TW Class Attosecond რენტგენის პულსის ლაზერი
AttoSecond რენტგენიპულსის ლაზერიმაღალი სიმძლავრისა და მოკლე პულსის ხანგრძლივობით არის გასაღები ულტრასტის არაწრფივი სპექტროსკოპიისა და რენტგენოლოგიური დიფრაქციის ვიზუალიზაციის მისაღწევად. შეერთებულ შტატებში სამეცნიერო ჯგუფმა გამოიყენა ორეტაპიანი კასკადირენტგენის უფასო ელექტრონული ლაზერებიგამოაქვეყნოს დისკრეტული ატტოკონდის პულსი. არსებულ მოხსენებებთან შედარებით, პულსის საშუალო პიკის ძალა იზრდება მასშტაბის წესით, მაქსიმალური პიკის სიმძლავრეა 1.1 TW, ხოლო საშუალო ენერგია 100 μJ- ზე მეტია. კვლევაში ასევე მოცემულია ძლიერი მტკიცებულება რენტგენული სფეროში სოლიტონის მსგავსი სუპერრადაციის ქცევისთვის.მაღალი ენერგიის ლაზერებიგანაგრძეს კვლევის მრავალი ახალი სფერო, მათ შორის მაღალი დარგის ფიზიკა, ატტოკონდის სპექტროსკოპია და ლაზერული ნაწილაკების ამაჩქარებლები. ყველა სახის ლაზერს შორის, რენტგენის სხივები ფართოდ გამოიყენება სამედიცინო დიაგნოზში, სამრეწველო ხარვეზების გამოვლენაში, უსაფრთხოების შემოწმებასა და სამეცნიერო კვლევებში. რენტგენის თავისუფალი ელექტრო ელექტრო ლაზერმა (XFEL) შეიძლება გაზარდოს მწვერვალის რენტგენის სიმძლავრე მასშტაბის რამდენიმე შეკვეთით, რენტგენოლოგიურ თაობის სხვა ტექნოლოგიებთან შედარებით, რითაც რენტგენის სხივების გამოყენება ავრცელებს არაწრფივი სპექტროსკოპიის სფეროში და ერთ ნაწილაკების დიფრაქციულ გამოსახულებას, სადაც საჭიროა მაღალი სიმძლავრე. ბოლოდროინდელი წარმატებული AttoSecond XFEL არის ძირითადი მიღწევა ატტოკონდის მეცნიერებასა და ტექნოლოგიაში, რაც ზრდის პიკს ენერგიას მასშტაბის ექვსზე მეტი ბრძანებით, ვიდრე Benchtop რენტგენის წყაროებთან შედარებით.
უფასო ელექტრონული ლაზერებიშეგიძლიათ მიიღოთ პულსის ენერგიები მასშტაბის მრავალი ბრძანებით, ვიდრე სპონტანური ემისიის დონეზე, კოლექტიური არასტაბილურობის გამოყენებით, რაც გამოწვეულია რადიაციული ველის უწყვეტი ურთიერთქმედებით რელატივისტური ელექტრონული სხივი და მაგნიტური ოსცილატორი. მძიმე რენტგენის დიაპაზონში (დაახლოებით 0.01 ნმ-დან 0,1 ნმ ტალღის სიგრძეზე), FEL მიიღწევა შეფუთვის შეკუმშვისა და შემდგომი გაჯერების შემქმნელის ტექნიკით. რბილი რენტგენის დიაპაზონში (დაახლოებით 0,1 ნმ-დან 10 ნმ ტალღის სიგრძეზე), FEL ხორციელდება კასკადური ახალი ფილის ტექნოლოგიით. ახლახან, ატტოკონდის პულსი, რომელსაც აქვს 100 GW პიკური სიმძლავრით, წარმოიქმნება თვითგამორკვეული სპონტანური ემისიის (ESASE) მეთოდის გამოყენებით.
სამეცნიერო ჯგუფმა გამოიყენა ორეტაპიანი გამაძლიერებელი სისტემა, რომელიც ემყარება XFEL- ს, რათა გააძლიეროს რბილი რენტგენის ატტოკონდის პულსის გამომავალი LINAC თანმიმდევრულიდანსინათლის წყაროTW დონეზე, მასშტაბის გაუმჯობესების მიზნით, შედეგების შესახებ. ექსპერიმენტული კონფიგურაცია ნაჩვენებია ფიგურაში 1. ESASE მეთოდიდან გამომდინარე, ფოტოკატოდური emitter მოდულირდება ელექტრონული სხივის მაღალი დენის პიკით, და გამოიყენება ატტოკონდის რენტგენის პულსიების შესაქმნელად. საწყისი პულსი განლაგებულია ელექტრონული სხივის პიკის წინა კიდეზე, როგორც ეს ნაჩვენებია ფიგურის 1 ზედა მარცხენა კუთხეში. როდესაც XFEL აღწევს გაჯერებას, ელექტრონული სხივი რენტგენოლოგიურთან შედარებით შეფერხებულია მაგნიტური კომპრესორით, შემდეგ კი პულსი ურთიერთქმედებს ელექტრონულ სხივთან (სუფთა ნაჭერი), რომელიც არ არის შეცვლილი ESASE მოდულაციით ან ფელ ლაზერით. დაბოლოს, მეორე მაგნიტური undulator გამოიყენება რენტგენის სხივების კიდევ უფრო გასაუმჯობესებლად, ატიცეკონდის პულსიების ურთიერთქმედების გზით, ახალი ნაჭრით.
