Синхротрон сәулесі: қасиеттері мен қолданылуы

Кіріспе

Бөлшектер үдеуіші, қарқынды рентген сәулелерін шығаруға арналған, синхротрон сәулесін зертханалық жағдайда өндіру және қолдану.

Синхротрон сәулесінің көзі – электромагниттік сәулелердің (ЭМ) көзі, әдетте сақтау сақинасымен шығарылады, ғылыми және техникалық мақсаттар үшін қолданылады. Алғаш рет синхротрондарда байқалған синхротрон сәулесі қазір сақтау сақиналары және басқа да арнайы бөлшектер үдеткіштері арқылы, көбінесе электрондарды үдету арқылы өндіріледі. Жоғары энергиялы электрондық сәуле жасалғаннан кейін, ол сақтау сақиналарындағы және еркін электронды лазерлердегі иісті магниттер мен енгізу құрылғыларына (ундуляторлар немесе виггерлер) бағытталады. Бұл сәулеге перпендикуляр күшті магниттік өрістерді қамтамасыз етеді, бұл жоғары энергиялы электрондарды фотондарды шығаруға ынталандыру үшін қажет. Синхротрон сәулесінің негізгі қолданылу салалары – конденсирленген зат физикасы, материалтану, биология және медицина. Синхротрон сәулесін пайдаланатын эксперименттердің көп бөлігі субнанометрлік деңгейдегі электрондық құрылымнан бастап, медициналық бейнелеуде маңызды микрометрлік және миллиметрлік деңгейлерге дейін материяның құрылымын зерттеуді қамтиды. LIGA процесі арқылы микроқұрылымдарды өндіру – өнеркәсіптік қолданудың практикалық мысалы. Синхротрон – белгілі ең қымбат жарық көздерінің бірі, бірақ кейбір қолданулар үшін, мысалы, алыс инфрақызыл сәулеленудің кең жолақты сәулесін шығару үшін, ол жалғыз мүмкін жарық көзі болып табылады.

Ылдамдатушылардан шыққан синхротрон сәулелері

Синхротрондық сәулелену үдеткіштерде зиянды фактор ретінде туындауы мүмкін, бұл бөлшектер физикасы саласындағы қажетсіз энергия жоғалтуына алып келеді, немесе көптеген зертханалық қолданыстар үшін мақсатты түрде жасалған сәулелену көзі ретінде қолданылады. Электрондар бірнеше кезеңде жоғары жылдамдыққа дейін үдетіледі, нәтижесінде әдетте гигаэлектронвольт диапазонындағы соңғы энергияға жетеді. Электрондар күшті магниттік өрістердің күшімен жабық траекториямен қозғалуға мәжбүр болады. Бұл радиоантеннаға ұқсас, бірақ релятивистік жылдамдық Доплер эффектісі салдарынан байқалатын жиілікті өзгертеді. Релятивистік Лоренц қысқаруы жиілікті тағы бір фактормен арттырады, осылайша электрондарды рентгендік диапазонына дейін үдетуге қабілетті резонанстық қуыстың гигагерц жиілігін көбейтеді. Релятивизмнің тағы бір маңызды әсері – сәулеленудің үлгісі, релятивистік емес теориядан күтілетін изотроптық дипольдік үлгіден өте алға бағытталған конусқа өзгереді. Бұл синхротрондық сәулелену көздерін рентген сәулелерінің ең жарқын көздеріне айналдырады. Жылдамдатудың жазық геометриясы сәулеленуді орбиталық жазықтықта байқалғанда сызықтық поляризациялайды, ал одан сәл бұрышпен байқалғанда шеңберлік поляризациялайды. Синхротрондық сәулеленуді спектроскопия және дифракция үшін қолданудың артықшылықтары 1960 және 1970 жылдары бастау алған және қазірге дейін өсіп келе жатқан ғылыми қауымдастық тарапынан мойындалды. Бастапқыда үдеткіштер бөлшектер физикасы үшін құрылған, ал синхротрондық сәулелену «паразиттік режимде» қолданылды, онда иілу магниттерінен шыққан сәулеленуді сәуле құбырларына қосымша тесіктер бұрғылау арқылы алу қажет болды. Синхротрондық жарық көзі ретінде алғашқы рет іске қосылған сақтау сақинасы – 1968 жылы жұмысын бастаған Синхротрондық сәулелену орталығындағы «Танталус» болды. Синхротрондық сәулеленудің қарқындылығы артқан сайын және оның қолданылуы перспективалы болғандықтан, синхротрондық сәулеленудің қарқындылығын арттыратын құрылғылар қолданыстағы сақиналарға енгізілді. Үшінші буын синхротрондық сәулелену көздері жарқын рентген сәулелерін өндіру үшін бастапқыда жоспарланып, оңтайландырылды. Төртінші буын көздері, өте қатал және әлі жоспарланбаған эксперименттер үшін ультражарық, импульстік және уақыт бойынша құрылымдалған рентген сәулелерін өндірудің әртүрлі тұжырымдамаларын қамтиды. Бұл сәулеленуді өндіру үшін алғашқыда үдеткіштегі иілу электромагниттері қолданылды, бірақ күштірек сәулеленуді өндіру үшін кейде басқа да арнайы құрылғылар – енгізу құрылғылары қолданылады. Қазіргі (үшінші буын) синхротрондық сәулелену көздері әдетте осы енгізу құрылғыларына тәуелді, онда сақтау сақинасының түзу бөліктері периодты магниттік құрылымдарды қамтиды (N және S полюстерінің кезектесіп орналасқан үлгісінде көптеген магниттерден тұрады – жоғарыдағы схеманы қараңыз), бұл электрондарды синусоидты немесе спиральді траекториямен қозғалуға мәжбүрлейді. Осылайша, бір ғана иілудің орнына, дәл есептелген орындардағы көптеген ондаған немесе жүзден астам «қимылдар» сәуленің жалпы қарқындылығын арттырады немесе көбейтеді. Бұл құрылғылар қимылдатқыштар немесе толқындатқыштар деп аталады. Толқындатқыш пен қимылдатқыш арасындағы негізгі айырмашылық – олардың магниттік өрісінің қарқындылығы және электрондардың тура сызықты траекториясынан ауытқу амплитудасы. Сақтау сақинасында сәулеленудің шығуына және эксперименттегі вакуумдық камераға сәуле желісімен өтуіне мүмкіндік беретін тесіктер бар. Мұндай сәуле желілерінің көп саны қазіргі үшінші буын синхротрондық сәулелену көздерінен шығуы мүмкін.

