TW वर्ग एटोसेकेन्ड एक्स-रे पल्स लेजर
एटोसेकेन्ड एक्स-रेपल्स लेजरउच्च शक्ति र छोटो पल्स अवधिको साथ अल्ट्राफास्ट ननलाइनर स्पेक्ट्रोस्कोपी र एक्स-रे विवर्तन इमेजिङ प्राप्त गर्ने कुञ्जी हो। संयुक्त राज्य अमेरिकाको अनुसन्धान टोलीले दुई-चरणको क्यास्केड प्रयोग गर्योएक्स-रे मुक्त इलेक्ट्रोन लेजरहरूडिस्क्रिट एटोसेकेन्ड पल्स आउटपुट गर्न। अवस्थित रिपोर्टहरूको तुलनामा, पल्सहरूको औसत शिखर शक्ति परिमाणको क्रमले बढाइएको छ, अधिकतम शिखर शक्ति १.१ TW छ, र मध्य ऊर्जा १०० μJ भन्दा बढी छ। अध्ययनले एक्स-रे क्षेत्रमा सोलिटन-जस्तो सुपररेडिएसन व्यवहारको लागि बलियो प्रमाण पनि प्रदान गर्दछ।उच्च-ऊर्जा लेजरहरूउच्च-क्षेत्र भौतिकी, एटोसेकेन्ड स्पेक्ट्रोस्कोपी, र लेजर कण गतिवर्धकहरू सहित अनुसन्धानका धेरै नयाँ क्षेत्रहरूलाई अगाडि बढाएको छ। सबै प्रकारका लेजरहरू मध्ये, एक्स-रेहरू चिकित्सा निदान, औद्योगिक दोष पत्ता लगाउने, सुरक्षा निरीक्षण र वैज्ञानिक अनुसन्धानमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। एक्स-रे फ्री-इलेक्ट्रोन लेजर (XFEL) ले अन्य एक्स-रे उत्पादन प्रविधिहरूको तुलनामा धेरै अर्डर परिमाणले शिखर एक्स-रे शक्ति बढाउन सक्छ, यसरी उच्च शक्ति आवश्यक पर्ने ठाउँमा गैर-रेखीय स्पेक्ट्रोस्कोपी र एकल-कण विवर्तन इमेजिङको क्षेत्रमा एक्स-रेको प्रयोग विस्तार गर्दछ। हालैको सफल एटोसेकेन्ड XFEL एटोसेकेन्ड विज्ञान र प्रविधिमा एक प्रमुख उपलब्धि हो, जसले बेन्चटप एक्स-रे स्रोतहरूको तुलनामा उपलब्ध शिखर शक्तिलाई छ अर्डर परिमाणले बढाउँछ।
नि:शुल्क इलेक्ट्रोन लेजरहरूसापेक्षिक इलेक्ट्रोन बीम र चुम्बकीय थरथरानवाला मा विकिरण क्षेत्र को निरन्तर अन्तरक्रिया को कारणले गर्दा सामूहिक अस्थिरता प्रयोग गरेर सहज उत्सर्जन स्तर भन्दा धेरै परिमाणको पल्स ऊर्जा प्राप्त गर्न सक्छ। हार्ड एक्स-रे दायरा (लगभग ०.०१ एनएम देखि ०.१ एनएम तरंगदैर्ध्य) मा, FEL बन्डल कम्प्रेसन र पोस्ट-स्याचुरेशन कोनिंग प्रविधिहरू द्वारा प्राप्त गरिन्छ। नरम एक्स-रे दायरा (लगभग ०.१ एनएम देखि १० एनएम तरंगदैर्ध्य) मा, FEL क्यास्केड फ्रेश-स्लाइस प्रविधि द्वारा लागू गरिन्छ। हालै, १०० GW को शिखर शक्ति भएको एटोसेकेन्ड पल्सहरू बढाइएको आत्म-प्रवर्धित सहज उत्सर्जन (ESASE) विधि प्रयोग गरेर उत्पन्न भएको रिपोर्ट गरिएको छ।
अनुसन्धान टोलीले लिनाक कोहेरेन्टबाट नरम एक्स-रे एटोसेकेन्ड पल्स आउटपुटलाई प्रवर्द्धन गर्न XFEL मा आधारित दुई-चरण प्रवर्द्धन प्रणाली प्रयोग गर्यो।प्रकाश स्रोतTW स्तरमा, रिपोर्ट गरिएका परिणामहरू भन्दा परिमाण सुधारको क्रम। प्रयोगात्मक सेटअप चित्र १ मा देखाइएको छ। ESASE विधिको आधारमा, फोटोक्याथोड उत्सर्जकलाई उच्च वर्तमान स्पाइकको साथ इलेक्ट्रोन बीम प्राप्त गर्न मोड्युलेट गरिएको छ, र एटोसेकेन्ड एक्स-रे पल्सहरू उत्पन्न गर्न प्रयोग गरिन्छ। प्रारम्भिक पल्स इलेक्ट्रोन बीमको स्पाइकको अगाडिको किनारामा अवस्थित छ, जस्तै चित्र १ को माथिल्लो बायाँ कुनामा देखाइएको छ। जब XFEL संतृप्तिमा पुग्छ, चुम्बकीय कम्प्रेसरद्वारा एक्स-रेको सापेक्षमा इलेक्ट्रोन बीम ढिलो हुन्छ, र त्यसपछि पल्सले इलेक्ट्रोन बीम (ताजा स्लाइस) सँग अन्तरक्रिया गर्दछ जुन ESASE मोड्युलेसन वा FEL लेजरद्वारा परिमार्जन गरिएको छैन। अन्तमा, ताजा स्लाइससँग एटोसेकेन्ड पल्सहरूको अन्तरक्रिया मार्फत एक्स-रेहरूलाई थप विस्तार गर्न दोस्रो चुम्बकीय अनडुलेटर प्रयोग गरिन्छ।
