Центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» планируется использовать для исследований в области структурной вирусологии, кристаллографии белков, материаловедении и многих других. Благодаря беспрецедентно малому эмиттансу — параметру, определяющему уровень яркости СИ, на установке будет возможна генерация и использование когерентных рентгеновских лучей. С помощью когерентного излучения исследователи из различных областей науки смогут воссоздать трехмерную структуру объектов с нанометровым разрешением. В Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН разработана магнитная структура особой конструкции, которая позволит достичь таких параметров. Результаты были представлены на конференции Synchrotron and Free electron laser Radiation: generation and application (SFR-2020).
«Сегодня во многих областях науки и техники крайне актуальной является задача неразрушающей визуализации трехмерной структуры объектов с нанометровым разрешением, — рассказывает старший научный сотрудник Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН кандидат геолого-минералогических наук Сергей Владимирович Ращенко. — В биологии — это субклеточная структура живой клетки, в компьютерных технологиях — архитектура микросхем, недавно перешагнувших рубеж в 10 нанометров, в авиастроении — трехмерная наноструктура сплавов и сварных швов, отвечающая за прочность деталей. Обычная микроскопия для таких объектов не годится, поскольку, во-первых, может “заглянуть” только внутрь прозрачных объектов, а во-вторых, не может “разглядеть” детали менее сотни нанометров».
Проводить неразрушающую нанотомографию любых объектов с детализацией на уровне нескольких нанометров возможно с помощью когерентного рентгеновского излучения. По словам Сергея Ращенко, при рассеянии на наноструктурированных объектах такое излучение дает дифракционную картину — особый «пятнистый» узор, который каждый может увидеть, посмотрев на рассеянный шершавой поверхностью свет лазерной указки. «С помощью специальной математической обработки можно на основе такого узора с очень высокой точностью реконструировать структуру рассеивающего излучение объекта», – добавляет специалист.
Генерировать и использовать когерентные рентгеновские лучи будет возможно в ЦКП СКИФ благодаря малому эмиттансу ускорительного комплекса источника СИ (электронный пучок будет иметь диаметр меньше человеческого волоса и при этом сохранять рекордно малую расходимость).
«Степень когерентности излучения зависит от величины эмиттанса установки, значение которого, в свою очередь, формируется благодаря магнитной структуре основного кольца ускорительного комплекса, — рассказывает помощник директора ИЯФ СО РАН по перспективным проектам кандидат физико-математических наук Яков Валерьевич Ракшун. — Разработанная специалистами института магнитная структура сделает излучение на нашем источнике когерентным в более широком диапазоне энергий: у нас будет полностью когерентный пучок в низкоэнергетической области и значительно вырастет доля когерентного излучения в жесткой рентгеновской области. Мы значительно расширим экспериментальные возможности ЦКП СКИФ».
Пресс-служба ИЯФ СО РАН