Synchrotron radiation may occur in accelerators either as a nuisance, causing undesired energy loss in particle physics contexts, or as a deliberately produced radiation source for numerous laboratory applications. Electrons are accelerated to high speeds in several stages to achieve a final energy that is typically in the gigaelectronvolt range. The electrons are forced to travel in a closed path by strong magnetic fields. This is similar to a radio antenna, but with the difference that the relativistic speed changes the observed frequency due to the Doppler effect by a factor Relativistic Lorentz contraction bumps the frequency by another factor of , thus multiplying the gigahertz frequency of the resonant cavity that accelerates the electrons into the X ray range. Another dramatic effect of relativity is that the radiation pattern is distorted from the isotropic dipole pattern expected from non relativistic theory into an extremely forward pointing cone of radiation. This makes synchrotron radiation sources the most brilliant known sources of X rays. The planar acceleration geometry makes the radiation linearly polarized when observed in the orbital plane, and circularly polarized when observed at a small angle to that plane. The advantages of using synchrotron radiation for spectroscopy and diffraction have been realized by an ever growing scientific community, beginning in the 1960s and 1970s. In the beginning, accelerators were built for particle physics, and synchrotron radiation was used in "parasitic mode" when bending magnet radiation had to be extracted by drilling extra holes in the beam pipes. The first storage ring commissioned as a synchrotron light source was Tantalus, at the Synchrotron Radiation Center, first operational in 1968. As accelerator synchrotron radiation became more intense and its applications more promising, devices that enhanced the intensity of synchrotron radiation were built into existing rings. Third generation synchrotron radiation sources were conceived and optimized from the outset to produce brilliant X rays. Fourth generation sources that will include different concepts for producing ultrabrilliant, pulsed time structured X rays for extremely demanding and also probably yet to be conceived experiments are under consideration. Bending electromagnets in accelerators were first used to generate this radiation, but to generate stronger radiation, other specialized devices – insertion devices – are sometimes employed. Current (third generation) synchrotron radiation sources are typically reliant upon these insertion devices, where straight sections of the storage ring incorporate periodic magnetic structures (comprising many magnets in a pattern of alternating N and S poles – see diagram above) which force the electrons into a sinusoidal or helical path. Thus, instead of a single bend, many tens or hundreds of "wiggles" at precisely calculated positions add up or multiply the total intensity of the beam. These devices are called wigglers or undulators. The main difference between an undulator and a wiggler is the intensity of their magnetic field and the amplitude of the deviation from the straight line path of the electrons. There are openings in the storage ring to let the radiation exit and follow a beam line into the experimenters' vacuum chamber. A great number of such beamlines can emerge from modern third generation synchrotron radiation sources.

