सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोत

डेरेसबरी सिंक्रोट्रॉन विकिरण स्रोत, 1990 में टर्बियम क्रिस्टल से परावर्तित सिंक्रोट्रॉन विकिरण

सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोत विद्युत चुम्बकीय विकिरण (ईएम) का स्रोत है जो सामान्यतः वैज्ञानिक और तकनीकी उद्देश्यों के लिए संचायक वलय द्वारा निर्मित होता है,^[1] पहले सिंक्रोटॉन में देखा गया, सिंक्रोट्रॉन प्रकाश अब संचायक वलय और अन्य विशेष कण त्वरक द्वारा निर्मित होता है, सामान्यतः इलेक्ट्रॉन को गति देता है। एक बार उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम उत्पन्न हो जाने के बाद, इसे संचायक वलय और मुक्त इलेक्ट्रॉन पराबैंगनीकिरण में झुकने वाले मैग्नेट और सम्मिलन उपकरणों अंडुलेटर्स या विगलर (सिंक्रोट्रॉन) जैसे सहायक घटकों में निर्देशित किया जाता है।

ये बीम के लंबवत मजबूत चुंबकीय क्षेत्र की आपूर्ति करते हैं जो उच्च ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों को फोटॉन में बदलने के लिए आवश्यक होते हैं।

सिंक्रोट्रॉन प्रकाश के प्रमुख अनुप्रयोग संघनित पदार्थ भौतिकी, सामग्री विज्ञान, जीव विज्ञान और चिकित्सा में हैं। सिंक्रोट्रॉन प्रकाश का उपयोग करने वाले प्रयोगों के बड़े अंश में इलेक्ट्रॉनिक संरचना के उप-नैनोमीटर स्तर से माइक्रोमीटर और मिलीमीटर स्तर तक चिकित्सा इमेजिंग में महत्वपूर्ण पदार्थ की संरचना की जांच करना सम्मिलित है। व्यावहारिक औद्योगिक अनुप्रयोग का उदाहरण एलआईजीए प्रक्रिया द्वारा सूक्ष्म संरचना का निर्माण है।

सिंक्रोट्रॉन ज्ञात प्रकाश स्रोत के सबसे महंगे प्रकारों में से है, लेकिन यह दूर-अवरक्त अवशोषण स्पेक्ट्रोमेट्री जैसे कुछ अनुप्रयोगों के लिए दूर-अवरक्त तरंग दैर्ध्य सीमा में व्यापक-बैंड विकिरण का व्यावहारिक रूप से केवल व्यवहार्य चमकदार स्रोत है।

वर्णक्रमीय चमक

सिंक्रोट्रॉन विकिरण के विभिन्न स्रोतों की तुलना करने के लिए उपयोग की जाने वाली योग्यता के प्राथमिक आंकड़े को चमक, प्रतिभा और वर्णक्रमीय चमक के रूप में संदर्भित किया गया है, बाद वाले शब्द को सिंक्रोट्रॉन नामकरण पर कार्य समूह द्वारा सर्वोत्तम विकल्प के रूप में अनुशंसित किया गया है।^[2] चुने गए नाम के अतिरिक्त, यह शब्द प्रति यूनिट बैंडविड्थ (सिग्नल प्रोसेसिंग) बैंडविड्थ (बीडब्ल्यू) में दिए गए छह-आयामी चरण स्थान में फोटॉन के कुल प्रवाह का उपाय है।^[3]

वर्णक्रमीय चमक इसके द्वारा दी गई है:

B={\frac {{\dot {N}}_{ph}}{4\pi ^{2}\sigma _{x}\sigma _{y}\sigma _{x'}\sigma _{y'}{\frac {d\omega }{\omega }}}}

जहाँ ${\dot {N}}_{ph}$ बीम का प्रति सेकंड फोटॉन है, $\sigma _{x}$ और $\sigma _{y}$ बीम की दिशा के लम्बवत् अक्षों में बीम के आकार के मूल माध्य वर्ग मान हैं, $\sigma _{x'}$ और $\sigma _{y'}$ x और y आयामों में बीम ठोस कोण के लिए आरएमएस मान हैं, और ${\textstyle {\frac {d\omega }{\omega }}}$ बैंडविड्थ है, या केंद्रीय आवृत्ति के चारों ओर बीम आवृत्ति में फैला हुआ है।^[4] बैंडविड्थ के लिए प्रथागत मान 0.1% है।^[2]

वर्णक्रमीय चमक में समय की इकाइयाँ होती हैं समय ⁻¹ ⋅दूरी⁻²⋅ कोण⁻² ⋅ बैंडविड्थ^-1.