चित्र १ प्रयोगात्मक उपकरण रेखाचित्र; चित्रणले अनुदैर्ध्य चरण स्थान (इलेक्ट्रोनको समय-ऊर्जा रेखाचित्र, हरियो), वर्तमान प्रोफाइल (नीलो), र पहिलो-क्रम प्रवर्धन (बैजनी) द्वारा उत्पादित विकिरण देखाउँछ। XTCAV, X-ब्यान्ड ट्रान्सभर्स गुहा; cVMI, समाक्षीय द्रुत म्यापिङ इमेजिङ प्रणाली; FZP, फ्रेस्नेल ब्यान्ड प्लेट स्पेक्ट्रोमिटर
सबै एटोसेकेन्ड पल्सहरू आवाजबाट बनेका हुन्छन्, त्यसैले प्रत्येक पल्समा फरक स्पेक्ट्रल र समय-डोमेन गुणहरू हुन्छन्, जुन अनुसन्धानकर्ताहरूले थप विस्तृत रूपमा अन्वेषण गरे। स्पेक्ट्राको सन्दर्भमा, तिनीहरूले विभिन्न समतुल्य अनडुलेटर लम्बाइहरूमा व्यक्तिगत पल्सहरूको स्पेक्ट्रा मापन गर्न फ्रेस्नेल ब्यान्ड प्लेट स्पेक्ट्रोमिटर प्रयोग गरे, र पत्ता लगाए कि यी स्पेक्ट्राहरूले माध्यमिक प्रवर्धन पछि पनि सहज तरंगरूपहरू कायम राखे, जसले पल्सहरू एकरूप रह्यो भनेर संकेत गर्दछ। समय डोमेनमा, कोणीय फ्रिन्ज मापन गरिन्छ र पल्सको समय डोमेन तरंगरूपलाई चित्रण गरिन्छ। चित्र १ मा देखाइए अनुसार, एक्स-रे पल्स गोलाकार ध्रुवीकृत इन्फ्रारेड लेजर पल्ससँग ओभरल्याप गरिएको छ। एक्स-रे पल्सद्वारा आयनीकृत फोटोइलेक्ट्रोनहरूले इन्फ्रारेड लेजरको भेक्टर क्षमताको विपरीत दिशामा रेखाहरू उत्पादन गर्नेछन्। लेजरको विद्युतीय क्षेत्र समयसँगै घुम्ने भएकोले, फोटोइलेक्ट्रोनको गति वितरण इलेक्ट्रोन उत्सर्जनको समयद्वारा निर्धारण गरिन्छ, र उत्सर्जन समयको कोणीय मोड र फोटोइलेक्ट्रोनको गति वितरण बीचको सम्बन्ध स्थापित हुन्छ। फोटोइलेक्ट्रोन मोमेन्टमको वितरण समाक्षीय द्रुत म्यापिङ इमेजिङ स्पेक्ट्रोमिटर प्रयोग गरेर मापन गरिन्छ। वितरण र वर्णक्रमीय परिणामहरूको आधारमा, एटोसेकेन्ड पल्सको समय-डोमेन तरंगरूप पुनर्निर्माण गर्न सकिन्छ। चित्र २ (क) ले पल्स अवधिको वितरण देखाउँछ, जसको मध्य ४४० as हो। अन्तमा, पल्स ऊर्जा मापन गर्न ग्यास अनुगमन डिटेक्टर प्रयोग गरिएको थियो, र चित्र २ (ख) मा देखाइए अनुसार शिखर पल्स शक्ति र पल्स अवधि बीचको स्क्याटर प्लट गणना गरिएको थियो। तीन कन्फिगरेसनहरू फरक इलेक्ट्रोन बीम फोकस गर्ने अवस्थाहरू, वेभर कोनिङ अवस्थाहरू र चुम्बकीय कम्प्रेसर ढिलाइ अवस्थाहरूसँग मेल खान्छ। तीन कन्फिगरेसनहरूले क्रमशः १५०, २००, र २६० µJ को औसत पल्स ऊर्जा उत्पादन गरे, जसको अधिकतम शिखर शक्ति १.१ TW थियो।
चित्र २. (क) आधा-उचाइ पूर्ण चौडाइ (FWHM) पल्स अवधिको वितरण हिस्टोग्राम; (ख) शिखर शक्ति र पल्स अवधि अनुरूप स्क्याटर प्लट
यसका साथै, अध्ययनले पहिलो पटक एक्स-रे ब्यान्डमा सोलिटन जस्तो सुपरइमिशनको घटना पनि अवलोकन गर्यो, जुन प्रवर्धनको क्रममा निरन्तर पल्स छोटो हुने रूपमा देखा पर्दछ। यो इलेक्ट्रोन र विकिरण बीचको बलियो अन्तरक्रियाको कारणले हुन्छ, जसमा ऊर्जा द्रुत रूपमा इलेक्ट्रोनबाट एक्स-रे पल्सको टाउकोमा र पल्सको पुच्छरबाट इलेक्ट्रोनमा स्थानान्तरण हुन्छ। यस घटनाको गहन अध्ययन मार्फत, यो अपेक्षा गरिएको छ कि छोटो अवधि र उच्च शिखर शक्ति भएका एक्स-रे पल्सहरूलाई सुपरविकिरण प्रवर्धन प्रक्रिया विस्तार गरेर र सोलिटन जस्तो मोडमा पल्स छोटो हुने फाइदा उठाएर अझ बढी प्राप्त गर्न सकिन्छ।
पोस्ट समय: मे-२७-२०२४