Сақтау сақиналары

Электрондарды үдеткіштен алып, өте жоғары вакуумды қосымша магниттік сақтау сақинасына жинақтауға болады, онда олар көптеген рет айналуы мүмкін. Сақинадағы магниттер де электрондық шоқтарды бұзуға бейім Кулондық (кеңістік зарядты) күштерге қарсы оларды қайта-қайта қысуы керек. Бағыттың өзгеруі – бұл үдетудің бір түрі, сондықтан электрондар ГэВ энергияларында сәуле шығарады.

Синхротрон сәулеленуінің қолданылуы

Магниттік өрісте жоғары энергиямен айналып жүрген электронды сәуленің синхротрондық сәулеленуі, сәуледегі электрондардың радиациялық өзінен-өзі поляризациялануына (Соколов-Тернов эффектісі) алып келеді. Бұл эффект түрлі эксперименттерде қолдану үшін жоғары поляризацияланған электронды сәулелерді жасауға пайдаланылады. Синхротрондық сәулелену, сәулеленудің демпфирлеуі және кванттық қозу эффектілері арқылы электрондық жинақтау сақиналарындағы сәуленің мөлшерін (сәуленің эмиссиясымен анықталатын) анықтайды.

Жарық сызықтары

Синхротрондық қондырғыда электрондар әдетте синхротрон арқылы үдетіледі, содан кейін олар сақтау сақинасына жіберіледі, онда олар айналып, синхротрондық сәулелену тудырады, бірақ энергиясын арттырмайды. Сәулелену электрондық сақтау сақинасына жанама бұрышпен бағытталады және сәуле желілерімен қабылданады. Бұл сәуле желілері сақтау сақинасының бұрыштарын белгілейтін иісқан магниттерден немесе сақтау сақинасының түзу бөлімдерінде орналасқан енгізу құрылғыларынан басталуы мүмкін. Екі типтің арасындағы рентген сәулелерінің спектрі мен энергиясы әртүрлі болады. Сәуле желісі рентгендік оптикалық құрылғыларды қамтиды, олар жолақтығын, фотондар ағынын, сәуленің өлшемдерін, фокусын және сәулелердің коллимациясын басқарады. Оптикалық құрылғыларға саңылаулар, әлсіздеткіштер, кристаллдық монохроматорлар және айналар кіреді. Айналар сәулені фокустау үшін қисық немесе тороид пішінге ие болуы мүмкін. Сәуле желісі үшін ең көп таралған талап – кішкентай ауданда жоғары фотондар ағыны. Сәуле желісінің дизайны қолданылуына байланысты өзгереді. Сәуле желісінің соңында эксперименттік станция орналасқан, онда үлгілер сәулелену жолына орналастырылады және пайда болған дифракцияны, шашырауды немесе екіншілік сәулеленуді өлшеу үшін детекторлар орналастырылады.

Эксперименттік әдістер мен қолдану

Синхротрондық жарық материалтану, физика және химия ғылымдарындағы көптеген зерттеулер үшін өте қолайлы құрал болып табылады және академиялық, өнеркәсіптік және мемлекеттік зертханалардың ғалымдары оны пайдаланады. Көптеген әдістер синхротрон сәулеленуінің жоғары қарқындылығы, реттелетін толқын ұзындығы, бағытталуы және поляризациясы арқасында, нақты эксперименттерге арналған сәуле желілерінде қолданылады. Синхротрондық рентген сәулелерінің жоғары қарқындылығы мен тереңдеу қабілеті, белгілі бір жағдайларға арналған сынама ұяларында эксперименттер жүргізуге мүмкіндік береді. Сынамаларды қыздыруға, салқындатуға немесе газ, сұйық немесе жоғары қысымды ортаға ұсынуға болады. Осы ортада жүргізілетін эксперименттер in situ деп аталады және олар көптеген басқа сипаттау құралдарына қолжетімсіз атомдық және нано деңгейдегі құбылыстарды зерттеуге мүмкіндік береді. In operando өлшемдері материалдың нақты жұмыс жағдайын барынша дәл имитациялау үшін жасалған.

