टीडब्ल्यू वर्ग अटोसेकंद एक्स-रे पल्स लेसर

टीडब्ल्यू वर्ग अटोसेकंद एक्स-रे पल्स लेसर
अ‍ॅटोसेकंद एक्स-रेनाडी लेसरउच्च उर्जा आणि लहान नाडी कालावधीसह अल्ट्राफास्ट नॉनलाइनर स्पेक्ट्रोस्कोपी आणि एक्स-रे डिफ्रक्शन इमेजिंग साध्य करण्यासाठी की आहे. अमेरिकेतील संशोधन पथकाने दोन-चरणांचा कॅसकेड वापरलाएक्स-रे विनामूल्य इलेक्ट्रॉन लेसरस्वतंत्र अटोसेकंद डाळी आउटपुट करण्यासाठी. विद्यमान अहवालांच्या तुलनेत, डाळींची सरासरी पीक पॉवर विशालतेच्या क्रमाने वाढविली जाते, जास्तीत जास्त पीक पॉवर 1.1 टीडब्ल्यू आहे आणि मध्यम ऊर्जा 100 μJ पेक्षा जास्त आहे. अभ्यासामध्ये एक्स-रे क्षेत्रातील सॉलिटन सारख्या सुपरराडिएशन वर्तनसाठी मजबूत पुरावा देखील उपलब्ध आहे.उच्च-उर्जा लेसरउच्च-फील्ड फिजिक्स, अ‍ॅटोसेकॉन्ड स्पेक्ट्रोस्कोपी आणि लेसर कण प्रवेगक यासह संशोधनाच्या बर्‍याच नवीन बाबींनी चालविले आहे. सर्व प्रकारच्या लेसरपैकी, एक्स-रे वैद्यकीय निदान, औद्योगिक दोष शोधणे, सुरक्षा तपासणी आणि वैज्ञानिक संशोधनात मोठ्या प्रमाणात वापरल्या जातात. एक्स-रे फ्री-इलेक्ट्रॉन लेसर (एक्सएफईएल) इतर एक्स-रे निर्मिती तंत्रज्ञानाच्या तुलनेत परिमाणांच्या अनेक ऑर्डरद्वारे पीक एक्स-रे पॉवर वाढवू शकते, अशा प्रकारे एक्स-किरणांचा अनुप्रयोग नॉनलाइनर स्पेक्ट्रोस्कोपी आणि सिंगल-पार्टिकल डिफरक्शन इमेजिंगच्या क्षेत्रात वाढवू शकतो जेथे उच्च शक्ती आवश्यक आहे. अलीकडील यशस्वी अटोसेकंद एक्सफेल ही अटोसेकॉन्ड विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाची एक मोठी उपलब्धी आहे, ज्यामुळे बेंचटॉप एक्स-रे स्त्रोतांच्या तुलनेत उपलब्ध पीक पॉवर सहापेक्षा जास्त ऑर्डरने वाढवते.

विनामूल्य इलेक्ट्रॉन लेसरसामूहिक अस्थिरता वापरुन उत्स्फूर्त उत्सर्जन पातळीपेक्षा जास्त प्रमाणात पल्स एनर्जी मिळवू शकतात, जे सापेक्षवादी इलेक्ट्रॉन बीम आणि चुंबकीय ओसीलेटरमधील रेडिएशन फील्डच्या सतत संवादामुळे होते. हार्ड एक्स-रे श्रेणीमध्ये (सुमारे 0.01 एनएम ते 0.1 एनएम तरंगलांबी), फेल बंडल कॉम्प्रेशन आणि उत्तर-संतृप्ति कॉनिंग तंत्राद्वारे प्राप्त केले जाते. मऊ एक्स-रे श्रेणीमध्ये (सुमारे 0.1 एनएम ते 10 एनएम तरंगलांबी), एफईएल कॅसकेड फ्रेश-स्लाइस तंत्रज्ञानाद्वारे लागू केले जाते. अलीकडे, 100 जीडब्ल्यूच्या पीक पॉवरसह अटोसेकंद डाळी वर्धित स्वयं-एम्प्लिफाइड उत्स्फूर्त उत्सर्जन (ईएसएएसई) पद्धतीचा वापर करून तयार केल्याची नोंद आहे.

