Знание-сила, 2000 № 09 (879)

Получение изображений при помоши рентгеновских лучей основано на различном поглощении, как и обычные медицинские снимки. Вещества из элементов с низким атомным весом (углерод, азот, кислород) более прозрачны для рентгеновских лучей. Вещества из более тяжелых атомов содержат много электронов и поглощают эти лучи. На рентгеновских снимках кости выглядят темнее, так как они плотнее окружающих тканей. Поэтому метод не должен работать для тканей, состоящих из легких атомов.

Метод фазового контраста основан на другом эффекте. Вместо различной плотности и разного поглощения он использует вариации отражательной способности различных веществ. Коэффициент отражения определяет направление луча после того, как он попал в вещество. Для рентгеновских лучей разница в коэффициентах отражения невелика – одна часть на сто тысяч, но этого достаточно для работы метода. Можно даже вращать исследуемый образец, получая некую аналогию компьютерной томографии.

Описанный метод с восторгом встречают биолога, исследующие поведение белков, и фармакологи, изучающие детали воздействия лекарств. Эта технология носит название макромолекулярной кристаллографии и стала возможной она лишь с помощью синхротронного излучения. Сегодня ученых интересуют не только структура белков и расположение атомов в их больших молекулах, но и то, как они меняют свое положение. Эта область еше практически не исследована, но новые установки синхротронного излучения высокой яркости позволят достичь в ней существенного продвижения.

К примеру, в Чикагском университете отслеживали быстрые структурные перестроения миоглобина – белка, обнаруженного в мускулах и ответственного за накопление и перенос кислорода. Их можно представить в виде фильма, каждый кадр в котором получен в результате очень короткого наносекундного импульса рентгеновских лучей, фиксирующего изменения молекулы миоглобина через каждую миллисекунду. Исследователи пытаются понять, как молекулы кислорода захватываются и высвобождаются из «пещерообразных» структур миоглобина.

Современные источники синхротронного излучения обладают такой мощностью, что одного короткого импульса достаточно, чтобы получить отчетливый «снимок» белка. Правда, для этого требуется достаточно сложная электроника, чтобы отслеживать приход лазерных импульсов длиной менее наносекунды. В процессе эксперимента ученые исследуют поведение не кислорода, а окиси углерода, поскольку эта молекула легче отделяется от миоглобина под воздействием рентгеновских лучей.

Самый главный результат эксперимента: впервые удалось наблюдать развитие молекулярно-биологического процесса. Это первый шаг на пути к детальному (на атомном уровне) пониманию кинетики и динамики важных белковых реакций и одно из важнейших применений ультраярких источников излучения в ближайшем будущем. Наиболее перспективное направление развития таких источников – лазеры на свободных электронах, которые уже строятся вокруг очень длинных и сложных ондуляторов. Эта технология позволит получить пучки яркостью на много порядков величины больше, чем от современных накопительных колец. С их помощью ученые смогут продвинуться в понимании самых разных процессов и структур.

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Александр Семенов

Колесо, хранящее энергию

Тридцать лет назад мы писали об этой идее как о фантастике, которая, несмотря ни на что, может претвориться в жизнь. И вот прошли годы, идея становится явью.

«Взгляните на все эти современные автомобили, – говорит Джек Биттерли с иронической усмешкой. – Они сконструированы так, как будто собираются ехать задом наперед. Оптимальная форма для любого движения – самолетное крыло с закругленной передней частью и более тонкой задней. Все, что ездит по нашим улицам, – это ужасно». Аэродинамика – одновременно и профессия, и хобби Джека Биттерли.

В свои восемьдесят лет Джек выглядит как типичный пожилой американец – энергичный, подтянутый, хорошо одетый. Почти полвека назад он начал работать экспертом аэродинамики в известной компании «Локхид» и разработал немало удачных самолетов. И сейчас он никак не может уйти на покой: до сих пор это бурлящий вулкан, радикал, ниспровергатель основ, работающий по пятьдесят часов в неделю над своим новым проектом «Летающее колесо». Он решил совершить революцию в одной из наиболее традиционных областей – отрасли хранения энергии. Примерно то же самое, что изобрести велосипед.

Тема хранения энергии на первый взгляд не слишком увлекательна. Но задумываться о ней пора, поскольку она переходит из старой экономики в новую, при этом острота ее возрастает. Полупроводниковые приборы очень плохо переносят даже незначительное колебание в напряжении питания, поэтому используются запасные источники питания, что дорого. Автомобилестроители уже не один десяток лет разрабатывают электромобиль и никак не добьются успеха, потому что электрические батареи не могут запасать энергию, достаточную для перемещения на большие расстояния, да и заряжать их долго.