Ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο Heinrich Heine του Ντίσελντορφ (HHU), την ερευνητική εγκατάσταση ELI Beamlines και το Πανεπιστήμιο του Strathclyde απέδειξε μέσω προσομοιώσεων ότι οι επιταχυντές σωματιδίων βασισμένοι σε πλάσμα και λέιζερ μπορούν να προσφέρουν πρόσβαση σε μαλακές ακτίνες Χ εντός του αποκαλούμενου «παραθύρου του νερού» (2,3 έως 4,4 νανόμετρα).
Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Communications και ανοίγει τον δρόμο για τη δημιουργία συμπαγών και οικονομικών πηγών ακτινοβολίας για βιολογική έρευνα.
Η υπέρβαση των ορίων των συμβατικών εγκαταστάσεων
Οι ακτίνες Χ στο «παράθυρο του νερού» είναι ιδανικές για την εξέταση βιολογικών δειγμάτων στο φυσικό, υδατικό τους περιβάλλον, καθώς το νερό είναι διαφανές σε αυτές, ενώ τα οργανικά μόρια όπως ο άνθρακας και το άζωτο τις απορροφούν ισχυρά.
Μέχρι σήμερα, η παραγωγή τέτοιας ακτινοβολίας υψηλής ποιότητας απαιτούσε τεράστιους επιταχυντές ελεύθερων ηλεκτρονίων μήκους πολλών χιλιομέτρων. Αντιθέτως, η νέα προσέγγιση αξιοποιεί την τεχνολογία λέιζερ-πλάσματος, όπου ένας παλμός λέιζερ υψηλής έντασης δημιουργεί κύματα πλάσματος ικανά να επιταχύνουν ηλεκτρόνια κοντά στην ταχύτητα του φωτός μέσα σε λίγα εκατοστά.
Υψηλή ποιότητα δεσμών και μελλοντικές προοπτικές
Σύμφωνα με τις προσομοιώσεις της ομάδας, η χρήση υπερφωτεινών παλμών ηλεκτρονίων σε μαγνητικούς undulators μπορεί να παράξει ισχυρές λάμψεις ακτίνων Χ μέσα σε λίγα μόλις μέτρα, με εξαιρετικά ρυθμιζόμενο και ευέλικτο τρόπο.
Καθώς το προτεινόμενο σύστημα είναι ιδιαίτερα συμπαγές και οικονομικό σε σύγκριση με τους συμβατικούς επιταχυντές, θα μπορούσε στο μέλλον να εγκατασταθεί απευθείας σε πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα, επεκτείνοντας τη χρήση της φασματοσκοπίας και της απεικόνισης ακτίνων Χ σε ευρύτερη κλίμακα.