टीडब्ल्यू क्लास अॅटोसेकंद एक्स-रे पल्स लेसर
अॅटोसेकंद एक्स-रेपल्स लेसरउच्च शक्ती आणि कमी पल्स कालावधीसह अल्ट्राफास्ट नॉनलाइनर स्पेक्ट्रोस्कोपी आणि एक्स-रे डिफ्रॅक्शन इमेजिंग साध्य करण्याची गुरुकिल्ली आहे. युनायटेड स्टेट्समधील संशोधन पथकाने दोन-टप्प्यांचा कॅस्केड वापरलाएक्स-रे मुक्त इलेक्ट्रॉन लेसरडिस्क्रिट अॅटोसेकंद पल्स आउटपुट करण्यासाठी. विद्यमान अहवालांच्या तुलनेत, पल्सची सरासरी पीक पॉवर परिमाणाच्या क्रमाने वाढते, कमाल पीक पॉवर 1.1 TW आहे आणि मध्यक ऊर्जा 100 μJ पेक्षा जास्त आहे. अभ्यास एक्स-रे क्षेत्रात सॉलिटनसारख्या सुपररेडिएशन वर्तनासाठी मजबूत पुरावे देखील प्रदान करतो.उच्च-ऊर्जा लेसरउच्च-क्षेत्रीय भौतिकशास्त्र, अॅटोसेकंद स्पेक्ट्रोस्कोपी आणि लेसर कण प्रवेगकांसह संशोधनाच्या अनेक नवीन क्षेत्रांना चालना मिळाली आहे. सर्व प्रकारच्या लेसरमध्ये, वैद्यकीय निदान, औद्योगिक दोष शोधणे, सुरक्षा तपासणी आणि वैज्ञानिक संशोधनात एक्स-रे मोठ्या प्रमाणात वापरले जातात. एक्स-रे फ्री-इलेक्ट्रॉन लेसर (XFEL) इतर एक्स-रे जनरेशन तंत्रज्ञानाच्या तुलनेत पीक एक्स-रे पॉवर अनेक क्रमांनी वाढवू शकते, अशा प्रकारे उच्च शक्ती आवश्यक असलेल्या नॉनलाइनर स्पेक्ट्रोस्कोपी आणि सिंगल-पार्टिकल डिफ्रॅक्शन इमेजिंगच्या क्षेत्रात एक्स-रेचा वापर वाढवते. अलिकडच्या काळात यशस्वी अॅटोसेकंद XFEL ही अॅटोसेकंद विज्ञान आणि तंत्रज्ञानातील एक मोठी कामगिरी आहे, ज्यामुळे बेंचटॉप एक्स-रे स्रोतांच्या तुलनेत उपलब्ध पीक पॉवर सहा ऑर्डरपेक्षा जास्त मॅग्निट्यूडने वाढते.
मोफत इलेक्ट्रॉन लेसरसापेक्षतावादी इलेक्ट्रॉन बीम आणि चुंबकीय ऑसिलेटरमधील रेडिएशन फील्डच्या सतत परस्परसंवादामुळे होणाऱ्या सामूहिक अस्थिरतेचा वापर करून उत्स्फूर्त उत्सर्जन पातळीपेक्षा अनेक प्रमाणात जास्त प्रमाणात पल्स एनर्जी मिळवता येते. हार्ड एक्स-रे रेंजमध्ये (सुमारे 0.01 एनएम ते 0.1 एनएम तरंगलांबी), बंडल कॉम्प्रेशन आणि पोस्ट-सॅच्युरेशन कोनिंग तंत्रांद्वारे FEL साध्य केले जाते. सॉफ्ट एक्स-रे रेंजमध्ये (सुमारे 0.1 एनएम ते 10 एनएम तरंगलांबी), FEL कॅस्केड फ्रेश-स्लाइस तंत्रज्ञानाद्वारे लागू केले जाते. अलीकडे, वर्धित स्वयं-विस्तारित उत्सर्जन (ESASE) पद्धतीचा वापर करून 100 GW च्या पीक पॉवरसह अॅटोसेकंद पल्स तयार केल्याचे नोंदवले गेले आहे.
लिनॅक कोहेरंटमधून सॉफ्ट एक्स-रे अॅटोसेकंद पल्स आउटपुट वाढविण्यासाठी संशोधन पथकाने XFEL वर आधारित दोन-स्टेज अॅम्प्लिफिकेशन सिस्टमचा वापर केला.प्रकाश स्रोतTW पातळीपर्यंत, अहवाल दिलेल्या निकालांपेक्षा परिमाण सुधारणाचा क्रम. प्रायोगिक सेटअप आकृती १ मध्ये दर्शविला आहे. ESASE पद्धतीवर आधारित, फोटोकॅथोड एमिटर उच्च करंट स्पाइकसह इलेक्ट्रॉन बीम मिळविण्यासाठी मॉड्युलेट केला जातो आणि अॅटोसेकंद एक्स-रे पल्स निर्माण करण्यासाठी वापरला जातो. आकृती १ च्या वरच्या डाव्या कोपऱ्यात दाखवल्याप्रमाणे, प्रारंभिक पल्स इलेक्ट्रॉन बीमच्या स्पाइकच्या पुढच्या काठावर स्थित आहे. जेव्हा XFEL संपृक्ततेपर्यंत पोहोचते, तेव्हा चुंबकीय कंप्रेसरद्वारे इलेक्ट्रॉन बीम एक्स-रेच्या सापेक्ष विलंबित होतो आणि नंतर पल्स इलेक्ट्रॉन बीम (ताजे स्लाइस) शी संवाद साधते जे ESASE मॉड्युलेशन किंवा FEL लेसरद्वारे सुधारित केले जात नाही. शेवटी, ताज्या स्लाइससह अॅटोसेकंद पल्सच्या परस्परसंवादाद्वारे एक्स-रे अधिक वाढविण्यासाठी दुसरा चुंबकीय अंडुलेटर वापरला जातो.