लिनॅक सुसंगत पासून मऊ एक्स-रे अ‍ॅटोसेकंद नाडी आउटपुट वाढविण्यासाठी संशोधन कार्यसंघाने एक्सएफईएलच्या आधारावर दोन-चरण प्रवर्धन प्रणाली वापरली.प्रकाश स्रोतटीडब्ल्यू स्तरावर, नोंदविलेल्या निकालांवरील विशालतेच्या सुधारणेचा क्रम. प्रायोगिक सेटअप आकृती 1 मध्ये दर्शविला गेला आहे. ईएसएएसई पद्धतीच्या आधारे, फोटोकाथोड एमिटर उच्च वर्तमान स्पाइकसह इलेक्ट्रॉन बीम मिळविण्यासाठी मॉड्यूलेटेड केले जाते आणि अटोसेकंद एक्स-रे डाळी व्युत्पन्न करण्यासाठी वापरले जाते. आकृती 1 च्या वरच्या डाव्या कोप in ्यात दर्शविल्याप्रमाणे, प्रारंभिक नाडी इलेक्ट्रॉन बीमच्या स्पाइकच्या पुढच्या काठावर स्थित आहे. जेव्हा एक्सफेल संतृप्ति पोहोचते तेव्हा इलेक्ट्रॉन बीम चुंबकीय कंप्रेसरद्वारे एक्स-रेच्या तुलनेत विलंब होतो आणि नंतर इलेक्ट्रॉन बीम (ताजे स्लाइस) सह संवाद साधतो जो ईएसएसई मॉड्यूलेशनद्वारे किंवा फेल लेसद्वारे सुधारित नाही. अखेरीस, दुसर्‍या चुंबकीय अंड्युलेटरचा वापर ताज्या स्लाइससह अ‍ॅटोसेकंद डाळींच्या परस्परसंवादाद्वारे एक्स-रे वाढविण्यासाठी केला जातो.

अंजीर. 1 प्रायोगिक डिव्हाइस आकृती; स्पष्टीकरणात रेखांशाचा टप्पा जागा (इलेक्ट्रॉन, ग्रीनची वेळ-उर्जा आकृती), वर्तमान प्रोफाइल (निळा) आणि प्रथम-ऑर्डर एम्प्लिफिकेशन (जांभळा) द्वारे निर्मित रेडिएशन दर्शविते. एक्सटीसीएव्ही, एक्स-बँड ट्रान्सव्हर्स पोकळी; सीव्हीएमआय, कोएक्सियल रॅपिड मॅपिंग इमेजिंग सिस्टम; एफझेडपी, फ्रेस्नेल बँड प्लेट स्पेक्ट्रोमीटर

