Röntgenlaser, joka lähettää kaikkien aikojen tehokkaimman pulssin!

Äskettäin SLAC National Accelerator Laboratoryn tutkijat tekivät suuren läpimurron tieteellisen tutkimuksen alalla. He käyttivät Linear Accelerator Coherent Light Source (LCLS-II) -laitosta Kaliforniassa käynnistääkseen onnistuneesti tähän mennessä tehokkaimman röntgenpulssin.
Tämän pulssin kesto oli niin lyhyt, että se tuotti vain 4,4 biljoonaosassa sekunnissa (attosekunnissa) lähes 1 terawatin energiaa - 1,000 kertaa enemmän kuin ydinvoimalaitoksen keskimääräinen vuotuinen sähköntuotanto .
LCLS-II on päivitetty versio Lineaarisesta koherentista valolähteestä, joka sijaitsee Yhdysvaltain energiaministeriön SLAC National Accelerator Laboratoryssa Stanfordin yliopiston vieressä Menlo Parkissa Kaliforniassa. Laite käyttää vapaiden elektronien lasertekniikkaa kiihdyttämään valonsädettä. elektronit lähelle valon nopeutta ja värähtelevät sädettä magneettikenttien sarjan läpi lähettäen voimakkaita röntgensäteitä. Näitä röntgensäteitä voidaan käyttää pienten esineiden, kuten molekyylien, kuvaamiseen niiden sisällä olevien atomien välisten vuorovaikutusten tarkkailemiseksi.
LCLS-II voi lähettää jopa miljoona röntgenpulssia sekunnissa, 8, 000 kertaa enemmän kuin aiemmat LCLS-laserit. Kun nostettu pulssinopeus yhdistetään lisääntyneeseen elektronien määrään pulssia kohden, uusi laite on yli 10, 000 kertaa kirkkaampi kuin edeltäjänsä.
Huomionarvoista on, että LCLS-II voi lähettää jopa miljoona röntgenpulssia sekunnissa, mikä on 8-000--kertainen enemmän kuin edellisessä LCLS-laserissa. Yhdessä lisääntyneen pulssinopeuden ja suuremman elektronien lukumäärän kanssa pulssia kohti uusi laite on yli 10, 000 kertaa kirkkaampi kuin edeltäjänsä. Lisäksi laite voi tuottaa lyhyitä pulsseja, jotka vaihtelevat 10-50 femtosekunnista, ja pulssin kesto ulottuu 250 femtosekuntiin matalaenergisissa röntgensäteissä, ja se pystyy jopa luomaan erittäin lyhyitä, alle 10 femtosekunnin pulsseja.
Tällaisilla lyhyillä aallonpituuksilla, lyhyillä pulsseilla ja laserien nopeilla toistoilla tutkijat voivat käyttää laitetta kemiallisten reaktioiden tapahtumiseen. Pohjimmiltaan jokainen pulssi voi kuvata reaktioon osallistuvien atomien konfiguraation, ja nämä kuvat voidaan sitten yhdistää yhteen luomaan vaikutuksen, joka on samanlainen kuin molekulaarinen "savikäsittelyelokuva". Vuonna 2018 LCLS-laitos tuotti onnistuneesti elokuvan ihmisen näkemyksestä ja fotosynteesiin liittyvistä kemiallisista prosesseista vain 1,000 femtosekunnissa.
LCLS-II ei ainoastaan ​​pysty kuvaamaan pieniä esineitä, vaan sen tarkkuus on jopa 1 angstrom (10^-10 metriä). Tämä kyky antaa tutkijoille mahdollisuuden syventyä atomiprosesseihin biologisista järjestelmistä aurinkosähköihin ja polttokennoihin. Samaan aikaan laserlaite auttaa myös tutkijoita tutkimaan edelleen fyysisiä ilmiöitä, kuten suprajohtavuutta, ferrosähköisyyttä ja magnetismia.
Yksi päivityksen avainkomponenteista on jonkin mullistavan tekniikan asentaminen. Aiemmat kaasupolkimet toimivat huoneenlämmössä, kun taas päivitetyssä LCLS-II:ssa käytetään suprajohtavaa kaasupoljinkokoonpanoa, jonka ansiosta se voi toimia niinkin alhaisissa lämpötiloissa kuin lähellä absoluuttista nollaa (-456 astetta F tai -271 astetta). ) LCLS-II:ssa on myös paremmat magneetit elektronisuihkun heilauttamiseksi.
Vaikka LCLS-II on juuri aloittanut toimintansa, varhaisten LCLS-kaasupolkimien menestys on antanut tutkijoille aihetta optimismiin. yli 3,000 tiedemiestä on käyttänyt laitosta ja julkaissut yli 1 450 artikkelia. Tämän tehokkaan röntgenpulssilähettimen tulevaisuuden sovellukset ovat lupaavia, ja niiden odotetaan tuovan uusia oivalluksia ja läpimurtoja tieteellisen tutkimuksen alalle.