據(jù)悉，《Scientific Reports》報(bào)道，研究人員找到了一個(gè)辦法來精確的調(diào)制Ｘ射線光源，使得電子結(jié)構(gòu)可以確保在測(cè)量前不會(huì)被損壞，從而保證了XFEL實(shí)驗(yàn)的高可信度.首先,研究團(tuán)隊(duì)觀察了在開始的幾飛秒時(shí)間內(nèi)的電子的行為是如何的,或者在百萬分之一秒的時(shí)間內(nèi)的行為,當(dāng)鐵的樣品被強(qiáng)烈的激光脈沖進(jìn)行爆炸后的行為。

下圖中的動(dòng)畫展示了通過SLAC飛秒硬X-射線激光裝置（Linac Coherent Light Source (LCLS) X-ray laser）在破壞前進(jìn)行探測(cè)的影像技術(shù)．在左側(cè)，長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的X射線通過比較傳統(tǒng)的研究設(shè)施來產(chǎn)生，在通過樣品的時(shí)候常常會(huì)破壞或者損傷樣品，這就會(huì)導(dǎo)致在樣品破壞前捕獲高質(zhì)量的影像的時(shí)候面臨巨大的挑戰(zhàn)，從而保留粒子如細(xì)胞和病毒的完整的特征。

X射線自由電子激光，諸如美國能源部的SLAC的國家加速實(shí)驗(yàn)室中的飛秒硬X-射線激光裝置”(Linac Coherent Light Source,縮寫為L(zhǎng)CLS)，可以產(chǎn)生非常強(qiáng)的Ｘ射線脈沖，使得科學(xué)家可以獲得生物學(xué)目標(biāo)的高分辨率的影像，諸如蛋白質(zhì)和其他分子機(jī)器．但這些強(qiáng)力的射線會(huì)破壞這些精致的樣品，引發(fā)的變化會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化和使結(jié)果站不住腳。

為了克服這一點(diǎn)，研究人員使用一個(gè)稱之為銷毀破壞前探測(cè)的技術(shù)，這一技術(shù)使得科學(xué)家們可以收集樣品在破壞前的瞬間的精確的信息，產(chǎn)生影像以保留生物學(xué)粒子，如細(xì)胞，蛋白質(zhì)和病毒的分子結(jié)構(gòu)的信息．但直到今天，仍然不清楚這一技術(shù)用于測(cè)量電子的行為是否值得信任，這是因?yàn)椋厣渚�可以影響電子的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大約原子。這就會(huì)限制這一技術(shù)在超快化學(xué)工藝中的應(yīng)用，這些工藝過程中包括催化反應(yīng)。

如今，來自SLAＣ實(shí)驗(yàn)室的研究人員Roberto Alonso-Mori, Dimosthenis Sokaras 和 Diling Zhu 等人找到了一個(gè)辦法來精確的調(diào)制Ｘ射線光源，使得電子結(jié)構(gòu)可以確保在測(cè)量前不會(huì)被損壞，從而保證了XFEL實(shí)驗(yàn)的高可信度.首先,研究團(tuán)隊(duì)觀察了在開始的幾飛秒時(shí)間內(nèi)的電子的行為是如何的,或者在百萬分之一秒的時(shí)間內(nèi)的行為,當(dāng)鐵的樣品被強(qiáng)烈的激光脈沖進(jìn)行爆炸后的行為。他們的這一研究結(jié)果發(fā)表在期刊《Scientific Reports》。研究結(jié)果顯示了X射線束獨(dú)特的性質(zhì),諸如脈沖長(zhǎng)度或能量,可以影響電子外圍的原子,此時(shí)正是在化學(xué)反應(yīng)中鍵結(jié)合和打破所期待觀察到的結(jié)果。

研究結(jié)果使得科學(xué)家們可以精細(xì)的調(diào)制探測(cè)設(shè)備來進(jìn)行實(shí)驗(yàn),此時(shí)一個(gè)激光脈沖引發(fā)樣品的反應(yīng),一個(gè)Ｘ射線脈沖立即測(cè)量這些電子的重排。通過改變激光和Ｘ射線脈沖的時(shí)間，研究人員可以得到一系列的照片并將這些照片串成運(yùn)動(dòng)－停止的電影，形成微小的，快速的動(dòng)畫，為科學(xué)家研究光－激活的化學(xué)反應(yīng)提供深刻的洞察。

顯示一個(gè)光學(xué)激光脈沖（紅色）和Ｘ射線激光脈沖（淡青色）沖擊樣品的瞬間狀態(tài)

▲圖解：在同一實(shí)驗(yàn)中使用同步激光脈沖，即著名的“泵探頭”技術(shù)，對(duì)SLAC的飛秒硬X-射線激光裝置來說是非常普通的，同時(shí)是一個(gè)國際團(tuán)隊(duì)的一個(gè)正時(shí)工具，使得精確的測(cè)量在LCLS時(shí)的激光脈沖的到達(dá)時(shí)間

這些實(shí)驗(yàn)對(duì)我們團(tuán)隊(duì)的研究項(xiàng)目來說是非常重要的工具， Sokaras 說到，仔細(xì)的達(dá)到LCLS 狀態(tài)的可接受的范圍的能力將使得我們可以實(shí)現(xiàn)“泵探頭”技術(shù)的研究同時(shí)處于可靠和空前的水平．一個(gè)電子束的超高速掃描照相機(jī)，同來作為精確測(cè)量Ｘ射線的脈沖長(zhǎng)度的儀器。

研究團(tuán)隊(duì)緊密的同LCLS加速小組開展工作，發(fā)送了甚至比常規(guī)的Ｘ射線脈沖還要短的射線來研究在爆炸開始的幾個(gè)飛秒時(shí)間內(nèi)電子是如何重排的。

Alonso-Mori 說到，研究證實(shí)了曾經(jīng)在過去的幾年里 LCLS所使用的辦法是正確的，解決關(guān)于他們是否有效或數(shù)據(jù)收集是否已經(jīng)在強(qiáng)Ｘ射線脈沖作用的開始的幾個(gè)飛秒時(shí)間內(nèi)發(fā)生了改變的爭(zhēng)論。

LCLS(飛秒硬X-射線激光裝置) 的科學(xué)研究結(jié)果展示

緊隨著這個(gè)實(shí)驗(yàn)研究，團(tuán)隊(duì)期望可以探測(cè)電子在更高的強(qiáng)度下是如何工作的，將充分利用和發(fā)揮在形成和控制Ｘ射線光束的最新進(jìn)展。

這可以用來進(jìn)一步的理解在 XFELs（自由電子X射線激光）的條件下熱密度物質(zhì)的形成的開始過程，Zhu說到，這是為我們研究行星系的形成和演化提供了深深的洞察力。

SLAC的在第二階段的升級(jí)后的 LCLS(飛秒硬X-射線激光裝置) 裝置

▲圖解：電子束穿過一新的波動(dòng)器來產(chǎn)生軟的Ｘ射線（左圖），緊接著升級(jí)后的裝置位于圖的右邊，首次利用另外一個(gè)波動(dòng)器來產(chǎn)生硬Ｘ射線（右圖）