世界各地的科学家都使用同步辐射和X射线自由电子激光研究自然界中最快的过程。这些设施产生非常短的X射线脉冲,“冻结”快速运动,使研究人员得以拍摄清晰的快照。
美国能源部SLAC国家加速器实验室开发了新一代X射线探测器ePix10k,它每秒可以捕获1000张快照,还可以处理能量更强的X射线,灵敏度提高了3倍,分辨率高达到200万像素。该相机由两个核心部分组成:光敏传感器和专用集成电路(ASIC),后者处理传感器采集的信号,赋予相机独特的性能。
ePix10k将成为Linac相干光源(LCLS)X射线激光器的有力工具,并且还将惠及其他设施。美国能源部阿贡国家实验室的先进光子源(APS)团队和德国的欧洲X射线自由电子激光器(EuXFEL)团队已在使用这项技术。SLAC公司的ePix X射线照相机是为满足使用强X射线光源研究化学、生物和材料的原子细节这一特殊需求而设计的,其可以处理极亮的X射线束和单个光子。
新的探测器可以让科学家们充分利用X射线源的能量,节省很多时间。新型ePix检测器已经在EuXFEL上使用,EuXFEL的最终设计目标是每秒发射27000次。
每秒可拍摄1000张图片的ePix10k技术是一个重要的里程碑,但是SLAC的X射线探测器开发人员已经面临着下一个挑战。目前正在SLAC建造的下一代X射线激光LCLS-II每秒将产生高达一百万个脉冲,目前世界上没有X射线探测器能跟上这个速度。
新一代的探测器ePixHR将能够每秒拍摄5000到25000张照片,现已处于原型制作阶段,探测器团队的最终目标是进一步推动探测器的技术指标达到每秒10万张。此外,该团队正在研究一种革命性的新型摄像机,称为SparkPix,能够以与LCLS-II发射X射线脉冲相同的高速率采集图像并实时处理数据。