Дифракция және шашырау

Синхротрондарда кристалл және аморфты материалдардың құрылымын талдау үшін рентгендік дифракция (XRD) және шашырау эксперименттері жүргізіледі. Бұл өлшемдер ұнтақтарда, жеке кристалдарда немесе жұқа пленкаларда орындалуы мүмкін. Синхротрон сәулесінің жоғары ажыратымдылығы мен қарқындылығы сұйылтылған фазалардан шашырауды өлшеуге немесе қалдық кернеуді талдауға мүмкіндік береді. Материалдарды алмаздық ұяшықтарды қолданып жоғары қысымда зерттеуге болады, бұл экстремалды геологиялық ортаны модельдеуге немесе ерекше материя түрлерін жасауға мүмкіндік береді. Ақуыздар және басқа да макромолекулалардың (PX немесе MX) рентгендік кристаллографиясы жүйелі түрде орындалады. Синхротронға негізделген кристаллографиялық эксперименттер рибосоманың құрылымын анықтауда шешуші роль атқарды; бұл жұмыс 2009 жылы химия бойынша Нобель сыйлығына ие болды. Нанобөлшектердің мөлшері мен пішіні кіші бұрышты рентгендік шашырау (SAXS) әдісімен сипатталады. Беттегі наноөлшемді ерекшеліктер ұқсас әдіспен, яғни беттік бұрышты кіші рентгендік шашырау (GISAXS) әдісімен өлшенеді. Бұл және басқа әдістерде беттік сезімталдық кристалл бетін түсетін сәулеге шағын бұрышпен орналастыру арқылы қамтамасыз етіледі, бұл толық сыртқы шағылысуға қол жеткізеді және материалға рентген сәулесінің енуін азайтады. Беттердің, интерфейстердің және жұқа пленкалардың атомдық-наноөлшемді ерекшеліктерін рентгендік шағылыс (XRR) және кристалл кесу қабырғасы (CTR) талдауы сияқты әдістерді қолдану арқылы сипаттауға болады. Рентгендік тұрақты толқын (XSW) өлшемдерін бетте немесе бетке жақын атомдардың орналасуын өлшеу үшін де пайдалануға болады; мұндай өлшемдер динамикалық дифракция құбылыстарын анықтай алатын жоғары ажыратымды оптиканы қажет етеді. Аморфты материалдар, соның ішінде сұйықтықтар мен балқымалар, сондай-ақ жергілікті бұзылыстары бар кристалл материалдар, жоғары энергиялы рентгендік шашырау деректерін қажет ететін рентгендік жұптық үлестіру функциясының талдауын қолдану арқылы зерттелуі мүмкін. Сәуле энергиясын белгілі бір элементтің сіңіру жиегі арқылы реттеу арқылы осы элементтің атомдарынан шашырау өзгереді. Бұл резонанстық аномальды рентгендік шашырау әдістері үлгідегі нақты элементтердің шашырау үлесін анықтауға көмектеседі. Басқа шашырау техникаларына энергияны дисперсиялық рентгендік дифракция, резонанстық инеластикалық рентгендік шашырау және магниттік шашырау жатады.

X ray diffraction (XRD) and scattering experiments are performed at synchrotrons for the structural analysis of crystalline and amorphous materials. These measurements may be performed on powders, single crystals, or thin films. The high resolution and intensity of the synchrotron beam enables the measurement of scattering from dilute phases or the analysis of residual stress. Materials can be studied at high pressure using diamond anvil cells to simulate extreme geologic environments or to create exotic forms of matter. X ray crystallography of proteins and other macromolecules (PX or MX) are routinely performed. Synchrotron based crystallography experiments were integral to solving the structure of the ribosome; this work earned the Nobel Prize in Chemistry in 2009. The size and shape of nanoparticles are characterized using small angle X ray scattering (SAXS). Nano sized features on surfaces are measured with a similar technique, grazing incidence small angle X ray scattering (GISAXS). In this and other methods, surface sensitivity is achieved by placing the crystal surface at a small angle relative to the incident beam, which achieves total external reflection and minimizes the X ray penetration into the material. The atomic to nano scale details of surfaces, interfaces, and thin films can be characterized using techniques such as X ray reflectivity (XRR) and crystal truncation rod (CTR) analysis. X ray standing wave (XSW) measurements can also be used to measure the position of atoms at or near surfaces; these measurements require high resolution optics capable of resolving dynamical diffraction phenomena. Amorphous materials, including liquids and melts, as well as crystalline materials with local disorder, can be examined using X ray pair distribution function analysis, which requires high energy X ray scattering data. By tuning the beam energy through the absorption edge of a particular element of interest, the scattering from atoms of that element will be modified. These so called resonant anomalous X ray scattering methods can help to resolve scattering contributions from specific elements in the sample. Other scattering techniques include energy dispersive X ray diffraction, resonant inelastic X ray scattering, and magnetic scattering.