सूत्रों के गुण

उदाहरण के लिए जब कृत्रिम रूप से उत्पादित, सिंक्रोट्रॉन विकिरण इसके लिए उल्लेखनीय है:

उच्च प्रतिभा, पारंपरिक एक्स-रे ट्यूबों में उत्पादित एक्स-रे की तुलना में अधिक परिमाण के कई आदेश: तीसरी पीढ़ी के स्रोतों में सामान्यतः 10¹⁸ से अधिक चमक होती है मृद−2/0.1% BW, जहां 0.1% BW से बड़ा ब्रिलियंस होता है, जहाँ 0.1% BW आवृत्ति w के आसपास केंद्रित बैंडविड्थ 10−3w को दर्शाता है।
उच्च स्तर का ध्रुवीकरण (रैखिक, अण्डाकार या गोलाकार)
उच्च कोलिमेशन, अर्थात् बीम का छोटा कोणीय विचलन
कम उत्सर्जन, अर्थात् स्रोत क्रॉस सेक्शन का उत्पाद और उत्सर्जन का ठोस कोण छोटा है
एकवर्णीकरण द्वारा ऊर्जा/तरंग दैर्ध्य में व्यापक ट्यूनेबिलिटी (उच्च ऊर्जा एक्स-रे तक उप-इलेक्ट्रॉनवोल्ट)
स्पंदित प्रकाश उत्सर्जन (पल्स अवधि दूसरा या एक सेकंड के एक अरबवें भाग पर या उससे कम)

त्वरक से सिंक्रोट्रॉन विकिरण

सिंक्रोट्रॉन विकिरण त्वरक में या तो बाधा के रूप में हो सकता है, जिससे कण भौतिकी संदर्भों में अवांछित ऊर्जा हानि हो सकती है, या कई प्रयोगशाला अनुप्रयोगों के लिए जानबूझकर उत्पादित विकिरण स्रोत के रूप में हो सकता है। अंतिम ऊर्जा प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रॉनों को कई चरणों में उच्च गति पर त्वरित किया जाता है जो सामान्यतः गीगाइलेक्ट्रॉन वोल्ट सीमा में होता है। मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा इलेक्ट्रॉनों को बंद रास्ते में यात्रा करने के लिए विवश किया जाता है। यह रेडियो एंटीना के समान है, लेकिन इस अंतर के साथ कि डॉपलर प्रभाव के कारण कारक द्वारा सापेक्षिक गति प्रेक्षित आवृत्ति को बदल देती है। $\gamma$ सापेक्षवादी लोरेंत्ज़ संकुचन अन्य कारक द्वारा आवृत्ति को टक्कर देता है इस प्रकार गुंजयमान गुहा की गीगाहर्ट्ज़ आवृत्ति को गुणा करना जो एक्स-रे सीमा में इलेक्ट्रॉनों को गति देता है। विशेष सापेक्षता का एक और नाटकीय प्रभाव यह है कि विकिरण पैटर्न गैर-सापेक्षतावादी सिद्धांत से अपेक्षित आइसोट्रोपिक द्विध्रुवीय पैटर्न से विकिरण के अत्यंत आगे की ओर संकेत करने वाले शंकु में विकृत है। यह सिंक्रोट्रॉन विकिरण स्रोतों को एक्स-रे का सबसे अच्छा ज्ञात स्रोत बनाता है। तलीय त्वरण ज्यामिति विकिरण को कक्षीय तल में देखे जाने पर रैखिक रूप से ध्रुवीकृत बनाती है, और उस तल पर छोटे कोण पर देखे जाने पर गोलाकार रूप से ध्रुवीकृत करती है।

