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原子核的X光成像

Science China Press

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IMAGE: AFM(a,b)和ANXRI(c,d)的成像机理示意图 view more 

Credit: ©《中国科学》杂志社

原子核不仅是原子的核心,而且直接参与轫致辐射(即减速辐射)、核磁共振、核散射以及自发和诱发的核反应,包括核裂变、聚变、散裂和衰变等等。这些由原子核直接参与的过程对科学研究和实际应用都有重要意义,如核能开发、核医学治疗以及常见的核磁共振成像。因此,100多年来,许多科学家一直致力于研究原子核。然而,迄今为止,还没有任何光学成像方法可以观察到原子核。这是因为对如此小的实体(原子核的大小约为10−15 m)进行光学成像非常具有挑战性。

近日,天津理工大学罗俊教授课题组首次成功实现对原子核的光学成像。这种新型光学显微方法(简称为ANXRI)的最初想法是受原子力显微镜(AFM)工作机制的启发,思路是将球差校正的扫描透射电子显微术(STEM)、X光子的韧致辐射产生、以及能量色散X射线光谱(EDS)对这些光子的接收和面扫绘图整合起来,从而成功实现不同材料的原子核成像。并且,ANXRI能够调控原子核成像的大小,也能区分小至1皮米量级的原子核成像差异。更为重要的是,ANXRI还能区分不同元素的原子核。

这项研究成果近日以“X-ray imaging of atomic nuclei”为题发表在“中国科技期刊卓越行动计划”期刊SCIENCE CHINA Materials,全文链接为http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCMs/doi/10.1007/s40843-020-1320-1?slug=abstract。天津理工大学博士生许杰为第一作者、罗俊教授为通讯作者、何佳副研究员和丁轶教授为合作作者,天津理工大学为论文的唯一完成单位。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家杰出青年科学基金和天津市杰出青年科学基金的支持。

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