고급 광자 소스 란 무엇입니까? 초고속 X 선이 만드는 방법

그것은 오전 4시에, 나는 곧바로 약 20 시간 동안 일을 끝냈습니다. 시끄러운 경고음이 울리고 빨간색 스트로브 표시등이 깜박입니다. 선미 음성이 "방송국 검색 B. 즉시 종료"라고 표시합니다. 긴급 상황이라고 느껴지지만 그렇지 않습니다. 실제로, 경보는 이미 오늘 60 시간에서 70 시간이지나 갔다. 나는 근처에있는 모든 사람들에게 고성능 X 선 빔을 전자 장비로 가득 찬 작은 방과 액체 질소를 증발시키는 기둥으로 폭발 시키려한다는 것을 알리는 경고입니다.

B 스테이션이라고 불리는이 방의 중앙에 나는 작은 유리 섬유 끝에 인간의 머리카락보다 더 두껍지 않은 결정체를 놓았습니다. 나는 수십개의 결정체를 준비했고, 그것들 모두를 분석하려하고있다.

이 결정체는 컴퓨터 칩, LED 조명, 스마트 폰 스크린 및 태양 전지판을 만드는 데 사용되는 유기 반도체 재료로 만들어져 있습니다. 저는 결정 내부의 각 원자가 어디에 위치하고, 얼마나 조밀하게 포장되어 있는지, 어떻게 상호 작용 하는지를 알아보고자합니다. 이 정보는 전기가 얼마나 잘 흐를지를 예측하는 데 도움이 될 것입니다.

이 원자들을보고 그 구조를 결정하기 위해, 나는 싱크로트론의 도움이 필요하다. 이것은 싱크로트론의 도움이 필요하다. 이것은 전자의 킬로미터 길이의 고리가 광속 가까이에서 확대되는 거대한 과학 도구이다. 현미경, 자이로 스코프, 액체 질소, 운이 좋은 사람, 재능있는 동료, 삼륜차가 필요합니다.

결정에서 제자리를 잡기

이 실험의 첫 번째 단계는 초극세 결정체를 유리 섬유 끝에 놓는 것입니다. 나는 바늘을 사용하여 유리 슬라이드 위에 그들 더미를 긁어서 현미경으로 놓습니다. 크리스탈은 아름답습니다 - 화려하고 작은 보석처럼 패싯. 나는 수족을 잃은 눈을 현미경으로 쳐다보고, 유리 섬유의 끝 부분에 힘차게 굴곡을 가하기 전에 시선을 다시 집중시키는 경우가 종종 있습니다.

크리스털을 파이버에 붙이면 B 스테이션 내부의 자이로 스코프 끝 부분에 크리스털을 중심에 놓고 종종 좌절감을 느끼기 시작합니다.이 장치는 천천히 연속적으로 크리스탈을 회전시켜 X- 그것의 모든 측면에서 레이 이미지.

그것이 회전 할 때, 액체 질소 증기는 그것을 냉각 시키는데 사용됩니다: 상온에서도, 원자들은 앞뒤로 진동하기 때문에, 그것들의 명확한 이미지를 얻기가 어렵습니다. 크리스탈을 섭씨 영하 196도 (액체 질소의 온도)로 냉각하면 원자들이 너무 많이 움직이는 것을 멈추게한다.

엑스레이 사진

일단 크리스털을 중심에두고 냉각 시키면 B 스테이션을 닫고 그 바깥에있는 컴퓨터 제어 허브에서 샘플을 엑스레이로 분사합니다. 회절 패턴이라고하는 결과 이미지가 주황색 배경에 밝은 점으로 표시됩니다.

제가하고있는 일은 카메라와 플래시로 사진을 찍는 것과 크게 다르지 않습니다. 나는 물체에 광선을 보내고 빛이 어떻게 반사하는지 기록한다. 그러나 원자를 사진에 찍을 때 가시 광선을 사용할 수 없습니다. 너무 작아 스펙트럼의 보이는 부분의 빛의 파장이 너무 큽니다. X- 레이는 더 짧은 파장을 가지므로 원자를 회절 시키거나 반사합니다.