सर्व अ‍ॅटोसेकंद डाळी आवाजापासून तयार केल्या आहेत, म्हणून प्रत्येक नाडीमध्ये भिन्न वर्णक्रमीय आणि वेळ-डोमेन गुणधर्म असतात, जे संशोधकांनी अधिक तपशीलवार शोधले. स्पेक्ट्राच्या बाबतीत, त्यांनी वेगवेगळ्या समकक्ष अंड्युलेटर लांबीवर वैयक्तिक डाळींचे स्पेक्ट्रा मोजण्यासाठी फ्रेस्नेल बँड प्लेट स्पेक्ट्रोमीटरचा वापर केला आणि असे आढळले की या स्पेक्ट्राने दुय्यम प्रवर्धनानंतरही गुळगुळीत वेव्हफॉर्म राखले आहेत, हे दर्शविते की डाळी एकसमान राहिली आहेत. टाइम डोमेनमध्ये, कोनीय किनारपट्टी मोजली जाते आणि नाडीचे टाइम डोमेन वेव्हफॉर्म वैशिष्ट्यीकृत आहे. आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, एक्स-रे नाडी परिपत्रक ध्रुवीकृत इन्फ्रारेड लेसर नाडीसह आच्छादित आहे. एक्स-रे नाडीद्वारे फोटोइलेक्ट्रॉन आयनाइज्ड इन्फ्रारेड लेसरच्या वेक्टर संभाव्यतेच्या उलट दिशेने रेषा तयार करतात. कारण लेसरचे इलेक्ट्रिक फील्ड वेळेसह फिरत आहे, फोटोइलेक्ट्रॉनचे गती वितरण इलेक्ट्रॉन उत्सर्जनाच्या वेळी निश्चित केले जाते आणि उत्सर्जनाच्या वेळेच्या कोनीय मोडमधील संबंध आणि फोटोइलेक्ट्रॉनचे गती वितरण स्थापित केले जाते. फोटोइलेक्ट्रॉन गतीचे वितरण कोएक्सियल फास्ट मॅपिंग इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर वापरून मोजले जाते. वितरण आणि वर्णक्रमीय निकालांच्या आधारे, अ‍ॅटोसेकंद डाळींचा वेळ-डोमेन वेव्हफॉर्म पुन्हा तयार केला जाऊ शकतो. आकृती 2 (अ) 440 एएसच्या मध्यमसह नाडी कालावधीचे वितरण दर्शविते. अखेरीस, गॅस मॉनिटरिंग डिटेक्टरचा वापर नाडी उर्जा मोजण्यासाठी केला गेला आणि आकृती 2 (बी) मध्ये दर्शविल्यानुसार पीक नाडी उर्जा आणि नाडी कालावधी दरम्यान स्कॅटर प्लॉट मोजला गेला. तीन कॉन्फिगरेशन वेगवेगळ्या इलेक्ट्रॉन बीम फोकसिंग अटी, वेव्हर कॉनिंग अटी आणि चुंबकीय कंप्रेसर विलंब परिस्थितीशी संबंधित आहेत. तीन कॉन्फिगरेशनमध्ये अनुक्रमे १, ०, २०० आणि २0० µ जे च्या सरासरी नाडी उर्जा मिळाली, जास्तीत जास्त १.१ टीडब्ल्यू.

आकृती 2. (अ) अर्ध्या उंचीच्या पूर्ण रुंदीचा वितरण हिस्टोग्राम (एफडब्ल्यूएचएम) नाडी कालावधी; (बी) पीक पॉवर आणि नाडी कालावधीशी संबंधित स्कॅटर प्लॉट

याव्यतिरिक्त, अभ्यासाने प्रथमच एक्स-रे बँडमध्ये सॉलिटन-सारख्या सुपरमिशनची घटना देखील पाहिली, जी प्रवर्धन दरम्यान सतत नाडी लहान म्हणून दिसते. हे इलेक्ट्रॉन आणि रेडिएशन दरम्यानच्या मजबूत संवादामुळे होते, ऊर्जा इलेक्ट्रॉनमधून एक्स-रे नाडीच्या डोक्यावर वेगाने हस्तांतरित केली जाते आणि नाडीच्या शेपटीतून इलेक्ट्रॉनकडे परत जाते. या घटनेच्या सखोल अभ्यासाद्वारे, अशी अपेक्षा आहे की कमी कालावधी आणि उच्च पीक पॉवरसह एक्स-रे डाळी सुपरराडिएशन एम्प्लिफिकेशन प्रक्रिया वाढवून आणि सॉलिटन-सारख्या मोडमध्ये नाडी कमी करण्याचा फायदा घेऊन पुढे जाणवू शकतात.