Спектроскопия

Рентгендік сәулелерді сіңіру спектроскопиясы (РСС) материалдар мен молекулалардағы атомдардың координациялық құрылымын зерттеу үшін қолданылады. Синхротрондық сәуле энергиясы қызығушылық тудыратын элементтің сіңіру шегі арқылы реттеледі және сіңірудегі өзгерістер өлшенеді. Фотоэлектрондық өтулер сіңіру шегіне жақын өзгерістерге себеп болады, ал осы өзгерістерді талдау (XANES немесе NEXAFS деп аталады) осы элементтің химиялық күйі мен жергілікті симметриясы туралы ақпаратты ашады. Сіңіру шегінен әлдеқайда жоғары сәуле энергиясында фотоэлектронның шашырауы "қайырымдылық" сияқты өзгерістерге, оны кеңейтілген рентгендік сәулелерді сіңірудің ұсақ құрылымы (EXAFS) дейді. EXAFS режимін Фурье түрлендіруі сіңіретін атомды қоршаған байланыстардың ұзындығы мен санын анықтайды; сондықтан ол сұйықтықтар мен аморфты материалдарды, сондай-ақ қоспалар сияқты сирек кездесетін түрлерді зерттеу үшін пайдалы. Бұл әдіспен байланысты рентгендік магниттік айналмалы дихроизм (XMCD) элементтің магниттік қасиеттерін өлшеу үшін айналмалы поляризацияланған рентген сәулелерін қолданады. Рентгендік фотоэлектрондық спектроскопия (XPS) фотоэлектрондық анализатормен жабдықталған сәуле желілерінде жүргізілуі мүмкін. Традициялық XPS әдетте вакуумда материалдың беткі бірнеше нанометрін зерттеумен шектеледі. Дегенмен, синхротрондық сәуленің жоғары қарқындылығы газдың шамамен атмосфералық қысымында XPS өлшемдерін жүргізуге мүмкіндік береді. Атмосфералық қысымдағы XPS (AP XPS) симуляцияланған каталитикалық немесе сұйық жағдайларда химиялық құбылыстарды өлшеу үшін қолданылуы мүмкін. Жоғары энергиялы фотондарды пайдалану жоғары кинетикалық энергиялы фотоэлектронды тудырады, олар зертханалық XPS құралдарында пайда болатындарға қарағанда әлдеқайда ұзын серпімсіз орташа еркін жолға ие. Сондықтан синхротронның тереңдікке ену қабілетін бірнеше нанометрге дейін ұзартуға болады, бұл көмілген интерфейстерді зерттеуге мүмкіндік береді. Бұл әдіс жоғары энергиялы рентгендік фотоэмиссиялық спектроскопия (HAXPES) деп аталады. Сонымен қатар, синхротронның рентген сәулелері фотондарының энергиясын баптау мүмкіндігі тереңдікке сезімталдығының кең диапазонын ұсынады. Бұл үлкен тереңдікте үлгілерді зерттеуге және деструктивті емес тереңдік профильдеу эксперименттерін жүргізуге мүмкіндік береді. Материалдың құрамын сандық түрде рентгендік флуоресценция (XRF) арқылы талдауға болады. XRF анықтау сонымен қатар XAS және XSW сияқты бірнеше басқа әдістерде қолданылады, онда белгілі бір элементтің сіңіруінің өзгеруін өлшеу қажет. Басқа спектроскопиялық әдістерге бұрыштық ажыратымдылық фотоэмиссиялық спектроскопия (ARPES), жұмсақ рентгендік сәулелік эмиссиялық спектроскопия және Мёссбауэр спектроскопиясына қатысты ядролық резонанстық тербеліс спектроскопиясы жатады.