स्पेक्ट्रोस्कोपी और विवर्तन के लिए सिंक्रोट्रॉन विकिरण का उपयोग करने के लाभों को 1960 और 1970 के दशक की प्रारंभ में निरंतर बढ़ते वैज्ञानिक समुदाय द्वारा संवेदना प्रकट किया गया है। प्रारंभ में, कण भौतिकी के लिए त्वरक का निर्माण किया गया था, और सिन्क्रोट्रॉन विकिरण का उपयोग परजीवी मोड में किया गया था जब बीम पाइप में अतिरिक्त छेद ड्रिल करके झुकने वाले चुंबक विकिरण को निकाला जाना था। सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोत के रूप में प्रारंभ की गई पहली संचायक वलय सिंक्रोट्रॉन विकिरण केंद्र में टैंटलस थी, जो 1968 में पहली बार चालू हुई थी।^[5] चूंकि त्वरक सिंक्रोट्रॉन विकिरण अधिक तीव्र हो गया और इसके अनुप्रयोग अधिक आशाजनक हो गए, सिंक्रोट्रॉन विकिरण की तीव्रता को बढ़ाने वाले उपकरणों को उपस्थित रिंगों में बनाया गया। तीसरी पीढ़ी के सिंक्रोट्रॉन विकिरण स्रोतों की कल्पना की गई थी और प्रारंभ से ही शानदार एक्स-रे का उत्पादन करने के लिए अनुकूलित किया गया था। चौथी पीढ़ी के स्रोत जिनमें अत्यधिक मांग के लिए अल्ट्राब्रिलियंट, स्पंदित समय-संरचित एक्स-रे के उत्पादन के लिए विभिन्न अवधारणाएं सम्मिलित होंगी और संभवतः अभी तक कल्पना किए जाने वाले प्रयोग भी विचाराधीन हैं।

त्वरक में झुकने वाले विद्युत चुम्बकों का उपयोग पहली बार इस विकिरण को उत्पन्न करने के लिए किया गया था, लेकिन मजबूत विकिरण उत्पन्न करने के लिए, अन्य विशेष उपकरण - सम्मिलन उपकरण - कभी-कभी नियोजित होते हैं। वर्तमान (तीसरी पीढ़ी) सिंक्रोट्रॉन विकिरण स्रोत सामान्यतः इन सम्मिलन उपकरणों पर निर्भर होते हैं, जहां संचायक वलय के सीधे खंड आवधिक चुंबकीय संरचनाओं को सम्मिलित करते हैं (वैकल्पिक N और S ध्रुवों के पैटर्न में कई मैग्नेट सम्मिलित हैं - ऊपर आरेख देखें) जो इलेक्ट्रॉनों को बल देते हैं साइनसोइडल या पेचदार पथ में इस प्रकार, मोड़ के अतिरिक्त, ठीक गणना की गई स्थितियों पर कई दसियों या सैकड़ों विगल्स बीम की कुल तीव्रता को जोड़ते हैं या गुणा करते हैं।

इन उपकरणों को विगलर (सिंक्रोट्रॉन) या तरंगक कहा जाता है। लहरदार और विगलर के बीच मुख्य अंतर उनके चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता और इलेक्ट्रॉनों की सीधी रेखा पथ से विचलन का आयाम है।

विकिरण से बाहर निकलने और प्रयोगकर्ताओं के निर्वात कक्ष में बीम लाइन का अनुसरण करने के लिए संचायक वलय में खुलते हैं। आधुनिक तीसरी पीढ़ी के सिंक्रोट्रॉन विकिरण स्रोतों से बड़ी संख्या में ऐसी बीम लाइनें निकल सकती हैं।

भंडारण के छल्ले

इलेक्ट्रॉनों को त्वरक से उचित रूप से निकाला जा सकता है और अतिउच्च वैक्यूम सहायक चुंबकीय संचायक वलय में संग्रहीत किया जा सकता है जहां वे बड़ी संख्या में चक्कर लगा सकते हैं। रिंग में उपस्थित चुम्बकों को भी बार-बार कूलम्ब (अंतरिक्ष प्रभार ) बलों के विपरीत बीम को पुनः से दबाने की आवश्यकता होती है, जो इलेक्ट्रॉन बंच को बाधित करने के लिए प्रवृत्त होते हैं। दिशा में परिवर्तन त्वरण का रूप है और इस प्रकार इलेक्ट्रॉन GeV ऊर्जा पर विकिरण उत्सर्जित करते हैं।

