Япония запускает квантовые многопучковые эксперименты на PF: синхронные измерения жёстким и мягким рентгеновским излучением

Фотонная фабрика — синхротронный центр Института физики материалов и структуры Организации по исследованиям ускорителей высоких энергий Японии (KEK) — недавно запустила совместные эксперименты на разрабатываемых многофункциональных линиях BL-11A и BL-11B, обеспечив синхронное облучение одного и того же образца жёстким и мягким рентгеновским излучением в одной точке. Результаты будут опубликованы в международном научном журнале Review of Scientific Instruments.

Фотонная фабрика использует электроны, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, для генерации высокоинтенсивного рентгеновского излучения — синхротронного излучения, применяемого для изучения структуры и свойств материалов. Жёсткое рентгеновское излучение лучше подходит для наблюдения внутренней структуры материалов, тогда как мягкое — для анализа поверхности и электронных состояний. Ранее в синхротронных установках два типа рентгеновского излучения обычно приходилось использовать раздельно, что затрудняло проведение совместных измерений образца в один и тот же момент времени и в одной точке.

Новые линии BL-11A и BL-11B позволяют извлекать жёсткое и мягкое рентгеновское излучение из одного источника и обеспечивать их синхронное использование на экспериментальной станции. Данная технология делает возможными измерения типа «зонд-зонд» и «накачка-зонд»: в первом случае два типа рентгеновского излучения одновременно наблюдают различные характеристики образца, во втором — один тип излучения индуцирует изменения в образце, а другой отслеживает процесс этих изменений.

В ходе первого двухпучкового эксперимента исследовательская группа провела наблюдение реакции электролиза воды в реальном времени, зафиксировав изменения состояния катализатора в процессе повторяющихся реакций и подтвердив важность синхронного детектирования для изучения динамических процессов. Кроме того, на примере специального органического соединения — молекулярной клетки — группа использовала жёсткое рентгеновское излучение для индукции реакции разложения, а мягким излучением отслеживала ход реакции, доказав эффективность метода «накачка-зонд».

Исследовательская группа отмечает, что BL-11A и BL-11B будут служить экспериментальной платформой для изучения двухпучкового использования рентгеновского излучения в синхротронных центрах, способствуя проверке и совершенствованию технологий квантового многопучкового применения. В будущем данный метод может найти применение в таких областях, как каталитические реакции, материалы для аккумуляторов, воздействие радиации на материалы и биомолекулы.