شعاع الأشعة السينية هو تيار من حزم الطاقة الصغيرة جدًا، وهي الفوتونات. العدادات التقليدية تعدّها لكنها لا تميز بين درجاتها: فالفوتونان المتقاربان في الطاقة يبدوان متطابقين بالنسبة لها. أما الجهاز الجديد فيعمل مثل مقياس حرارة حساس: فهو يلتقط كل فوتون ويقيس مقدار ما أحدثه من حرارة في غشاء رقيق. ومن خلال هذا التسخين يمكن تحديد كمية الطاقة التي حملها الفوتون بدقة. الفرق بمقدار بضعة إلكترون فولت يشبه التمييز بين حبة رمل واحدة وحبتين على راحة اليد.
أُجريت الاختبارات في مصدر الضوء السنكروتروني SPring-8، وهو حلقة ضخمة يتم فيها تسريع الإلكترونات إلى سرعة تقارب سرعة الضوء، فتصدر أشعة سينية ساطعة. الكاشف المكون من 240 بكسلًا تابع الشعاع في الوقت نفسه وميز الفوتونات بدقة 4 إلكترون فولت عند طاقة 6 آلاف. هذا يشبه سماع همسة في قاعة صاخبة. تحمل الجهاز تدفقًا قدره 2 ألف فوتون في الثانية عبر جميع البكسلات، محافظًا على دقة 5 إلكترون فولت.
هذه الحساسية تفتح أبوابًا جديدة. في السابق، كان خط الزرنيخ وخط الرصاص في الطيف السيني يندمجان في قمة واحدة، لأن طاقتيهما متقاربتان جدًا. أما الآن فيظهران كقمّتين منفصلتين، ويمكن تتبع الرصاص دون تداخل من الزرنيخ. وهذا مهم لتحليل التربة أو الخام أو حتى جزيئات الغبار في الهواء.
الجهاز هو خطوة أولى نحو توفير مثل هذه الكاشفات الدقيقة في جميع مصادر السنكروترون الصلبة للأشعة السينية. عندها سيتمكن الكيميائيون والجيولوجيون وعلماء البيئة من النظر في تركيب المادة بسهولة مثل تمييزنا للألوان في قوس قزح.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2604.21846
We have succeeded in operating a transition-edge sensor (TES) spectrometer and evaluating its performance at the SPring-8 synchrotron X-ray light source. The TES spectrometer consists of a 240 pixel National Institute of Standards and Technology (NIST) TES system, and 220 pixels are operated simultaneously with an energy resolution of $$4$$~eV at 6~keV at a rate of about 1~c/s/pixel. The tolerance for high count rates is evaluated in terms of energy resolution and live time fraction, leading to an empirical compromise of about 2 x 10^3 c/s/all pixels with an energy resolution of 5 eV at 6 keV. By utilizing the TES's wide-band spectroscopic capability, simultaneous multi-element analysis is demonstrated for a standard sample. We conducted X-ray absorption near-edge structure (XANES) analysis in fluorescence mode using the TES spectrometer. The excellent energy resolution of the TES enabled us to detect weak fluorescence lines from dilute samples and trace elements that have previously been difficult to resolve due to the nearly overlapping emission lines of other dominant elements. The neighboring lines of As K alpha and Pb L alpha2 of the standard sample were clearly resolved and the XANES of Pb L alpha2 was obtained. Moreover, the X-ray spectrum from the small amount of Fe in aerosols was distinguished from the spectrum of a blank target, which helps us to understand the targets and the environment. These results are the first important step for the application of high resolution TES-based spectroscopy at hard X-ray synchrotron facilities.
طاقة فوتون الأشعة السينية البالغة 6 كيلو إلكترون فولت أكبر بمليارات المرات من طاقة الضوء المرئي، لكن الكاشف يستشعر فرقًا لا يتجاوز 4 إلكترون فولت، وكأن ميزانًا في السوق رصد ريشة سقطت على شاحنة.