सिंक्रोट्रॉन विकिरण के अनुप्रयोग

चुंबकीय क्षेत्र में उच्च ऊर्जा पर घूमने वाले इलेक्ट्रॉन बीम के सिंक्रोट्रॉन विकिरण बीम (सोकोलोव-टर्नोव प्रभाव) में इलेक्ट्रॉनों के विकिरण स्व-ध्रुवीकरण की ओर जाता है।^[6] इस प्रभाव का उपयोग विभिन्न प्रयोगों में उपयोग के लिए अत्यधिक ध्रुवीकृत इलेक्ट्रॉन बीम बनाने के लिए किया जाता है।
सिंक्रोट्रॉन विकिरण संचायक वलय में विकिरण डंपिंग और क्वांटम उत्तेजना के प्रभावों के माध्यम से बीम आकार (बीम उत्सर्जन द्वारा निर्धारित) सेट करता है।^[7]

बीमलाइन

सोलेल की बीमलाइन्स (सिंक्रोट्रॉन)

सिंक्रोट्रॉन सुविधा में, इलेक्ट्रॉनों को सामान्यतः सिंक्रोट्रॉन द्वारा त्वरित किया जाता है, और फिर संचायक वलय में इंजेक्ट किया जाता है, जिसमें वे घूमते हैं, सिंक्रोट्रॉन विकिरण का उत्पादन करते हैं, लेकिन आगे की ऊर्जा प्राप्त किए बिना। विकिरण को इलेक्ट्रॉन संचायक वलय के स्पर्शरेखा पर प्रक्षेपित किया जाता है और बीम लाइन द्वारा कैप्चर किया जाता है। ये बीमलाइनें झुकने वाले चुम्बकों से उत्पन्न हो सकती हैं, जो संचायक वलय के कोनों को चिह्नित करती हैं; या सम्मिलन उपकरण, जो संचायक वलय के सीधे खंडों में स्थित हैं। एक्स-रे का स्पेक्ट्रम और ऊर्जा दो प्रकारों के बीच भिन्न होती है। बीमलाइन में एक्स-रे ऑप्टिकल उपकरण सम्मिलित हैं जो बैंडविड्थ (सिग्नल प्रोसेसिंग), फोटॉन फ्लक्स, बीम आयाम, फ़ोकस और किरणों के समतलीकरण को नियंत्रित करते हैं। ऑप्टिकल उपकरणों में स्लिट्स, एटेन्यूएटर्स, क्रिस्टल मोनोक्रोमेटर और मिरर सम्मिलित हैं। बीम को फोकस करने के लिए दर्पणों को वक्र या टोरॉयड आकार में मोड़ा जा सकता है। छोटे से क्षेत्र में उच्च फोटॉन प्रवाह बीमलाइन की सबसे सामान्य आवश्यकता है। एप्लिकेशन के साथ बीमलाइन का डिज़ाइन अलग-अलग होगा। बीमलाइन के अंत में प्रायोगिक अंत स्टेशन है, जहां नमूनों को विकिरण की रेखा में रखा जाता है, और परिणामी विवर्तन, फैलने या द्वितीयक विकिरण को मापने के लिए डिटेक्टरों को स्थापित किया जाता है।

