Источники света, своего рода ускорители частиц, создают мощные пучки рентгеновских лучей и других спектров, позволяя ученым заглядывать в микроскопическую структуру материалов, не изменяя их физически.
Эти машины отличаются от других ускорителей, поскольку они используют осциллирующие магнитные поля для непосредственной генерации света. Они играют важную роль в различных научных областях, от изучения атомных структур с помощью жесткого рентгеновского излучения до исследования электронных структур с помощью терагерцовых волн.
Источники света — это тип ускорителя частиц , который производит мощные пучки рентгеновского, ультрафиолетового или инфракрасного света. Эти пучки похожи на то, как если держать конверт перед ярким светом, можно узнать что-то о том, что находится внутри конверта. Но используя специальные типы света, намного более мощные, чем рентгеновский аппарат в кабинете врача, эти источники света помогают ученым заглянуть внутрь материи. Это как заглянуть внутрь конверта, не открывая его. Это дает ученым возможность узнать, как ведут себя материалы в микроскопических или наномасштабных размерах, а также на сверхбыстрых скоростях.
Источники света — это тип ускорителя частиц , который производит мощные пучки рентгеновского, ультрафиолетового или инфракрасного света. Эти пучки похожи на то, как если держать конверт перед ярким светом, можно узнать что-то о том, что находится внутри конверта. Но используя специальные типы света, намного более мощные, чем рентгеновский аппарат в кабинете врача, эти источники света помогают ученым заглянуть внутрь материи. Это как заглянуть внутрь конверта, не открывая его. Это дает ученым возможность узнать, как ведут себя материалы в микроскопических или наномасштабных размерах, а также на сверхбыстрых скоростях.
Функциональность и механика источников света
Ускорители частиц, предназначенные для получения света, работают немного иначе, чем машины физики высоких энергий, используемые для исследования секретов фундаментальных частиц. Вместо того, чтобы сталкивать частицы, чтобы увидеть, что получается, источники света используют луч частиц для непосредственного излучения света. Пропуская его через устройство, называемое ондулятором, которое создает переменное магнитное поле, траектория луча претерпевает ряд небольших колебаний. Каждый раз, когда траектория изгибается, частицы испускают фотоны.
В ондуляторе могут быть десятки таких колебаний, и фотоны, испускаемые каждым, складываются в очень интенсивный луч, примерно в миллиард раз ярче, чем типичный медицинский рентгеновский аппарат. Каждый источник света может вместить много ондуляторов и может обслуживать десятки различных экспериментов одновременно.
В ондуляторе могут быть десятки таких колебаний, и фотоны, испускаемые каждым, складываются в очень интенсивный луч, примерно в миллиард раз ярче, чем типичный медицинский рентгеновский аппарат. Каждый источник света может вместить много ондуляторов и может обслуживать десятки различных экспериментов одновременно.
Спектр и применение света
Источники света работают в определенных диапазонах электромагнитного спектра. Этот спектр включает в себя все различные типы электрической и магнитной энергии во Вселенной. Они делятся в соответствии с размером волн, в которых они перемещаются. Видимый свет, который мы используем, чтобы видеть, является крошечной частью этого спектра. Рентгеновское, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение являются другими частями этого спектра, каждое из которых имеет свой собственный диапазон длин волн.
Различные длины волн света полезны для разных целей. Аргоннская национальная лаборатория отмечает, что в целом длины волн короче видимого света, такие как короткий конец рентгеновских лучей, могут заглянуть в атомную структуру. Это означает, что рентгеновские лучи могут идентифицировать элементы в образце материала. Рентгеновские лучи с самой короткой длиной волны (иногда называемые «жесткими рентгеновскими лучами») идеально подходят для определения положения атомов в кристалле или молекуле. Рентгеновские лучи с более длинной длиной волны (иногда называемые «мягкими рентгеновскими лучами») и ультрафиолетовый свет являются хорошим выбором для изучения химических реакций. Инфракрасный свет полезен для изучения атомных колебаний в молекулах и твердых телах. Самый длинный инфракрасный свет, называемый терагерцовыми волнами, полезен для изучения определенных типов электронной структуры — того, как электроны и их энергия располагаются вокруг атомного ядра .
Источники света работают в определенных диапазонах электромагнитного спектра. Этот спектр включает в себя все различные типы электрической и магнитной энергии во Вселенной. Они делятся в соответствии с размером волн, в которых они перемещаются. Видимый свет, который мы используем, чтобы видеть, является крошечной частью этого спектра. Рентгеновское, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение являются другими частями этого спектра, каждое из которых имеет свой собственный диапазон длин волн.
Различные длины волн света полезны для разных целей. Аргоннская национальная лаборатория отмечает, что в целом длины волн короче видимого света, такие как короткий конец рентгеновских лучей, могут заглянуть в атомную структуру. Это означает, что рентгеновские лучи могут идентифицировать элементы в образце материала. Рентгеновские лучи с самой короткой длиной волны (иногда называемые «жесткими рентгеновскими лучами») идеально подходят для определения положения атомов в кристалле или молекуле. Рентгеновские лучи с более длинной длиной волны (иногда называемые «мягкими рентгеновскими лучами») и ультрафиолетовый свет являются хорошим выбором для изучения химических реакций. Инфракрасный свет полезен для изучения атомных колебаний в молекулах и твердых телах. Самый длинный инфракрасный свет, называемый терагерцовыми волнами, полезен для изучения определенных типов электронной структуры — того, как электроны и их энергия располагаются вокруг атомного ядра .
Наука и влияние источников света
Источники света оказывают влияние почти на все области науки. Они позволяют исследователям открывать новые материалы для батарей , солнечных панелей, микроэлектроники, а также квантовых материалов. Они могут наблюдать за процессами во время формирования материала или за тем, как он деградирует при использовании, чтобы понять, как создавать более качественные материалы. Они способны заглядывать в работающие устройства, даже в наномасштабе, и получать информацию, которую вы не можете получить иным способом. Они могут визуализировать клетки и другие биологические системы, даже в 3D, раскрывая основные процессы жизни. Они даже могут определить структуру очень сложных молекул, таких как белки. Это привело к появлению новых вакцин и методов лечения смертельных заболеваний, включая COVID-19 .
Краткие факты
По данным lightsources.org , в мире эксплуатируется или находится на стадии строительства более 50 источников света .
Одним из ключевых достижений в области источников света является рентгеновский лазер на свободных электронах, такой как в Linac Coherent Light Source. Они похожи на лазеры, но используют пучки электронов, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, для уникально мощного и настраиваемого источника света.
Одним из ключевых достижений в области источников света является рентгеновский лазер на свободных электронах, такой как в Linac Coherent Light Source. Они похожи на лазеры, но используют пучки электронов, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, для уникально мощного и настраиваемого источника света.
Источник: scitechdaily | Теги: Наука, свет