SCHAKELAAR ZET RÖNTGENSTRALEN ZEER SNEL AAN EN UIT

Amerikaanse natuurkundigen hebben een supersnelle schakelaar ontwikkeld voor röntgenstralen. Daarmee kan een röntgenbundel binnen een enkele picoseconden (een miljoenste van een miljoenste seconde) aan en uit worden gezet. Dergelijke ultrakorte röntgenpulsen maken het wellicht mogelijk om in de toekomst precies te volgen hoe tijdens chemische reacties atomen van plaats veranderen (Nature, 25 oktober).

Röntgenstralen zijn niet alleen handig om dingen door te lichten, maar worden ook veel gebruikt bij het bepalen van de structuur van moleculen. Door te analyseren hoe atomen een röntgenbundel verstrooien kan hun positie tot op een fractie van een nanometer worden vastgelegd. Röntgenstraling heeft een extreem korte golflengte, en die bepaalt de kleinste details die ermee kunnen worden afgebeeld. Om een bewegend atoom op dezelfde manier vast te kunnen leggen, zou je achter elkaar een heleboel keer de positie ervan moeten kunnen bepalen. Voor het opnemen van zo'n röntgenfilmpje zijn korte röntgenpulsen nodig. De afgelopen jaren is daar veel onderzoek naar gedaan. Er zijn speciale bronnen ontwikkeld, zoals speciale versnellers (synchrotrons) waarin elektronen zozeer worden opgejaagd dat ze röntgenstraling uitzenden. De pulsen die dat oplevert zijn echter lang niet snel genoeg om chemische reacties te kunnen volgen: die zijn meestal binnen enkele picoseconden (en soms zelfs sneller) voorbij.

Onderzoekers van de universiteit van Michigan in Ann Arbor bedachten daar wat op. Ze lieten een röntgenbundel op een germaniumkristal vallen, en brachten vervolgens de atomen daarin een heel klein beetje uit hun evenwicht door het kristal te beschieten met een intense, en supersnelle lichtflits. Het wordt op die manier in extreem korte tijd opgewarmd, waardoor het uitzet en de germaniumatomen van plaats veranderen. De röntgenbundel merkt dat direct en wordt in een iets andere richting afgebogen. Zodra de atomen zijn afgekoeld, keren ze terug naar hun oorspronkelijke positie, op de voet gevolgd door de röntgenbundel. Omdat het opwarmen en afkoelen zich ongeveer op een tijdschaal van een picoseconde afspeelt, is er gedurende die korte tijd een röntgenflits in een iets afwijkende richting. Het is dus net alsof er in die richting even een schakelaar open en dicht wordt gezet. De kracht van de methode is dat zij bij elke röntgenbron is te gebruiken, vooropgesteld dat er een snelle laser beschikbaar is.

    • Rob van den Berg