प्रायोगिक तकनीकें और उपयोग

सामग्री विज्ञान, भौतिकी और रसायन विज्ञान में कई प्रकार के अनुसंधान के लिए सिंक्रोट्रॉन प्रकाश आदर्श उपकरण है और इसका उपयोग अकादमिक, औद्योगिक और सरकारी प्रयोगशालाओं के शोधकर्ताओं द्वारा किया जाता है। विशिष्ट प्रकार के प्रयोगों के लिए डिज़ाइन किए गए बीमलाइन पर सिंक्रोट्रॉन विकिरण की उच्च तीव्रता, ट्यून करने योग्य तरंगदैर्घ्य, संधान, और ध्रुवीकरण का कई विधियाँ लाभ उठाते हैं। सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे की उच्च तीव्रता और मर्मज्ञ शक्ति विशिष्ट वातावरण के लिए डिज़ाइन किए गए नमूना कोशिकाओं के अंदर प्रयोग करने में सक्षम बनाती है। नमूने गर्म, ठंडा, या गैस, तरल या उच्च दबाव वाले वातावरण के संपर्क में हो सकते हैं। प्रयोग जो इन वातावरणों का उपयोग करते हैं, उन्हें सीटू में बुलाया जाता है और परमाणु-नैनो-स्केल घटनाओं के लक्षण वर्णन की अनुमति देता है जो अधिकांश अन्य लक्षण वर्णन उपकरणों के लिए पहुंच योग्य नहीं हैं। ऑपरेंडो मापन में किसी सामग्री की वास्तविक कार्य स्थितियों की यथासंभव बारीकी से नकल करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।^[8]

विवर्तन और बिखराव

क्रिस्टलीय और अनाकार सामग्री के संरचनात्मक विश्लेषण के लिए सिंक्रोट्रॉन पर एक्स-रे विवर्तन (एक्सआरडी) और प्रकीर्णन प्रयोग किए जाते हैं। ये माप पाउडर विवर्तन, एकल क्रिस्टल या पतली फिल्मों पर किए जा सकते हैं। सिंक्रोट्रॉन बीम का उच्च रिज़ॉल्यूशन और तीव्रता पतला चरणों से बिखरने या अवशिष्ट तनाव के विश्लेषण को मापने में सक्षम बनाता है। अत्यधिक भूगर्भिक वातावरण का अनुकरण करने या पदार्थ के विदेशी रूपों को बनाने के लिए हीरे की निहाई कोशिकाओं का उपयोग करके उच्च दबाव पर सामग्री का अध्ययन किया जा सकता है।

सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी का उपयोग करके उच्च रिज़ॉल्यूशन पर हल की गई राइबोसोम सबयूनिट की संरचना।^[9]

प्रोटीन और अन्य मैक्रोमोलेक्यूल्स (पीएक्स या एमएक्स) की एक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी नियमित रूप से की जाती है। राइबोसोम की संरचना को हल करने के लिए सिंक्रोट्रॉन-आधारित क्रिस्टलोग्राफी प्रयोग अभिन्न थे;^[9]^[10] इस काम ने 2009 में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार अर्जित किया।

नैनोकणों के आकार और आकार को छोटे कोण वाले एक्स-रे स्कैटरिंग (एसएएक्सएस) का उपयोग करके चित्रित किया जाता है। सतहों पर नैनो-आकार की विशेषताओं को समान तकनीक से मापा जाता है, चराई-घटना छोटे-कोण बिखरने | चराई-घटना छोटे कोण एक्स-रे बिखरने (जीआईएसएएक्सएस)।^[11] इस और अन्य विधियों में, सतह की संवेदनशीलता घटना बीम के सापेक्ष एक छोटे कोण पर क्रिस्टल की सतह को रखकर प्राप्त की जाती है, जो कुल बाहरी प्रतिबिंब प्राप्त करती है और सामग्री में एक्स-रे प्रवेश को कम करती है।

भूतल विज्ञान, इंटरफेस, और पतली फिल्मों के परमाणु-नैनो-स्केल विवरण को एक्स-रे परावर्तन (एक्सआरआर) और एक्स-रे क्रिस्टल ट्रंकेशन रॉड (सीटीआर) विश्लेषण जैसी तकनीकों का उपयोग करके चित्रित किया जा सकता है।^[12] एक्स-रे स्टैंडिंग वेव (एक्सएसडब्ल्यू) मापन का उपयोग सतहों पर या उसके निकट परमाणुओं की स्थिति को मापने के लिए भी किया जा सकता है; इन मापों के लिए गतिशील विवर्तन घटना को हल करने में सक्षम उच्च-रिज़ॉल्यूशन ऑप्टिक्स की आवश्यकता होती है।^[13]