ნახ. 1 ექსპერიმენტული მოწყობილობის დიაგრამა; ილუსტრაცია გვიჩვენებს გრძივი ფაზის სივრცეს (ელექტრონის, მწვანე დროული ენერგიის დიაგრამა), მიმდინარე პროფილის (ცისფერი) და პირველი რიგის გამაძლიერებლით წარმოქმნილ გამოსხივებას. XTCAV, X-band განივი ღრუს; CVMI, კოაქსიალური სწრაფი რუკების გამოსახულების სისტემა; FZP, Fresnel band ფირფიტის სპექტრომეტრი
ყველა ატტოკონდის პულსი აგებულია ხმაურისგან, ამიტომ თითოეულ პულსს აქვს სხვადასხვა სპექტრული და დროის დომენის თვისებები, რაც მკვლევარებმა უფრო დეტალურად შეისწავლეს. სპექტრის თვალსაზრისით, მათ გამოიყენეს Fresnel band ფირფიტის სპექტრომეტრი, რათა გაზომონ ინდივიდუალური პულსიების სპექტრი სხვადასხვა ექვივალენტური undulator სიგრძეებით და დაადგინეს, რომ ამ სპექტრმა შენარჩუნდა გლუვი ტალღების ფორმებიც კი, მეორადი გამაძლიერებელი მას შემდეგაც, რაც იმაზე მიუთითებს, რომ პულსიები დარჩა არაიმოდალური. დროის დომენში იზომება კუთხის ზღვარი და ხასიათდება პულსის დროის დომენის ტალღის ფორმა. როგორც ნაჩვენებია ნახაზზე 1, რენტგენის პულსი გადახურულია წრიული პოლარიზებული ინფრაწითელი ლაზერული პულსი. რენტგენული პულსის მიერ იონიზირებული ფოტოელექტრონები წარმოქმნიან სტრიქონებს ინფრაწითელი ლაზერის ვექტორული პოტენციალის საპირისპიროდ. იმის გამო, რომ ლაზერის ელექტრო ველი დროთა განმავლობაში ბრუნავს, ფოტოელექტრონის იმპულსის განაწილება განისაზღვრება ელექტრონის ემისიის დროს, და დამყარებულია ემისიის დროის კუთხის რეჟიმს და ფოტოელექტრონის იმპულსის განაწილებას შორის. ფოტოელექტრონის იმპულსის განაწილება იზომება კოაქსიალური სწრაფი რუკების გამოსახულების სპექტრომეტრის გამოყენებით. განაწილებისა და სპექტრული შედეგების საფუძველზე, შეიძლება აღინიშნოს ატტოკონდის პულსის დროის დომენის ტალღის ფორმა. გრაფიკი 2 (ა) გვიჩვენებს პულსის ხანგრძლივობის განაწილებას, საშუალო 440 AS. დაბოლოს, გაზის მონიტორინგის დეტექტორი გამოიყენეს პულსის ენერგიის გასაზომად, ხოლო გამოითვალა პიკის პულსის სიმძლავრესა და პულსის ხანგრძლივობას შორის გაფანტული ნაკვეთი, როგორც ეს მოცემულია სურათი 2 (ბ) -ში. სამი კონფიგურაცია შეესაბამება ელექტრონული სხივის ფოკუსირების სხვადასხვა პირობებს, ტალღის კონვინგის პირობებს და მაგნიტური კომპრესორის შეფერხების პირობებს. სამმა კონფიგურაციამ გამოიცა პულსის საშუალო ენერგია 150, 200 და 260 μJ, შესაბამისად, მაქსიმალური მწვერვალის სიმძლავრით 1.1 TW.
სურათი 2. (ა) ნახევრად სიმაღლის სრული სიგანის (FWHM) პულსის ხანგრძლივობის განაწილების ჰისტოგრამა; (ბ) გაფანტული ნაკვეთი, რომელიც შეესაბამება პიკის ენერგიასა და პულსის ხანგრძლივობას
გარდა ამისა, კვლევამ პირველად დაფიქსირდა რენტგენული ჯგუფის სოლიტონის მსგავსი სუპერმიზაციის ფენომენი, რომელიც, როგორც ჩანს, პულსის უწყვეტი შემცირება გამაძლიერებლის დროს. ეს გამოწვეულია ელექტრონებსა და გამოსხივებას შორის ძლიერი ურთიერთქმედებით, ენერგიით სწრაფად გადაეცემა ელექტრონიდან რენტგენული პულსის თავში და ელექტრონულზე უკან დაბრუნება პულსის კუდიდან. ამ ფენომენის სიღრმისეული შესწავლის საშუალებით, მოსალოდნელია, რომ რენტგენოლოგიური პულსი უფრო მოკლე ხანგრძლივობითა და უფრო მაღალი პიკის სიმძლავრით შეიძლება განხორციელდეს სუპერრადაციის გამაძლიერებელი პროცესის გაფართოებით და პულსის შემცირებით სოლიტონის მსგავსი რეჟიმში.
პოსტის დრო: მაისი -27-2024