為運動的分子拍攝電影的科學家有了一部新的高速攝影機。斥資12.2億歐元的歐洲X射線自由電子激光裝置（XFEL）將于9月中旬在德國漢堡附近進行第一次實驗。X-RAY檢查機科學家認為，作為世界上最大的X射線激光設施，該裝置的成功研發，開辟了全新的研究領域，有助于突破當前的科學知識界限。

　　歐洲XFEL能夠在幾百飛秒內發射出強大的X射線——就像閃光燈一樣，它們可以捕捉到神經分子的快照，而且波長小到足以在原子分辨率上生成圖片。

　　X-RAY檢查機廠家了解到這部位于漢堡的機器是全世界數臺X射線激光設施中的一個，但它擁有一個獨特的速射特性：每秒可發射多達27000個脈沖，且發射速度超過排名第二的X射線激光設施——價值4.2億美元的位于美國加利福尼亞州門洛帕克SLAC國家加速器實驗室的直線性連續減速器光源（LCLS）的200倍，同時其亮度比傳統的同步加速器光源亮度高出10億倍。

　　“它是一個與地球上其他任何東西都不同的家伙，這感覺就像進入了一個未知領域。”漢堡自由電子激光科學中心生物化學家Arwen Pearson說。

　　位于漢堡附近的舍內費爾德歐洲XFEL實驗站項目科學家Adrian Mancuso表示，在1秒鐘內，科學家應該能夠收集到超過3000張高質量的X射線圖像，相比之下，其他的設施則是100張左右。威斯康星大學密爾沃基分校物理學家Abbas Ourmazd說：“擁有大量的數據很重要，歐洲的XFEL將會用卡車裝載這些數據。”

　　這臺歐洲機器應該能夠減輕目前美國和日本老舊的XFEL所面臨的壓力，這是因為科學家急切地想要捕獲其樣本的原子尺度圖像。另一臺XFEL已于今年6月在韓國浦項市向用戶開放，而瑞士維爾利根的一臺機器將于2018年開始試驗。

　　在漢堡的XFEL中，一束電子在一個長達1.7公里的隧道中首先被加速。隨后，磁鐵將電子的路徑彎曲成擺動的軌道，導致它們在曲線上發出一束高能量X射線。明亮的X射線脈沖是如此強烈，以至于它們能夠破壞所撞擊的樣本，然而在此之前，足夠多的被散射的光子已經能夠揭示樣品的原子結構。

　　在使用傳統X射線源的結構測定實驗中，分子必須被裝入晶體中以散射足夠的光子從而推斷其結構。但是，來自XFEL的X射線是如此明亮，以至于研究人員可以從幾納米大小的晶體中收集衍射圖案，甚至可以從非晶體的分子簇中收集這些圖案。這意味著XFEL可以研究難以結晶的蛋白質。

　　X-RAY檢查機研究人員可以通過在不同的時間點上建立上千張不同的系統快照，從而制造酶、病毒或催化劑的影像，而此前研究人員是利用把溶液中的分子噴射到X射線束上實現這一切的。

　　X-RAY檢查機研究人員指出，X射線激光不僅可用于解開病毒和細胞原子結構之謎，而且可被用于在納米粒子中制作三維圖像、記錄化學反應并觀察粒子內部的反應過程，有助于新藥和新材料的研發。

　　歐洲XFEL全長3.4公里，共有11個國家參與該項目的建設，分別為丹麥、德國、法國、意大利、波蘭、俄羅斯、瑞典、瑞士、斯洛伐克、西班牙和匈牙利。英國目前正在申請加入該研究項目。

　　漢堡的這臺設備比其競爭對手擁有更大的容量：不像其他XFEL，前者有3個獨立的波蕩器，能夠同時產生X射線束。但是歐洲的這臺XFEL只會在有限的時間內占據統治地位：SLAC今年已開始建設一個價值10億美元的項目，以創造一種更亮的激光束——到本世紀20年代初，它將能夠每秒發射100萬次脈沖。

　　標簽：X-RAY檢查機