在飞行中测量的烟灰颗粒

作者:漆兑菥

汉堡自由电子激光科学中心(CFEL)的DESY科学家亨利·查普曼说:“这是我们第一次真正看到漂浮在空气中的个别气溶胶粒子的结构,它们是'原生栖息地'。”这将具有重要意义从气候模型到人类健康的各个领域的影响“CFEL是Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY,德国马克斯普朗克协会和汉堡大学气溶胶颗粒如烟灰的合资企业,在毒理学和气候等广泛领域发挥着重要作用科学尽管它们具有重要性,但它们的性质却难以测量:可见光不能提供必要的分辨率,X射线源通常不足以对单个颗粒成像,而对于电子显微镜,颗粒必须收集到基板上,这有可能改变他们的结构并鼓励聚集在美国SLAC Na使用世界上最强大的X射线激光LCLS该团队在斯坦福(加利福尼亚州)的tional Accelerator实验室捕获了通过激光束漂浮的单个烟尘颗粒的图像“我们现在有一个更丰富的成像工具来探索它们的毒性和内部结构之间的联系,”SLAC的Duane Loh说,他的主要作者这项研究出现在本周的科学杂志中,像LCLS这样的自然自由电子激光器或目前正在汉堡建造的欧洲XFEL由粒子加速器组成,这些粒子加速器在紧急障碍赛道上发射未结合的(自由)电子,在那里它们发射X射线光。在直径小于25微米的颗粒上这是有效输送到人体肺部的颗粒尺寸范围,并构成对全球变暖的第二重要贡献微观烟尘颗粒是由石墨块产生的电火花产生的,并用载气供给氩气和氮气进入称为空气动力学透镜的装置中,产生带有e的薄空气束这种气溶胶束拦截脉冲激光束每当X射线激光脉冲撞击烟尘颗粒时,它就会产生一个由探测器记录的特征衍射图案。从这种模式中,科学家们能够重建烟尘颗粒的结构“烟灰的结构决定了它如何散射光,这是理解太阳能如何被地球大气吸收的重要部分。这是地球气候模型中的一个关键因素,“DESY的共同作者Andrew Martin解释说。 “大约两微米大小的空气传播颗粒与不利的健康影响之间也存在许多联系。使用自由电子激光,我们现在能够测量单个空气传播颗粒的形状和成分。这可以更好地理解这些颗粒如何干扰具有肺部细胞功能的“团队记录了174个烟尘颗粒的模式并测量了它们的c使用称为分形维度的属性“我们已经看到分形维数高于想象的”,Chapman说“这意味着空气中的烟灰是紧凑的,这对气候效应的建模有影响”,此外,空气中烟尘的结构似乎有着惊人的变化“分形维数存在相当大的变化,这意味着大量的重排在空中进行,”查普曼解释这项研究的主要长期目标是SLAC的Michael Bogan解释说:“科学家现在可以想象能够观察到内燃机中烟灰形成的演变”,他们会根据环境改变尺寸,形状和化学成分来拍摄空气中颗粒的快照。从他们的分子构建块,或者甚至可以看到云中冰晶形成的第一步“在现实世界中,烟灰很少是纯净的,以便看到与其他物质混合的效果在气溶胶中,研究人员在烟尘颗粒上添加盐雾,产生较大的颗粒,烟灰附着在微小的盐晶体上。这种复合颗粒可能在沿海城市形成,预计比单独的烟尘具有更大的气候效应复合气溶胶更多难以分析,但新技术可以清楚地辨别烟灰,盐和两者的混合物 由于气溶胶粒子被强烈的X射线激光脉冲蒸发,研究人员可以使用质谱检查每个单独粒子的成分。即使气溶胶粒子被X射线激光脉冲破坏,脉冲也很短因此衍射图案具有高质量并且代表了未损坏的物体。新型X射线技术可以广泛应用于研究各种气溶胶,也可以扩展到解决一般的静态和动态形态研究人员表示,“我们现在能够通过测量大型集合中的单个粒子来研究烟尘的结构”,他解释说:“生物样本,如细胞和大蛋白质,具有与烟尘颗粒相似的大小研究并且缺乏固定的,可重复的结构将来有可能将这些技术扩展到气溶胶之外,以研究结构va生物系统中的差异“研究团队包括来自SLAC,DESY,劳伦斯伯克利国家实验室,马克斯普朗克研究所,国家能源研究科学计算中心,劳伦斯利弗莫尔国家实验室,康奈尔大学,汉堡大学,同步加速器里斯本和乌普萨拉的贡献者大学LCLS得到美国能源部科学办公室的支持 - 网上:....