Các ống phát tia X thường thì đều có catot là sợi Vonfam đốt nóng bằng cách cho dòng điện đi qua để phát ra electron nhiệt.Ưu điểm của ống phát này là rẻ, bền,nhưng có nhược điểm là cồng kềnh và rất nóng.
Ngày nay,nhờ những tiến bộ của công nghệ nano,đã bắt đầu phổ biến một loại ống phát tia X không dùng sợi Vonfam mà dùng electron phát ra từ mũi ống nano cacbon do hiệu ứng trường.
Ống nanocacbon: là nguồn phát tia X rất nhỏ,tiêu thụ rất ít năng lượng,dễ cơ động.Sử dụng hiệu ứng trường để cho các ống nanocacbon phát ra eletron thay cho các sợi đốt Vonfam.
Nhờ ống phát tia X này và detector bán dẫn thì máy phát tia X này có kích thước nhỏ,nhẹ.
Sử dụng trong máy phân tích nguyên tố để phóng lên cùng vệ tinh nhằm tìm hiểu cấu tạo đất đá trên hành tinh.
Những thí nghiệm phân tích các chất của sự sống thì lại cần có chùm tia X rất mạnh và trong thời gian rất ngắn.Vì nếu chiếu tia X lâu thì chất nghiên cứu có thể thay đổi cấu trúc,trạnng thái của nó.
Tạo ra tia X cực mạnh từ máy gia tốc, đặt biệt là máy gia tốc electron làm tăng tốc electron gần bằng vận tốc ánh sáng.
Nguyên tắc:khi electron được gia tốc trong máy gia tốc, dùng các nam châm cực mạnh để uốn cong đường đi của nó.Vì electron có gia tốc hướng tâm nên chùm phát ra tia X theo chiều tiếp tuyến với đường cong(bức xạ hãm).Tia X lấy ra theo cách này có cường độ mạnh hàng vạn lần so với tia X phát ra tia X từ ống tia X thông thường.
2.5.2 Laze tia X
Tia laze cũng là chùm ánh sáng hay là chùm photon.Và các photon này có cùng tần số,cùng pha,do đó cường độ của tia laze rất lớn.
Ngày nay việc tạo ra laze tia X khá quan trọng vì trong nghiên cứu khoa học rất cần nguồn laze tia X công suất lớn nhưng ở dạng xung ,để nghiên cứu những quá trình xãy ra trong thời gian cực ngắn.
Laze tia X là chùm lượng tử tia X có cùng tần số,cùng pha.Và lượng tử tia X có năng lượng hf cao hơn nhiều so với lượng tử ánh sáng.Do đó mà laze tia X có tác dụng rất đặc biệt.
+Laze tia X electron tự do XFEL
Đây là loại laze với chùm tia X cực mạnh tạo ra từ máy gia tốc.Khi electron đã được tăng tốc lên đến tốc độ cao gần bằng vận tốc ánh sáng,người ta cho electron đi qua bộ uốn lượn gồm một dãy nam châm hai cực đặt kế tiếp và đảo đầu.Dưới tác dụng của từ trường mạnh đảo chiều.Electron năng lượng cao đang chuyển động thẳng đi qua bộ uốn sóng bị cong qua cong lại,giống như bị lượn sóng.Khi electron bị uốn cong nó phát ra sóng điện từ theo hướng tiếp tuyến với đường cong,bức xạ tia X lại tác dụng với chùm tia electron,để khếch đại xung laze tia X này.Và cuối cùng có được xung laze tia X khá mạnh nhưng rất ngắn.
+Laze tia X plasma
Một loại laze tia X phổ biếb nữa đó là laze tia X plasma.Nếu các photon của ánh sáng thông thường là do các electron ở phía ngoài của nguyên tử chuyển mức năng lượng phát ra, thì các phôton tia X là do các electron ở các mức bên trong,gần hạt nhân hơn phát ra.
Do đã chế tạo được laser(ánh sáng),đặc biệt các xung laze rất ngắn,thời gian cỡ femto giây và átto giây.Nên người ta có thể dùng xung laze chiếu vào một cái bia để làm cho các nguyên tử của bia mất đi electron và trở thành các ion và cung cấp năng lượng cho các ion để kich thích.
Mỗi ion khi đó đã ở trạng thái kích thích sẽ nhảy từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp phát ra phôton tia X ổn định. Hàng triệu triệu phôton tia X có cùng bước sóng được khếch đại như nhau vậy là tạo ra được laze tia X.
Vật liệu bia bao gồm các nguyên tử sắp xếp theo một cách nào đó,nhưng khi các nguyên tử bị laze bắn vào và mất đi electron ở bên ngoài chúng trở thành các ion.Tập hợp các ion(hạt mang điện) ở gần nhau như vậy có tên là plasma.Đây là plasma đặc có thể sinh ra laze tia X.
Ví dụ Titan:có 22 electron, chiếu laze ánh sáng vào thì làm bật ra 12 electron của nguyên tử Ti,và tạo ra ion quanh hạt nhân chỉ có 10 electron,tạo ra ion Ti quanh hạt nhân và chỉ còn 10 electron.Lúc đó cấu hình điện tử quanh hạt nhân Ti giống như của Neon.Ta gọi là các ion tương tự neon(neon like ion).Các ion tương tự neon rất bền vững và dễ tạo plasma ổn định.
Trong hình là cách tạo ra laze tia X có bước sóng dài(tia X mềm). Để tạo được tia laze thì những thí nghiệm thực hiên nhờ laze Nova,là loại laze cực mạng ở phòng thí nghiệm Livermore.
Chùm tia laze chiếu vào bia dưới dạng xung ngắn(thường dưới nano giây).Tác dụng chùm tia laze:
Chiếu theo một đoạn thẳng làm cho một đoạn thẳng của bia biến thành plasma. Ion hóa plasma đó
Tài liệu tham khảo:
[1]Tia X hơn 100 năm phát triển_Nguyễn Xuân Chánh-Xuất bản 2008
[2]http://nobelprize.org/educational_games/physics/x-rays/discoveries-1.html [3]http://xrtpub.harvard.edu/resources/animations/spacecraft.html#light_path
[4]https://www.llnl.gov/str/Dunn.html
[5]http://hasylab.desy.de/facilities/sr_and_fel_basics/fel_basics/index_eng.ht m.