एक्स-रे जोड़ी वितरण फ़ंक्शन विश्लेषण का उपयोग करके तरल पदार्थ और पिघलने के साथ-साथ स्थानीय विकार वाले क्रिस्टलीय सामग्रियों सहित अनाकार सामग्री की जांच की जा सकती है, जिसके लिए उच्च ऊर्जा एक्स-रे स्कैटरिंग डेटा की आवश्यकता होती है।^[14]

रुचि के किसी विशेष तत्व के अवशोषण किनारे के माध्यम से बीम ऊर्जा को ट्यूनिंग करके, उस तत्व के परमाणुओं से बिखरने को संशोधित किया जाएगा। ये तथाकथित गुंजयमान विषम एक्स-रे बिखरने के विधि नमूने में विशिष्ट तत्वों से बिखरने वाले योगदान को हल करने में सहायता कर सकते हैं।

अन्य प्रकीर्णन तकनीकों में ईडीएक्सआरडी|ऊर्जा परिक्षेपी एक्स-रे विवर्तन, गुंजयमान अप्रत्यास्थ एक्स-रे प्रकीर्णन और चुंबकीय प्रकीर्णन सम्मिलित हैं।

स्पेक्ट्रोस्कोपी

सामग्री और अणुओं में परमाणुओं की समन्वय संरचना का अध्ययन करने के लिए एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सएएस) का उपयोग किया जाता है। सिंक्रोट्रॉन बीम ऊर्जा को रुचि के तत्व के अवशोषण किनारे के माध्यम से ट्यून किया जाता है, और अवशोषण में मॉड्यूलेशन को मापा जाता है। फोटोइलेक्ट्रॉन संक्रमण अवशोषण किनारे के पास मॉड्यूलेशन का कारण बनता है, और इन मॉड्यूलेशन का विश्लेषण (किनारे की संरचना के पास एक्स-रे अवशोषण कहा जाता है। एक्स-रे अवशोषण निकट-किनारे संरचना (एक्सएएनईएस) या किनारे के पास एक्स-रे अवशोषण ठीक संरचना। निकट-किनारे X -किरण अवशोषण ठीक संरचना (नेक्सफ्स)) उस तत्व की रासायनिक स्थिति और स्थानीय समरूपता के बारे में जानकारी प्रकट करता है। घटना बीम ऊर्जा पर जो अवशोषण किनारे से बहुत अधिक है, फोटोइलेक्ट्रॉन बिखरने से रिंगिंग मॉड्यूलेशन का कारण बनता है जिसे विस्तारित एक्स-रे अवशोषण ठीक संरचना (एक्सएएफएस) कहा जाता है। एक्सएएफएस शासन के फूरियर परिवर्तन से बंधन की लंबाई और आसपास के अवशोषित परमाणु की संख्या प्राप्त होती है; इसलिए यह तरल पदार्थ और अनाकार सामग्री का अध्ययन करने के लिए उपयोगी है^[15] साथ ही विरल प्रजातियां जैसे कि अशुद्धियाँ। संबंधित तकनीक, एक्स-रे चुंबकीय परिपत्र द्वैतवाद (एक्सएमसीडी), तत्व के चुंबकीय गुणों को मापने के लिए गोलाकार रूप से ध्रुवीकृत एक्स-रे का उपयोग करती है।