X ray absorption spectroscopy (XAS) is used to study the coordination structure of atoms in materials and molecules. The synchrotron beam energy is tuned through the absorption edge of an element of interest, and modulations in the absorption are measured. Photoelectron transitions cause modulations near the absorption edge, and analysis of these modulations (called the X ray absorption near edge structure (XANES) or near edge X ray absorption fine structure (NEXAFS)) reveals information about the chemical state and local symmetry of that element. At incident beam energies which are much higher than the absorption edge, photoelectron scattering causes "ringing" modulations called the extended X ray absorption fine structure (EXAFS). Fourier transformation of the EXAFS regime yields the bond lengths and number of the surrounding the absorbing atom; it is therefore useful for studying liquids and amorphous materials as well as sparse species such as impurities. A related technique, X ray magnetic circular dichroism (XMCD), uses circularly polarized X rays to measure the magnetic properties of an element. X ray photoelectron spectroscopy (XPS) can be performed at beamlines equipped with a photoelectron analyzer. Traditional XPS is typically limited to probing the top few nanometers of a material under vacuum. However, the high intensity of synchrotron light enables XPS measurements of surfaces at near ambient pressures of gas. Ambient pressure XPS (AP XPS) can be used to measure chemical phenomena under simulated catalytic or liquid conditions. Using high energy photons yields high kinetic energy photoelectrons which have a much longer inelastic mean free path than those generated on a laboratory XPS instrument. The probing depth of synchrotron XPS can therefore be lengthened to several nanometers, allowing the study of buried interfaces. This method is referred to as high energy X ray photoemission spectroscopy (HAXPES). Furthermore, the tunable nature of the synchrotron X ray photon energies presents a wide range of depth sensitivity in the order of 2 50 nm. This allows for probing of samples at greater depths and for non destructive depth profiling experiments. Material composition can be quantitatively analyzed using X ray fluorescence (XRF). XRF detection is also used in several other techniques, such as XAS and XSW, in which it is necessary to measure the change in absorption of a particular element. Other spectroscopy techniques include angle resolved photoemission spectroscopy (ARPES), soft X ray emission spectroscopy, and nuclear resonance vibrational spectroscopy, which is related to Mössbauer spectroscopy.

Суреттеу

Синхротрондық рентген сәулелерін дәстүрлі рентгендік бейнелеу, фазалық контрастты рентгендік бейнелеу және томография үшін пайдалануға болады. Рентген сәулелерінің Ангстрем шкаласындағы толқын ұзындығы, көрінетін жарықтың дифракция шегінен әлдеқайда төмен ажыратылыммен суретке түсіруге мүмкіндік береді, бірақ қазіргі кезде қол жеткізілген ең кіші ажыратылым шамамен 30 нм құрайды. Мұндай нанозонд көздері сканерлік трансляциялық рентгендік микроскопияда (STXM) қолданылады. Бейнелеуді рентгендік флуоресценция немесе рентгендік сәулелерді сіңіру спектроскопиясы сияқты спектроскопиялық әдістермен үйлестіруге болады, бұл үлгінің химиялық құрамын немесе тотығу күйін субмикрондық ажыратылыммен картографиялауға мүмкіндік береді. Басқа бейнелеу техникаларының ішінде когерентті дифракциялық бейнелеу бар. Осындай оптика фотолитографияда қолданылуы мүмкін, ал MEMS құрылымдарын жасауда LIGA процесінің бір бөлігі ретінде синхротрондық сәулелерді пайдалануға болады.

Компактты синхротрондардан тұратын жарық көздері

Түзетілген рентген сәулелерінің пайдалылығына байланысты, синхротрондардан шығатын жарық көздерін кішірейту және экономикалық жағынан тиімді етуге күш-жігер жұмсалды. Мақсат – зерттеушілерге тәжірибелер жүргізу үшін арнайы құралдарға және жабдықтарға зертханалық жағдайда қолжетімділік беру. Қазіргі уақытта зерттеушілер тәжірибелер үшін арнайы орталыққа баруға мәжбүр. Жарық көзін ықшамдаудың бір жолы – ондаған мегаэлектронвольт энергиясымен сақталатын электрондардан көрінетін лазерлік фотондарға жақын Комптоның шашырауынан энергияны ауыстыруды пайдалану (мысалы, Ықшам Жарық Көзіне (CLS) қараңыз). Дегенмен, осы әдіспен салыстырмалы түрде төмен соқтығысу қимасын алуға болады, ал лазерлердің қайталану жиілігі мегагерцтік қайталану жиілігіне ие болатын қалыпты сақтау сақинасынан шығарылатын сәулеленуге қарағанда бірнеше герцке дейін шектеледі. Тағы бір әдіс – магниттік құрылғылардағы ультракөк сәуле немесе рентген сәулесін шығару үшін қажетті энергияға дейін электрондарды тоқтау күйінен үдетуге қажетті қашықтықты қысқарту үшін плазмалық үдетуді пайдалану.