Ученые МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок «Мегасайенс» (МНИЦ РО) БФУ им. И. Канта возобновили исследования на обновленном источнике синхротронного излучения 4-го поколения ESRF-EBS (Гренобль, Франция). За время пандемии сотрудники МНИЦ предложили несколько исследовательских проектов, которые прошли международный конкурсный отбор и были поддержаны научными центрами ESRF и DESY (г. Гамбург, Германия). После продолжительного перерыва, обусловленного сложившейся эпидемиологической обстановкой, наконец-то стало возможным проведение уникальных экспериментов на европейских источниках синхротронного излучения в очном режиме.

В рамках поездки состоялся научный визит в европейскую молекулярно-биологическую лабораторию EMBL (Гамбург, Германия). Встреча проходила с целью развития международного сотрудничества, направленного на стимулирование академического обмена между БФУ им. И. Канта и EMBL, а также решение научных задач связанных с применением современных методов структурой биологии и визуализации слабо-поглощающих биологических объектов на новых источниках синхротронного излучения 4-го поколения.

Ученые также посетили исследовательскую станцию рентгеновской дифракции и визуализации P23 источника синхротронного излучения PETRA III (DESY, Гамбург, Германия) для ознакомления с особенностями ее оснащения. На данной станции в апреле запланировано проведение двух экспериментов по рентгеновской рефлекто-интерферометрии и исследованию влияния внутренней структуры нанополикристаллического алмаза на рентгенооптиеские свойства микролинз. Предстоящие исследования были поддержаны научным центром DESY, и имеют большую значимость для получения передовых научных результатов, связанных с модернизацией и строительством новых источников синхротронного излучения в России и мире.

Мария Воеводина, лаборант-исследователь МНИЦ РО:

«Поддержка подобных “инструментальных” проектов европейскими научными центрами показывает высокую заинтересованность мирового научного сообщества в развитии когерентной рентгеновской оптики, экспериментальных подходов и методов исследования для источников синхротронного излучения нового поколения».

Главной целью командировки  являлась демонстрация нового метода формирования субмикронного сфокусированного рентгеновского пучка с использованием эллиптического капилляра и параболического аксикона. Эксперименты были выполнены на станции рентгеновской микроскопии ID06 обновленного источника синхротронного излучения 4-го поколения ESRF-EBS. Используемый в эксперименте эллиптический капилляр обладает оптическими свойствами эллиптического зеркала, и позволяет собирать отраженные от его поверхности лучи в острый фокус. Однако, рассеянное на краю выходной апертуры капилляра излучение может привести к значительному расширению фокального пятна. Кроме того, прямой пучок, проходящий без отражения через входное и выходное окно капилляра, создает сильный уровень фонового излучения.

 Сотрудники использовали разработанный в МНИЦ РО, преломляющий параболический аксикон, способный формировать сфокусированный кольцевой пучок, для создания специального освещения капилляра. Это позволило значительно повысить эффективность фокусировки. Так, кольцевой пучок сформированный аксиконом, освещающий лишь внутреннюю поверхность капилляра вблизи его выходной апертуры, дал возможность полностью исключить влияние, как прямого пучка, так и краевых эффектов рассеяния на его фокусирующие свойства. Благодаря чему удалось сфокусировать рентгеновский пучок в несколько сотен нанометров.

Михаил Cороковиков, младший научный сотрудник МНИЦ РО:

«Благодаря сотрудничеству между ESRF и Балтийским Федеральным Университетом им. И. Канта, мне выпал уникальный шанс побывать и поработать в Европейском центре синхротронных исследований. Участвуя впервые в исследованиях, проводимых на обновленном источнике ESRF-EBS в Гренобле, меня поразили масштабы с которыми могут проводиться научные исследования. Я благодарен МНИЦ и университету за предоставленную возможность. Это уникальный опыт, который пригодится для участия в проектах уровня «Мегасайенс» и для успешной защиты кандидатской диссертации».

Дмитрий Зверев, научный сотрудник МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок «Мегасайенс» БФУ им. И. Канта:

«Высокий потенциал в области нанофокусировки рентгеновского излучения демонстрирует капилляраная оптика. Нашей группой было предложено использовать эллиптический капилляр в сочетании с параболическим аксиконом для исключения влияния прямого пучка на его фокусирующие свойства. Такой подход позволил нам значительно повысить эффективность оптической схемы фокусировки, а также продемонстрировать возможность проведения исследований методом рентгеновской микроскопии с субмикронным разрешением. Следует отметить, что классические рентгенооптические схемы фокусировки на основе капиллярной оптики являются наиболее компактными, что делает их уникальным и незаменимым инструментом подготовки рентгеновского пучка повсеместно используемом в современных лабораторных рентгеновских микроскопах.»

Анатолий Снигирев, директор МНИЦ РО:

«С момента своего открытия и после модернизации до четвертого поколения синхротронный источник ESRF-EBS продолжает свою новаторскую роль, предоставляя ученым беспрецедентный новый инструмент для расширения границ науки и решения жизненно важных проблем, стоящих перед нашим обществом сегодня.

Модернизация источника синхротронного излучения ESRF закончилась летом 2020 года. Благодаря новой концепции накопительного кольца, которая увеличила яркость и когерентность рентгеновского излучения, ESRF-EBS открывает новые возможности для исследования вещества вплоть до атомных масштабов»

Поездка была организована за счет средств программы стратегического академического лидерства “Приоритет 2030” БФУ им. И. Канта.