एक्स - रे फ़ोटोइलैक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सपीएस) को प्रकाश उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी से लैस बीमलाइन पर किया जा सकता है। पारंपरिक एक्सपीएस सामान्यतः वैक्यूम के तहत किसी सामग्री के शीर्ष कुछ नैनोमीटर की जांच करने तक सीमित है। चूंकि, सिंक्रोट्रॉन प्रकाश की उच्च तीव्रता गैस के निकट-परिवेश दबावों पर सतहों के एक्सपीएस मापन को सक्षम बनाती है। नकली उत्प्रेरक या तरल स्थितियों के तहत रासायनिक घटना को मापने के लिए परिवेशी दबाव एक्सपीएस (एपी-एक्सपीएस) का उपयोग किया जा सकता है।^[16] उच्च-ऊर्जा फोटॉनों का उपयोग करने से उच्च गतिज ऊर्जा वाले फोटोइलेक्ट्रॉन प्राप्त होते हैं, जिनके पास प्रयोगशाला एक्सपीएस उपकरण पर उत्पन्न होने वाले मार्ग की तुलना में बहुत लंबा अकुशल माध्य मुक्त पथ होता है। इसलिए सिंक्रोट्रॉन एक्सपीएस की जांच गहराई को कई नैनोमीटर तक बढ़ाया जा सकता है, जिससे दबे हुए इंटरफेस का अध्ययन किया जा सकता है। इस विधि को उच्च-ऊर्जा एक्स-रे प्रकाश उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी (हक्सपेस) कहा जाता है।^[17] इसके अतिरिक्त, सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे फोटॉन ऊर्जा की ट्यून करने योग्य प्रकृति 2-50 एनएम के क्रम में गहराई संवेदनशीलता की एक विस्तृत श्रृंखला प्रस्तुत करती है।^[18] यह अधिक गहराई पर और गैर विनाशकारी गहराई-प्रोफाइलिंग प्रयोगों के लिए नमूनों की जांच करने की अनुमति देता है।

एक्स-रे प्रतिदीप्ति (एक्सआरएफ) का उपयोग करके सामग्री संरचना का मात्रात्मक विश्लेषण किया जा सकता है। एक्सआरएफ पहचान का उपयोग कई अन्य तकनीकों में भी किया जाता है, जैसे एक्सएएस और एक्सएसडब्ल्यू, जिसमें किसी विशेष तत्व के अवशोषण में परिवर्तन को मापना आवश्यक होता है।

अन्य स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीकों में कोण समाधान फोटोमिशन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एआरपीईएस), सॉफ्ट एक्स-रे उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी, और परमाणु अनुनाद कंपन स्पेक्ट्रोस्कोपी सम्मिलित है, जो मोसबाउर स्पेक्ट्रोस्कोपी से संबंधित है।

इमेजिंग

उन्नत फोटॉन स्रोत पर एक्स-रे नैनोप्रोब बीमलाइन

सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे का उपयोग पारंपरिक एक्स-रे इमेजिंग, चरण-विपरीत एक्स-रे इमेजिंग और टोमोग्राफी के लिए किया जा सकता है। एक्स-रे की एंग्स्ट्रॉम-स्केल वेवलेंथ दृश्य प्रकाश की विवर्तन सीमा से काफी नीचे इमेजिंग सक्षम करती है, लेकिन व्यावहारिक रूप से अब तक प्राप्त सबसे छोटा रिज़ॉल्यूशन लगभग 30 एनएम है।^[19] इस तरह के नैनोप्रोब (उपकरण) स्रोतों का स्कैनिंग ट्रांसमिशन एक्स-रे माइक्रोस्कोपी (एसटीएक्सएम) को स्कैन करने के लिए किया जाता है। इमेजिंग को स्पेक्ट्रोस्कोपी जैसे एक्स-रे प्रतिदीप्ति या एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी के साथ जोड़ा जा सकता है ताकि उप-माइक्रोन रिज़ॉल्यूशन के साथ नमूना की रासायनिक संरचना या ऑक्सीकरण स्थिति को मैप किया जा सके।^[20]

अन्य इमेजिंग तकनीकों में सुसंगत विवर्तन इमेजिंग सम्मिलित हैं।

इसी तरह के प्रकाशिकी को माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक प्रणाली संरचनाओं के लिए फोटोलिथोग्राफी के लिए नियोजित किया जा सकता है, एलआईजीए प्रक्रिया के भाग के रूप में सिंक्रोट्रॉन बीम का उपयोग कर सकते हैं।

