Rentgena lāzers, kas izstaro visu laiku jaudīgāko pulsu!

Nesen SLAC Nacionālās akseleratora laboratorijas zinātnieki veica lielu izrāvienu zinātniskās pētniecības jomā. Viņi izmantoja Linear Accelerator Coherent Light Source (LCLS-II) iekārtu Kalifornijā, lai veiksmīgi palaistu līdz šim jaudīgāko rentgena impulsu.
Šī impulsa ilgums bija tik īss, ka tikai 4,4 triljonos sekundes (attosekundēs) tas ģenerēja gandrīz 1 teravatu enerģijas - 1,000 reizes vairāk nekā vidēji gadā saražotā atomelektrostacija. .
LCLS-II ir modernizēta lineārā koherentā gaismas avota versija, kas atrodas ASV Enerģētikas departamenta SLAC Nacionālajā paātrinātāju laboratorijā, kas atrodas blakus Stenfordas universitātei Menloparkā, Kalifornijā. Ierīce izmanto brīvo elektronu lāzera tehnoloģiju, lai paātrinātu staru kūli. elektroni tuvojas gaismas ātrumam un svārstās starā caur virkni magnētisko lauku, lai izstarotu intensīvus rentgena starus. Šos rentgena starus var izmantot, lai attēlotu sīkus objektus, piemēram, molekulas, lai novērotu mijiedarbību starp tajos esošajiem atomiem.
LCLS-II var izstarot līdz pat miljonam rentgenstaru impulsu sekundē, kas ir 8 000 reizes vairāk nekā iepriekšējie LCLS lāzeri. Apvienojot palielināto pulsa ātrumu ar palielinātu elektronu skaitu impulsā, jaunā ierīce ir vairāk nekā 10 000 reizes spilgtāka nekā tās priekštecis.
Proti, LCLS-II var izstarot līdz pat 1 miljonam rentgenstaru impulsu sekundē, kas ir 8 000- reizes vairāk nekā iepriekšējais LCLS lāzers. Apvienojumā ar palielinātu pulsa ātrumu un lielāku elektronu skaitu impulsā jaunā ierīce ir vairāk nekā 10 000 reizes spilgtāka nekā tās priekšgājējs. Turklāt ierīce var radīt īsus impulsus, sākot no 10-50 femtosekundēm, ar impulsa ilgumu līdz 250 femtosekundēm zemas enerģijas rentgena stariem, un tā pat spēj radīt ļoti īsus impulsus, kas ir mazāki par 10 femtosekundēm.
Ar tik īsiem viļņu garumiem, īsiem impulsiem un ātriem lāzeru atkārtojumiem zinātnieki var izmantot ierīci, lai novērotu ķīmisko reakciju norisi. Būtībā katrs impulss var attēlot reakcijā iesaistīto atomu konfigurāciju, un pēc tam šos attēlus var savērt kopā, lai radītu efektu, kas līdzīgs molekulārai "māla veidošanas filmai". 2018. gadā LCLS objekts tikai 1,000 femtosekundēs veiksmīgi izveidoja filmu par cilvēka redzi un ķīmiskajiem procesiem, kas saistīti ar fotosintēzi.
LCLS-II ne tikai spēj attēlot sīkus objektus, bet arī ar precizitāti līdz 1 angstrom (10^-10 metri). Šī iespēja ļaus pētniekiem iedziļināties atomu procesos dažādās jomās, sākot no bioloģiskām sistēmām līdz fotoelementiem un kurināmā elementiem. Tajā pašā laikā lāzerierīce arī palīdzēs zinātniekiem turpināt pētīt tādas fiziskas parādības kā supravadītspēja, feroelektrība un magnētisms.
Viena no galvenajām jaunināšanas sastāvdaļām ir revolucionāras tehnoloģijas uzstādīšana. Kamēr agrākie gāzes pedāļi darbojās istabas temperatūrā, uzlabotajā LCLS-II tiek izmantots supravadošs gāzes pedāļa komplekts, kas ļauj tam darboties temperatūrā, kas ir tuvu absolūtajai nullei (-456 grādi F vai -271 grādi). ) LCLS-II ir arī labāki magnēti elektronu stara šūpošanai.
Lai gan LCLS-II ir tikko sācis darbību, agrīno LCLS gāzes pedāļu panākumi ir devuši pētniekus optimismam. vairāk nekā 3,{2}} zinātnieki ir izmantojuši iespēju, publicējot vairāk nekā 1450 rakstus. Šī spēcīgā rentgena impulsu emitētāja turpmākie pielietojumi ir daudzsološi, un sagaidāms, ka tas sniegs jaunus ieskatus un sasniegumus zinātniskās pētniecības jomā.