그러나 카메라와 달리 회절 된 X 선은 간단한 렌즈로는 초점을 맞출 수 없습니다. 사진과 같은 이미지 대신, 내가 수집 한 데이터는 크리스털의 원자에서 튀어 나온 X 선의 위치에 초점을 맞추지 않은 패턴입니다. 한 크리스탈에 관한 완전한 데이터 세트는 자이로 스코프가 회전시킬 때 크리스탈 주변의 모든 각도에서 얻은 이러한 이미지로 구성됩니다.

고급 수학

동료 인 Nicholas DeWeerd가 이미 수집 한 데이터 세트를 분석하여 근처에 있습니다.그는 번쩍이는 알람과 깜박이는 조명을 몇 시간 동안 무시하고 화면의 회절 이미지를 보면서 사실상 크리스탈의 모든면에서 X 선 이미지를 수정 내부의 원자 사진으로 바꾼다.

과거에는이 프로세스가 수작업으로 수년간 신중한 계산을 거쳤지 만 이제는 컴퓨터 모델링을 사용하여 모든 조각을 함께 처리합니다. 그는 퍼즐의이 부분에서 우리 연구 그룹의 비공식 전문가이며, 그는 그것을 좋아합니다. "그것은 크리스마스 같다!"나는 그가 회절 패턴의 반짝 반짝 빛나는 이미지를 뒤집어 엎어 버리는 것을 들었다.

나는 밤늦게까지 그토록 유지해 온 열정에 미소를 짓는다. 나는 싱크로트론을 발사하여 B 역에있는 크리스털 사진을 얻는다. 나는 처음 몇 각도에서 회절 패턴이 화면에 나타남으로써 숨을 멈춘다.. 모든 것을 완벽하게 설정 했더라도 모든 결정이 회절하는 것은 아닙니다. 왜냐하면 각 결정은 서로 붙어있는 훨씬 더 작은 결정들로 구성되기 때문입니다. 또는 너무 많은 불순물이 들어있는 결정들이 우리가 수학적으로 풀 수있는 반복적 인 결정 패턴을 형성하기 때문입니다.

이 사진이 선명한 이미지를 전달하지 못한다면 다시 시작해야합니다. 운좋게도,이 경우 팝업되는 처음 몇 개의 이미지는 밝고 선명한 회절 반점을 나타냅니다. 나는 미소 짓고 앉아서 나머지 데이터 집합을 모은다. 자이로 스코프가 회전하고 X 선 빔이 샘플을 뿜어 냄에 따라 몇 분간 휴식을 취할 수 있습니다.

나는 경고를 위해 커피를 마시지 만, 카페인 과부하로 인해 손이 떨리고 있습니다. 대신, 나는 Nick에게 전화한다: "나는 무릎을 꿇을 것이다."나는 근처에 앉아있는 세발 자전거 그룹으로 걸어 간다. 일반적으로 싱크로트론이 들어있는 대형 건물을 돌아 다니기 위해 일반적으로 사용 되었기 때문에 나는 운동으로 깨어 나기위한 필사적 인 시도에 동등하게 도움이된다는 것을 알게됩니다.

내가 타는 동안 자이로 스코프에 장착 된 크리스탈에 대해서 생각해 봅니다. 나는 그것을 합성하는 데 수 개월을 보냈고, 곧 나는 그것의 그림을 가질 것이다. 그림으로, 제가 과거에 만든 다른 재료와 약간 다른 수정을 한 수정이 그것을 전혀 개선했는지에 대한 이해를 얻을 것입니다. 더 나은 포장 또는 분자간 상호 작용 증가의 증거를 보게되면 분자가 전자 장치에서 시험 할 수있는 좋은 후보자가 될 수 있습니다.

다 써 버렸지 만, 내가 유용한 자료를 수집하고 있기 때문에 행복하다. 나는 루프 주위를 서서히 페달을 밟아 싱크로트론이 수요가 많음을 주목한다. 빔라인이 달릴 때, 그것은 24/7 사용됩니다. 그래서 나는 밤새 일하고 있습니다. 나는 운 좋게도 시간표를 얻지 못했다. 다른 방송국에서는 나 같은 다른 연구자가 밤늦게까지 작업하고 있습니다.

이 기사는 원래 Kerry Rippy의 The Conversation에 게시되었습니다. 여기에 원본 기사를 읽으십시오.