Röntgenlaser, mis kiirgab kõigi aegade võimsaimat impulssi!

Hiljuti tegid SLAC National Accelerator Laboratory teadlased teadusuuringute valdkonnas suure läbimurde. Nad kasutasid Californias asuvat Linear Accelerator Coherent Light Source (LCLS-II) rajatist, et edukalt käivitada seni võimsaim röntgenimpulss.
Selle impulsi kestus oli nii lühike, et vaid 4,4 triljondiku sekundi (attosekundi) jooksul genereeris see peaaegu 1 teravatt energiat - 1,000 korda rohkem kui tuumaelektrijaama keskmine aastane elektritootmine .
LCLS-II on lineaarse koherentse valgusallika täiustatud versioon, mis asub USA energeetikaministeeriumi SLAC riiklikus kiirenduslaboris, mis asub Stanfordi ülikooli kõrval Californias Menlo Parkis. Seade kasutab vabade elektronide lasertehnoloogiat, et kiirendada valgusvihku. elektronid lähenevad valguse kiirusele ja võnguvad kiirt läbi mitmete magnetväljade, et kiirata intensiivseid röntgenikiirgusid. Neid röntgenikiirgusid saab kasutada väikeste objektide, näiteks molekulide, pildistamiseks, et jälgida nendes olevate aatomite vahelisi koostoimeid.
LCLS-II suudab kiirata kuni miljon röntgenimpulssi sekundis, mis on 8,000 korda rohkem kui varasemad LCLS-laserid. Kui kombineerida suurenenud impulsisagedust suurenenud elektronide arvuga impulsi kohta, on uus seade rohkem kui 10,{5}} korda heledam kui tema eelkäija.
Eelkõige võib LCLS-II väljastada kuni 1 miljon röntgenimpulssi sekundis, mis on 8000- korda suurem kui eelmise LCLS-laseriga. Koos suurenenud pulsisageduse ja suurema elektronide arvuga impulsi kohta on uus seade eelkäijast üle 10,{6}} korra heledam. Lisaks suudab seade toota lühikesi impulsse, mis ulatuvad 10-50 femtosekundist, impulsi kestusega kuni 250 femtosekundini madala energiatarbega röntgenikiirguse puhul ja on isegi võimeline looma väga lühikesi impulsse, mis on alla 10 femtosekundi.
Selliste lühikeste lainepikkuste, lühikeste impulsside ja laserite kiirete korduste korral saavad teadlased seadet kasutada keemiliste reaktsioonide jälgimiseks. Põhimõtteliselt võib iga impulss kujutada reaktsioonis osalevate aatomite konfiguratsiooni ja need kujutised saab seejärel kokku tõmmata, et luua molekulaarse "savimisfilmiga" sarnane efekt. 2018. aastal koostas LCLS-rajatis edukalt filmi inimese nägemisest ja fotosünteesiga seotud keemilistest protsessidest vaid 1,000 femtosekundi jooksul.
LCLS-II ei suuda mitte ainult pildistada pisikesi objekte, vaid selle täpsus on ka kuni 1 angströmi (10^-10 meetrit). See võimalus võimaldab teadlastel süveneda aatomiprotsessidesse valdkondades, mis ulatuvad bioloogilistest süsteemidest fotogalvaanika ja kütuseelementideni. Samal ajal aitab laserseade teadlastel edasi uurida selliseid füüsilisi nähtusi nagu ülijuhtivus, ferroelektrilisus ja magnetism.
Üks uuenduse põhikomponente on mõne revolutsioonilise tehnoloogia paigaldamine. Kui varasemad gaasipedaalid töötasid toatemperatuuril, siis täiustatud LCLS-II kasutab ülijuhtivat gaasipedaali, mis võimaldab sellel töötada absoluutse nulli lähedal (-456 kraadi F või -271 kraadi). ) LCLS-II-l on ka paremad magnetid elektronkiire liigutamiseks.
Kuigi LCLS-II on just alustanud tööd, on varajaste LCLS-i gaasipedaalide edu andnud teadlastele põhjust optimismiks. enam kui 3,000 teadlast on seda rajatist kasutanud, avaldades üle 1450 artikli. Selle võimsa röntgenimpulssemitteri tulevased rakendused on paljutõotavad ja eeldatavasti toovad teadusuuringute valdkonda uusi teadmisi ja läbimurdeid.