石一样刻面。我经常发现自己呆若木鸡,用睡眠不足的眼睛盯着显微镜,重新聚焦我的目光,然后煞费苦心地将一只眼睛瞄准玻璃纤维的尖端。

一旦我将晶体附着在光纤上,我开始经常令人沮丧的任务是将晶体定位在B站内陀螺仪的尖端。这个装置会慢慢地连续旋转晶体,让我得到X-从各个方面拍摄它的图像。

旋转时,液态氮蒸气用于冷却:即使在室温下,原子也会来回振动,很难获得清晰的图像。将晶体冷却到零下196摄氏度,液氮的温度,使原子停止移动这么多。

X射线摄影

一旦我将晶体置于中心并冷却,我关闭B站,并从其外部的计算机控制中心,用X射线爆炸样品。产生的图像称为衍射图案,在橙色背景上显示为亮点。

我所做的与用相机和闪光灯拍照并没有太大区别。我准备将光线发射到一个物体上并记录光线如何反射出来。但是我不能使用可见光来拍摄原子 - 它们太小了,光谱可见部分的光波长太大了。 X射线具有较短的波长,因此它们会衍射或反射原子。

然而,与相机不同,衍射的X射线不能用简单的镜头聚焦。我收集的数据不是照片般的图像,而是一种未聚焦的图案,它是X射线从我的水晶中的原子反弹后所经过的。关于一个晶体的全套数据由陀螺仪旋转时从晶体周围的每个角度拍摄的这些图像组成。

高级数学

我的同事Nicholas De Weerd坐在附近,分析我已收集的数据集。他设法忽略了嗡嗡作响的警报和闪烁灯几个小时,盯着屏幕上的衍射图像,实际上,将X射线图像从水晶的所有侧面转换成水晶本身内部原子的图像。

在过去的几年里,这个过程可能需要花费数年时间仔细计算,但现在他使用计算机建模将所有部分组合在一起。他是我们研究小组在这部分难题中的非官方专家,他喜欢它。 “这就像圣诞节!”我听到他咕mut着,因为他翻过衍射图案的闪烁图像。

我笑了起来,他设法维持这么晚的热情,因为我启动同步加速器,让我在B站的水晶照片。我屏住了屏幕上弹出的前几个角度的衍射图案。即使我完美地设置了一切,并非所有的晶体都会衍射出来。通常这是因为每个晶体都是由许多粘在一起的更小的晶体组成,或者是含有太多杂质的晶体,形成一个我们可以在数学上解决的重复晶体模式。

如果这个没有提供清晰的图像,我将不得不重新开始并设置另一个。幸运的是,在这种情况下,弹出的前几个图像显示出明亮,清晰的衍射斑点。我微笑着坐下来收集其余的数据集。现在当陀螺仪旋转并且X射线束照射样品时,我有几分钟的时间来放松。

我会喝一些咖啡以保持警觉,但我的手已经因咖啡因过载而颤抖。相反,我打电话给尼克:“我要跑一圈。”我走到附近的一群三轮车上。通常用于绕过包含同步加速器的大型建筑物,我发现它们对于通过一些运动唤醒的绝望尝试同样有帮助。

当我骑车时,我想到了安装在陀螺仪上的水晶。我花了几个月的时间来合成它,很快我就会有一张它的照片。通过图片,我将了解我所做的修改是否与我过去制作的其他材料略有不同,完全改进了它。如果我看到更好的填充或增加的分子间相互作用的证据,这可能意味着该分子是在电子设备中进行测试的良好候选者。

筋疲力尽,但很高兴,因为我正在收集有用的数据,我慢慢地踩着循环,注意到同步加速器的需求量很大。当光束线运行时,它会全天候使用,这就是我整夜工作的原因。我很幸运能得到一个时间段。在其他车站,像我这样的其他研究人员工作到深夜。

本文最初发表在Kerry Rippy的The Conversation上。阅读原文。

$config[ads_kvadrat] not found