Рентгенов лазер, който излъчва най-мощния импулс!

Наскоро учени от SLAC National Accelerator Laboratory направиха голям пробив в областта на научните изследвания. Те използваха съоръжението за кохерентен светлинен източник с линеен ускорител (LCLS-II) в Калифорния, за да изстрелят успешно най-мощния рентгенов импулс до момента.
Продължителността на този импулс беше толкова кратка, че само за 4,4 трилионни от секундата (атосекунди) той генерира близо 1 терават енергия - 1,000 пъти повече от средното годишно производство на електроенергия от атомна електроцентрала .
LCLS-II е подобрена версия на линейния кохерентен светлинен източник, намиращ се в Националната ускорителна лаборатория SLAC на Министерството на енергетиката на САЩ, в непосредствена близост до Станфордския университет в Менло Парк, Калифорния. Устройството използва лазерна технология със свободни електрони за ускоряване на лъч от електрони до близка до скоростта на светлината и осцилира лъча чрез поредица от магнитни полета, за да излъчва интензивни рентгенови лъчи. Тези рентгенови лъчи могат да се използват за изобразяване на малки обекти, като молекули, за наблюдение на взаимодействията между атомите в тях.
LCLS-II може да излъчва до един милион рентгенови импулси в секунда, 8, 000 пъти повече от по-ранните LCLS лазери. Когато се комбинира повишената честота на импулса с увеличения брой електрони на импулс, новото устройство е повече от 10, 000 пъти по-ярко от своя предшественик.
Трябва да се отбележи, че LCLS-II може да излъчва до 1 милион рентгенови импулси в секунда, което е 8{4}}кратно увеличение спрямо предишния LCLS лазер. В комбинация с повишената честота на импулса и по-големия брой електрони на импулс, новото устройство е повече от 10, 000 пъти по-ярко от своя предшественик. В допълнение, устройството може да произвежда кратки импулси, вариращи от 10-50 фемтосекунди, с продължителност на импулса, разширяваща се до 250 фемтосекунди за нискоенергийни рентгенови лъчи, и дори е в състояние да създава много кратки импулси от по-малко от 10 фемтосекунди.
С такива къси дължини на вълните, къси импулси и бързи повторения на лазерите учените могат да използват устройството, за да наблюдават протичането на химически реакции. По същество всеки импулс може да изобрази конфигурацията на атомите, участващи в реакцията, и тези изображения могат след това да бъдат нанизани заедно, за да създадат ефект, подобен на молекулярен "филм на глина". През 2018 г. съоръжението LCLS успешно създаде филм на човешкото зрение и химичните процеси, участващи във фотосинтезата, само за 1000 фемтосекунди.
LCLS-II не само има способността да изобразява малки обекти, но има и точност до 1 ангстрьом (10^-10 метра). Тази възможност ще позволи на изследователите да се задълбочат в атомните процеси в области, вариращи от биологични системи до фотоволтаици и горивни клетки. В същото време лазерното устройство също така ще помогне на учените да изследват по-нататък физични явления като свръхпроводимост, фероелектричество и магнетизъм.
Един от ключовите компоненти на надстройката е инсталирането на някои революционни технологии. Докато по-ранните педали за газ работеха при стайна температура, модернизираният LCLS-II използва свръхпроводим педал за газ, който му позволява да работи при температури, близки до абсолютната нула (-456 градуса F или -271 градуса). ) LCLS-II също има по-добри магнити за люлеене на електронния лъч.
Въпреки че LCLS-II току-що започна работа, успехът на ранните педали за газ LCLS даде повод за оптимизъм на изследователите. повече от 3,000 учени са използвали съоръжението, публикувайки повече от 1450 статии. Бъдещите приложения на този мощен излъчвател на рентгенови импулси са обещаващи и се очаква да донесат свежи прозрения и пробиви в областта на научните изследвания.