कॉम्पैक्ट सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोत

ट्यूनेबल संपार्श्विक प्रकाश कोहेरेंस (भौतिकी) एक्स-रे विकिरण की उपयोगिता के कारण, सिंक्रोट्रॉन द्वारा उत्पादित प्रकाश के छोटे और अधिक अमूल्य स्रोत बनाने के प्रयास किए गए हैं। इसका उद्देश्य लागत और सुविधा कारणों से अनुसंधान प्रयोगशाला के अन्दर ऐसे स्रोतों को उपलब्ध कराना है; वर्तमान में, शोधकर्ताओं को प्रयोग करने के लिए सुविधा की यात्रा करनी पड़ती है। कॉम्पैक्ट प्रकाश स्रोत बनाने की विधि है, दसियों मेगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट्स की अपेक्षाकृत कम ऊर्जा पर संग्रहीत इलेक्ट्रॉनों से कॉम्पटन स्कैटेरिंग निकट-दृश्यमान लेजर फोटॉनों से ऊर्जा बदलाव का उपयोग करना (उदाहरण के लिए कॉम्पैक्ट लाइट सोर्स (सीएलएस) देखें)^[21]). चूंकि, टकराव का अपेक्षाकृत कम क्रॉस-सेक्शन इस विधि से प्राप्त किया जा सकता है, और पराबैंगनीकिरण की पुनरावृत्ति दर मेगाहर्ट्ज़ पुनरावृत्ति दर के अतिरिक्त स्वाभाविक रूप से सामान्य संचायक वलय उत्सर्जन में उत्पन्न होने वाली कुछ हर्ट्ज़ तक सीमित है। चुंबकीय उपकरणों के भीतर यूवी या एक्स-रे उत्सर्जन के लिए आवश्यक ऊर्जा से आराम से इलेक्ट्रॉनों को गति देने के लिए आवश्यक दूरी को कम करने के लिए अन्य विधि प्लाज्मा त्वरण का उपयोग करना है।

यह भी देखें

संदर्भ

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बाहरी संबंध

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[14] T. Egami, S.J.L. Billinge, "Underneath the Bragg Peaks: Structural Analysis of Complex Materials", Pergamon (2003)

[15] Sayers, Dale E.; Stern, Edward A.; Lytle, Farrel W. (1971-11-01). "New Technique for Investigating Noncrystalline Structures: Fourier Analysis of the Extended X-Ray—Absorption Fine Structure". Physical Review Letters. 27 (18): 1204–1207. Bibcode:1971PhRvL..27.1204S. doi:10.1103/physrevlett.27.1204.

[16] Bluhm, Hendrik; Hävecker, Michael; Knop-Gericke, Axel; Kiskinova, Maya; Schlögl, Robert; Salmeron, Miquel (2017). "सीटू एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी में निकट-परिवेश स्थितियों में गैस-ठोस इंटरफेस का अध्ययन". MRS Bulletin. 32 (12): 1022–1030. doi:10.1557/mrs2007.211. S2CID 55577979.

[17] Sing, M.; Berner, G.; Goß, K.; Müller, A.; Ruff, A.; Wetscherek, A.; Thiel, S.; Mannhart, J.; Pauli, S. A.; Schneider, C. W.; Willmott, P. R.; Gorgoi, M.; Schäfers, F.; Claessen, R. (2009-04-30). "Profiling the Interface Electron Gas of LaAlO₃/SrTiO₃ Heterostructures with Hard X-Ray Photoelectron Spectroscopy". Physical Review Letters. 102 (17): 176805. arXiv:0809.1917. Bibcode:2009PhRvL.102q6805S. doi:10.1103/physrevlett.102.176805. PMID 19518810. S2CID 43739895.

[18] Gong, Zhengliang; Yang, Yong (2018). "रिचार्जेबल बैटरी के अध्ययन के लिए सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे तकनीक का अनुप्रयोग". Journal of Energy Chemistry (in English). 27 (6): 1566–1583. doi:10.1016/j.jechem.2018.03.020. S2CID 104038441.

[19] Argonne National Laboratory Center for Nanoscale Materials, "X-Ray Microscopy Capabilities", accessed 2016-06-20

[20] Beale, Andrew M.; Jacques, Simon D. M.; Weckhuysen, Bert M. (2010). "सिंक्रोट्रॉन विकिरण के साथ उत्प्रेरक ठोस पदार्थों की रासायनिक इमेजिंग". Chemical Society Reviews. 39 (12): 4656–4672. doi:10.1039/c0cs00089b. hdl:1874/290865. PMID 20978688.

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