आकृती १ प्रायोगिक उपकरण आकृती; चित्रात रेखांशिक फेज स्पेस (इलेक्ट्रॉनचा हिरवा वेळ-ऊर्जा आकृती), वर्तमान प्रोफाइल (निळा) आणि पहिल्या-क्रमातील प्रवर्धन (जांभळा) द्वारे तयार होणारे रेडिएशन दर्शविले आहे. XTCAV, X-बँड ट्रान्सव्हर्स कॅव्हिटी; cVMI, कोएक्सियल रॅपिड मॅपिंग इमेजिंग सिस्टम; FZP, फ्रेस्नेल बँड प्लेट स्पेक्ट्रोमीटर
सर्व अॅटोसेकंद पल्स ध्वनीपासून बनतात, म्हणून प्रत्येक पल्समध्ये वेगवेगळे स्पेक्ट्रल आणि टाइम-डोमेन गुणधर्म असतात, ज्याचा संशोधकांनी अधिक तपशीलवार अभ्यास केला. स्पेक्ट्राच्या बाबतीत, त्यांनी वेगवेगळ्या समतुल्य अंड्युलेटर लांबीवर वैयक्तिक पल्सचे स्पेक्ट्रा मोजण्यासाठी फ्रेस्नेल बँड प्लेट स्पेक्ट्रोमीटर वापरला आणि असे आढळले की या स्पेक्ट्राने दुय्यम प्रवर्धनानंतरही गुळगुळीत तरंगरूपे राखली, ज्यामुळे पल्स एकरूप राहिले हे दिसून येते. टाइम डोमेनमध्ये, कोनीय फ्रिंज मोजले जाते आणि पल्सचे टाइम डोमेन वेव्हफॉर्म वैशिष्ट्यीकृत केले जाते. आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, एक्स-रे पल्स वर्तुळाकार ध्रुवीकृत इन्फ्रारेड लेसर पल्ससह ओव्हरलॅप केलेले आहे. एक्स-रे पल्सद्वारे आयनीकृत केलेले फोटोइलेक्ट्रॉन इन्फ्रारेड लेसरच्या वेक्टर पोटेंशिअलच्या विरुद्ध दिशेने रेषा निर्माण करतील. लेसरचे विद्युत क्षेत्र वेळेनुसार फिरत असल्याने, फोटोइलेक्ट्रॉनचे संवेग वितरण इलेक्ट्रॉन उत्सर्जनाच्या वेळेनुसार निश्चित केले जाते आणि उत्सर्जन वेळेच्या कोनीय मोड आणि फोटोइलेक्ट्रॉनच्या संवेग वितरणातील संबंध स्थापित केला जातो. फोटोइलेक्ट्रॉन मोमेंटमचे वितरण कोएक्सियल फास्ट मॅपिंग इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर वापरून मोजले जाते. वितरण आणि वर्णक्रमीय निकालांवर आधारित, अॅटोसेकंद पल्सचे टाइम-डोमेन वेव्हफॉर्म पुनर्रचना करता येते. आकृती 2 (a) पल्स कालावधीचे वितरण दर्शविते, ज्याचा मध्यक 440 as आहे. शेवटी, पल्स ऊर्जा मोजण्यासाठी गॅस मॉनिटरिंग डिटेक्टरचा वापर करण्यात आला आणि आकृती 2 (b) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे पीक पल्स पॉवर आणि पल्स कालावधीमधील स्कॅटर प्लॉटची गणना करण्यात आली. तीन कॉन्फिगरेशन वेगवेगळ्या इलेक्ट्रॉन बीम फोकसिंग परिस्थिती, वेव्हर कोनिंग परिस्थिती आणि चुंबकीय कॉम्प्रेसर विलंब परिस्थितीशी संबंधित आहेत. तीन कॉन्फिगरेशनने अनुक्रमे 150, 200 आणि 260 µJ ची सरासरी पल्स ऊर्जा दिली, ज्याची कमाल पीक पॉवर 1.1 TW आहे.
आकृती २. (अ) अर्ध-उंची पूर्ण रुंदी (FWHM) पल्स कालावधीचा वितरण हिस्टोग्राम; (ब) पीक पॉवर आणि पल्स कालावधीशी संबंधित स्कॅटर प्लॉट
याव्यतिरिक्त, अभ्यासात प्रथमच एक्स-रे बँडमध्ये सॉलिटनसारख्या सुपरइमिशनची घटना देखील आढळून आली, जी प्रवर्धनादरम्यान सतत पल्स शॉर्टनिंग म्हणून दिसून येते. हे इलेक्ट्रॉन आणि रेडिएशनमधील मजबूत परस्परसंवादामुळे होते, ज्यामध्ये इलेक्ट्रॉनमधून एक्स-रे पल्सच्या डोक्यावर आणि नाडीच्या शेपटातून इलेक्ट्रॉनकडे ऊर्जा वेगाने हस्तांतरित केली जाते. या घटनेच्या सखोल अभ्यासाद्वारे, अशी अपेक्षा आहे की कमी कालावधी आणि उच्च शिखर शक्ती असलेल्या एक्स-रे पल्स सुपररेडिएशन अॅम्प्लिफिकेशन प्रक्रियेचा विस्तार करून आणि सोलिटनसारख्या मोडमध्ये पल्स शॉर्टनिंगचा फायदा घेऊन अधिक साध्य करता येतील.
पोस्ट वेळ: मे-२७-२०२४