Самый яркий фонарик
Представьте себе: пытаетесь найти иголку на полу при слабом свете — задача чуть ли не невозможная. Но если рядом мощный фонарик, иголка засияет отражённым от неё светом, и вы легко её заметите. Новый синхротрон СКИФ – это такой суперяркий фонарик, только свет его — мощные рентгеновские лучи. Благодаря ультракоротким волн которых в этом свете видны мельчайшие объекты: от живых клеток и молекул до отдельных атомов.
Этот «фонарик» просвечивает всё, а чем ярче свет, тем отчётливее изображение и тем быстрее можно увидеть изменения — а для микромира это чрезвычайно важно, ведь там всё движется с невероятной скоростью.
В мире есть ещё более мощные синхротроны, но они слишком жёсткие для живых объектов: рентген разрушает их. А СКИФ взял другую высоту — тут сделали удивительно узкий и яркий луч, который сохраняет живые объекты целыми и невредимыми.
Идея синхротронного излучения родилась ещё в 1944 году благодаря советским физикам Дмитрию Иваненко и Исааку Померанчуку. Они поняли, что если электроны гонять по кругу с близкой к скорости света скоростью, они будут излучать энергию в виде света – охватывающего весь спектр от видимого до рентгеновского.
Для создания такого излучения строят огромные ускорители — синхротроны размерами со стадион. Электроны несутся по полукилометровому кольцу сотни тысяч раз за секунду. Чтобы их скорость не падала, на пути стоят мощные ускорители, которые подзаряжают электроны каждый раз, когда те теряют энергию при поворотах.
Проходя мимо специального канала, пучок посылает рентгеновские вспышки с частотой, в сотни миллионов раз превышающей скорость съёмки даже самой крутой кинокамеры. Такая оптика позволяет снимать настоящее «рентгеновское кино» сверхбыстрых процессов.
Переход на сайт «Компас Жизни»Чтобы узнать, как эффективно устранить неприятные запахи, рекомендуем ознакомиться с материалом Как избавиться от зловония в холодильнике без лишних затрат: простой и проверенный способ.
Кто последний на синхротрон?
Такое гигантское устройство нужно всем — от вирусологов до историков. Благодаря синхротронному излучению удалось к примеру выяснить структуру рибосомы — заводика по производству белков в клетках. За это кристаллограф Ада Йонат в 2009 году получила Нобелевскую премию.
70% белков, изученных сегодня учёными, «рассматривались» именно на синхротронах. Например, в марте 2020 года британский синхротрон Diamond Light Source помог быстро расшифровать структуру поверхностного белка коронавируса SARS-CoV-2, что подтолкнуло к поиску лекарств. Правда, выращивание нужных кристаллов было долгим и капризным процессом.
СКИФ — синхротрон четвёртого поколения — обещает пойти дальше. Его яркость позволяет изучать вирусы в движении, в естественных условиях, без необходимости выращивать кристаллы. Если раньше сигнал собирали с пятен размером в 100 нанометров, то на СКИФе можно увидеть детали в 10–20 нанометров — и всё это без сложной оптики, только благодаря особенностям пучка. Это прорыв для изучения структуры белков, трещин в материалах, процессов окисления в батарейках и многого другого.
Историки тоже не отстают: в феврале 2024 года с помощью синхротрона и искусственного интеллекта впервые расшифровали обугленные свитки из Геркуланума — античной библиотеки, погребённой под пеплом Везувия ещё в 79 году нашей эры. Благодаря 3D-сканированию с высочайшим разрешением и нейросетям удалось прочитать первые несколько сотен слов, не разбирая свитки вручную.
Удивительные находки синхротрона
Внутри опухоли
С помощью тончайших пучков синхротронного излучения можно облучать раковые опухоли, распределяя дозу так, чтобы минимально повредить здоровые клетки. Такой метод помогает точечно бороться с раком, не губя всё вокруг.
На полотне
В 2001 году после взрыва талибами статуй Будды в афганском Бамиане были обнаружены росписи VII века. Исследования, проведённые на французском синхротроне ESRF, показали, что краски там — масляные, хотя учёные раньше думали, что этот тип красок придуман значительно позже.
В микрочипах
Свет синхротрона позволяет просветить микропроцессоры и понять, всё ли собрано правильно, а также проверить, нет ли там скрытых шпионских чипов.
Для определения атомов
В 2023 году на обложку журнала Nature попало изображение кольцеобразных супрамолекул с шестью атомами рубидия и одним атомом железа. Такие рентгеновские снимки делают не просто видимыми отдельные атомы, но помогают отличать их друг от друга по химическому типу. До сих пор удавалось рассматривать только кластеры из тысяч атомов. Новый метод объединяет сверхяркое синхротронное излучение и сканирующий туннельный микроскоп, раскрывая нам микромир на новом уровне.
По данным Ножа.
